Dimensionamento de Estruturas em Aço

Dimensionamento de Estruturas em Aço Parte 1 - Básico Prof. Yopanan C. P. Rebello

Coordenação Geral:

Sidnei Palatnik www.cursoscbca.com.br

Sobre o autor: Yopanan Conrado Pereira Rebello é engenheiro civil pela Universidade Mackenzie (1971), é mestre e doutor pela FAU-USP (1992). Diretor Pedagógico da Ycon Formação Continuada Diretor Técnico da Ycon Engenharia Ltda. E autor de diversos livros, entre eles: “A Concepção Estrutural e a Arquitetura”* “Bases para Projeto Estrutural”* “Estruturas de Aço, Concreto e Madeira”* “Fundações”* *títulos publicados pela Zigurate Editora – São Paulo Colaboradores: Sidnei Palatnik e Arquimedes da Silva Costa Filho Ficha técnica: Produção: CBCA – Centro Brasileiro da Construção em Aço Coordenação Geral: Sidnei Palatnik Projeto Gráfico: Caetano Sevilla (Hous Mídia Interativa) e Sidnei Palatnik Editoração Eletrônica: Caetano Sevilla (Hous Mídia Interativa) Ilustrações: Sidnei Palatnik e Arquimedes da Silva Costa Filho

Fotos: Conforme indicado © 2010 INSTITUTO AÇO BRASIL/CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇÃO EM AÇO Nenhuma parte desta publicação pode ser reproduzida por qualquer meio, sem a prévia autorização desta Entidade. Ficha catalográfica preparada pelo Centro de Informações do Aço Brasil / CBCA

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Rebello, Yopanan Conrado Pereira

Dimensionamento de estruturas em aço / Yopanan Conrado Pereira Rebello; Coordenação de Sidnei Palatnik - Rio de Janeiro: Instituto Aço Brasil/CBCA, 2010. Curso a distância – via Internet Modo de acesso: www.cursoscbca.com.br ISBN 978-85-89819-23-7 1.Perfis de aço 2. Dimensionamento de estruturas de aço 3. Mezaninos estruturados em aço 4. Galpões estruturados em aço 5. Edifícios estruturados em aço 6. Curso a distância I. Palatnik, S.

Instituto Aço Brasil / Centro Brasileiro da Construção em Aço Capa: Shopping Flamboyant Goiânia Foto: Sidnei Palatnik

Av. Rio Branco, 108 / 29º Andar 20040-007 - Rio de Janeiro - RJ e-mail: [email protected] site: www.cbca-acobrasil.org.br

Sobre esta Apostila

O conteúdo desta apostila é parte integrante do curso a distância intitulado: “Dimensionamento de Estruturas em Aço”, desenvolvido pelo Professor Doutor Engenheiro Yopanan Conrado Pereira Rebello e pelo Arquiteto Sidnei Palatnik, para o CBCA – Centