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ESTRUTURA DE AÇO E MADEIRA - Coggle Diagram
ESTRUTURA DE
AÇO E MADEIRA
AÇÃO DO VENTO
EFEITO DO VENTO EM EDIFICAÇÕES
pressão direta na edificação ocorre quando a superfície que recebe a carga do vento está posicionada de forma perpendicular à direção do vento, ou seja, paredes a barlavento
pressão negativa, são superfícies laterais consideradas sotavento
ambas as pressões podem causar estragos em coberturas e fachadas
Considerações da NBR 6123
A NBR 613 trata duas maneiras de cálculo, uma estática e outra dinâmica
Velocidade básica do vento 𝑽0
Segundo a NBR 6123 (ABNT, 1988), a velocidade básica do vento 𝑉0 (𝑚/𝑠) é representada por uma velocidade rajada de duração de 3 segundos que, uma vez a cada 50 anos em média (tempo de recorrência) pode ser excedida, para uma altura de 10 metros acima do terreno plano, em local de campo aberto.
Velocidade característica do vento 𝑽𝒌
A velocidade característica do vento corresponde à velocidade que o vento atuará de fato na estrutura, ou seja, temos que corrigir a velocidade básica para condições próximas ao real do edifício
A NBR 6123 (ABNT, 1988) propõe a expressão 1 para determinar a velocidade característica do vento: Vk=V0.S1.S2.S3
Fator topográfico 𝑆1
Fator de rugosidade do terreno, altura sobre o terreno, e dimensões da edificação 𝑆2
Fator estatístico 𝑆3
Pressão dinâmica 𝒒
A NBR 6123 (ABNT, 1988) determina através da expressão 6 a pressão dinâmica exercida pelo vento na superfície, em função da velocidade característica: q=0,613.Vk2
Força de arrasto 𝑭𝒂
A NBR 6123 (ABNT, 1988) apresenta que na edificação a força global do vento 𝐹𝑔, é dada através da soma vetorial de todas as forças que incidem nas várias superfícies da estrutura. A componente desta força, é denominada de força de arrasto, 𝐹𝑎, que é calculada conforme a expressão 7: Fa=Ca.q.Ae
AÇOS ESTRUTURAIS E
SUAS PROPRIEDADES
O aço é uma liga formada basicamente dos elementos ferro (Fe) e carbono (C), com teor máximo de 1,7%
PROCESSO DE FABRICAÇÃO
O principal processo de fabricação do aço consiste na produção de ferro fundido no alto-forno e posterior refinamento em aço no conversor de oxigênio.
AÇOS ESTRUTURAIS
A composição química dos aços utilizados em estruturas são divididos em dois grupos: aços-carbono e aços de baixa liga. Os dois tipos podem receber tratamentos térmicos que modificam suas propriedades mecânicas.
O tipo A36 substituiu o A7, que foi o aço mais utilizado nos Estados Unidos até 1960. Os aços ASTM A307 e A325 são utilizados em parafusos comuns e de alta resistência, respectivamente. O tipo A36 substituiu o A7, que foi o aço mais utilizado nos Estados Unidos até 1960. Os aços ASTM A307 e A325 são utilizados em parafusos comuns e de alta resistência, respectivamente.
Muito utilizados no Brasil são os aços de baixa liga, de alta e média resistência mecânicas, soldáveis e com características de elevada resistência atmosférica (obtida pela adição de 0,25% a 0,40% de cobre).
Propriedades dos aços estruturais
Ductilidade
Fragilidade
Resiliência
Tenacidade
Dureza
Resistência à Fadiga
Corrosão
Normas
Segundo Perfil as Normas que tratam de estruturas metálicas são as seguintes:
• ABNT – Projeto e execução de estruturas de aço de edifícios: método dos estados limites – NBR-8800 (NB14). Rio de Janeiro, ABNT, 1986.
• ASTM – American Society for Testing and Materials: especificações parafabricação do aço, acabamento dos perfis, etc
• AISC – American Institute of Steel Construction: especificações para projetos de prédios industriais ou residenciais em estruturas metálicas.
• AASHO – American Association of State Highway Offcials: especificações para projeto de pontes rodoviárias metálicas.
Tensões e deformações
Dentro do chamado regime elástico, as tensões são proporcionais às deformações
ESFORÇOS SOLICITANTES:
TRAÇÃO SIMPLES
Podemos compreender que peças tracionadas são as peças sujeitas as solicitações de tração axial, ou tração simples, assim conhecida. As peças tracionadas são empregadas nas estruturas, sob diversas formas
As ligações das extremidades das peças tracionadas com outras partes da estrutura podem ser feitas por diversos meios, com por exemplo: Soldagem; Conectores aplicados em furos; Rosca e porca.
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
Segundo Perfil (2009) a resistência de uma peça sujeita à tração axial pode ser determinada por:
a) Ruptura da seção com furos;
b) Escoamento generalizado da barra ao longo de seu comprimento, provocando deformações exageradas.
Dimensionamento
Ruptura da seção com furos, de área An,f, expressão 1 (área líquida)
Escoamento da seção bruta, de área Ag, expressão 2.
Peças com extremidades Rosqueadas
Considerações da esbeltez de peças tracionadas
Área da Seção Transversal Líquida de Peças Tracionadas com Furos
Quando as seções recebem furos para permitir ligações com conectores a seção da peça é enfraquecida pelos furos. Os tipos de furos adotados em construções metálicas são realizados por puncionamento ou por rosqueamento.
Área da Seção Transversal Líquida Efetiva
ESFORÇO SOLICITANTE:
COMPRESSÃO SIMPLES
Denomina-se pilar uma peça vertical sujeita à compressão centrada. Peças comprimidas axialmente são encontradas em componentes de treliças, sistemas de travejamento e em pilares de sistemas contraventados de edifícios com ligações rotuladas.
Instabilidade Global
Em estruturas metálicas os problemas de estabilidade são particularmente
importantes já que os seus elementos apresentam elevada esbeltez em função da grande resistência do aço, fator que proporciona falhas de concepção de projeto.
Aspectos teóricos
FLAMBAGEM LOCAL
Parâmetros de flambagem local
Dimensionamento
LIGAÇÕES DE AÇO: PARAFUSOS COMUNS E DE ALTA RESISTÊNCIA
ligação entre Perfis pode ser parafusada ou soldada
TIPOS DE CONECTORES E DE LIGAÇÕES
Os rebites; Parafusos Comuns; Ligações denominadas tipo apoio; Ligação com parafusos de alta resistência;
Classificação da Ligação Quanto ao Esforço Solicitante dos Conectores
É importante o projetista compreender o tipo de ligação (soldado ou parafusada) bem como a solicitação vinculado com a distribuição dos conectores, pois a interação da solicitação com o arranjo da ligação atribui esforços internos ao conector,
DISPOSIÇÕES CONSTRUTIVAS
Os pinos são instalados em furos feitos nas chapas. A execução desses furos é difícil, tornando-se necessária a padronização de dimensões e espaçamentos, de tal forma que o furo-padrão para parafusos comuns deverá ter uma folga de 1,5 mm em relação ao diâmetro nominal do parafuso
Espaçamento entre conectores
Os espaçamentos máximos entre os pinos são utilizados para impedir penetração de água e sujeira nas interfaces. Eles são da ordem
• 15.(t) para peças comprimidas;
• 25.(t) para peças tracionadas,
Dimensionamento
Para o dimensionamento dos conectores e dos elementos de ligação (sem efeito de fadiga) é importante conhecer a resistência dos aços utilizados nos conectores.
LIGAÇÕES DE AÇO: SOLDA EMENDAS
A solda é um tipo de união por coalescência do material, obtida por fusão das partes adjacentes. Para tanto temos que a energia necessária para provocar a fusão pode ser de origem elétrica, química, óptica ou mecânica. As soldas mais empregadas na indústria de construção são as de energia elétrica.
A solda de eletrodo manual revestido é a mais utilizada na indústria. O processo apresenta enorme versatilidade, podendo ser empregado tanto em instalações industriais pesadas quanto em pequenos serviços de campo.
Tipos de solda
Defeitos da solda
Solda em relação a posição do material-base
RESISTÊNCIA DAS SOLDAS
Soldas de filetes
Soldas de Entalhe
ESFORÇO SOLICITANTE: FLEXÃO
Temos que verificar os deslocamentos no estado limite de serviço (ELS), e analisar a resistência à flexão das vigas, pois elas podem ser afetadas pela flambagem local e pela flambagem lateral.
• A flambagem local é a perda de estabilidade das chapas comprimidas componentes do perfil a qual reduz o momento resistente da seção;
• Na flambagem lateral a viga perde seu equilíbrio no plano principal de flexão e passa a apresentar deslocamentos laterais e rotações de torção.
MOMENTO DE INÍCIO DE PLASTIFICAÇÃO MR E MOMENTO DE PLASTIFICAÇÃO
TOTAL MP
Resistência à flexão de vigas com contenção lateral
Momento resistente de projeto
DIMENSIONAMENTO DE ELEMENTOS: COMPOSTOS (FLEXO-TRAÇÃO E FLEXOCOMPRESSÃO)
Os elementos dimensionados à flexo-compressão são geralmente denominadas vigas-colunas, podemos assim entender que peças estruturais perfeitamente retilíneas com cargas perfeitamente centradas não existem na prática
Podemos citar os seguintes aspectos a ser considerado no dimensionamento de uma coluna:
• Resistências das seções;
• Determinação dos esforços solicitantes decorrentes da flambagem
RESISTÊNCIA DA SEÇÃO
VIGA-PILAR SUJEITA À FLAMBAGEM NO PLANO DE FLEXÃO
Etapas do dimensionamento de elementos em flexo-tração e flexo-compressão
ELEMENTOS MISTOS AÇOCONCRETO:
DEFINIÇÕES, ASPECTOS CONSTRUTIVOS, DIMENSIONAMENTO DE VIGAS MISTAS
Para tanto podemos citar como exemplo, o uso de peças mistas em aço e concreto, que propicia um aumento da resistência à compressão da peça metálica e o melhor desempenho à tração do concreto, ou seja, um material complementa o outro
Funcionamento da Seção Mista
Ligação Total e Ligação Parcial a Cisalhamento Horizontal
Funcionamento da Seção Mista
FLEXÃO DE VIGAS MISTAS
Largura Efetiva da Laje
PROJETO DE COBERTURA METÁLICA/MADEIRA E EDIFÍCIOS METÁLICOS
Os sistemas de elementos lineares são formados pela combinação dos principais elementos (tirantes, colunas, vigas), constituindo as estruturas responsáveis pelo suporte da carga.
Treliças usuais
Barras mais usuais em treliça
Galpões usuais
TIPOS DE LIGAÇÕES
Comportamento das ligações
DIMENSIONAMENTO DOS ELEMENTOS
PRODUTOS DE MADEIRA E SUAS APLICAÇÕES NA CONSTRUÇÃO CIVIL
Para a concepção atual de projeto em madeira o engenheiro busca a execução do projeto conforme as recomendações da Norma Brasileira NBR-7190/2022, da ABNT, que se apresenta em 7 partes listadas abaixo:
• PARTE 1: Critérios de dimensionamento;
• PARTE 2: Métodos de ensaio para classificação visual e mecânica de peças estruturais de madeiras;
• PARTE 3: Métodos de ensaio para corpos de prova isentos de defeitos para madeiras de florestas;
• PARTE 4: Métodos de ensaio para caracterização de peças estruturais;
• PARTE 5: Métodos de ensaio para determinação da resistência e da rigidez de ligações com caracteres mecânicos;
• PARTE 6: Métodos de ensaios para caracterização de MLC estrutural
• PARTE 7: Métodos de ensaios para caracterização de madeira lamelada colada cruzada estrutural.
IMPACTO AMBIENTAL
Aplicações da madeira
Composição física da madeira
Propriedade física da madeira
MADEIRA ESTRUTURAL
E SUAS PROPRIEDADES
As madeiras utilizadas na construção civil estão dentro de dois grupos: maciças ou industrializadas. No grupo das maciças estão as madeiras:
• Brutas (roliças), falquejadas, serradas e beneficiada
No grupo das industrializadas estão as madeiras
• Engenheiradas.
ESFORÇOS SOLICITANTES NA MADEIRA: TRAÇÃO E COMPRESSÃO E CISALHAMENTO
Para elaboração dos projetos, são feitas as verificações relativas aos estados limites últimos (ELU) e estados limites de serviço (ELS). Os estados limites últimos são as condições que, pela sua ocorrência, determinam a condição do seu projeto, ou seja, se as resistências e as flechas são atendidas. Para o projeto de madeira é importante as seguintes verificações:
• Perda de equilíbrio, parcial ou global, da estrutura, admitida como um corpo rígido;
• Ruptura ou deformação plástica dos materiais;
• Transformação da estrutura, em um sistema hipostático;
• Instabilidade das ligações.
Classes de resistência
Resistência de cálculo (resistência de projeto)
Influência do tempo de carregamento na resistência e no cálculo do coeficiente de modificação (kmod1)
Influência da umidade no cálculo do coeficiente de modificação kmod2
Influência dos tipos e das categorias da madeira na resistência e no cálculo do coeficiente de modificação (kmod3)
Base de cálculo de peças tracionada e comprimidas
PEÇAS ESTRUTURAIS
DE MADEIRA MACIÇAS
Peças em flexão simples
Tensão de cisalhamento
Peças em flexão oblíqua
Peças solicitadas por flexo-tração (simples ou oblíqua)
Peças solicitadas por flexo-compressão (simples ou oblíqua)
Dentro do contexto de cobertura em madeira temos os elementos inclinados presentes em telhados ou estruturas de treliça, que por sua vez podem ser encontrados elementos de madeira solicitados por flexo-compressão oblíqua, ou seja, essas peças estão sujeitas à combinação de cargas de flexão e compressão em uma direção não vertical. Temos ainda os elementos de contraventamento que são projetados para resistir à flexo-compressão, garantindo assim estabilidade da estrutura, fornecendo rigidez e resistência aos esforços horizontais.
INSTABILIDADE DE PEÇAS COMPRIMIDAS, LIGAÇÕES EM MADEIRA
instabilidade de peças comprimidas, compreendendo seu dimensionamento, bem como os locais que podem acontecer na prática, como:
• Pilares de uma modo geral
• Elementos internos de treliça;
Instabilidade de peças comprimidas
Verificação de peças medianamente esbeltas (40 < 𝜆 ≤ 80)
Verificação de peças esbeltas ( > 80)
Ligações em madeira
Para o cálculo das ligações, não considera-se o atrito entre as superfícies de contato e também não são considerados os esforços transmitidos por estribos, braçadeiras ou grampos. (NBR 7190/2022).
Propriedades da madeira na ligação parafusada
Parâmetros geométricos no cálculo das ligações
Estado limite último: embutimento na madeira (β ≤ βlim )
Estado limite último: flexão do pino (β > βlim )
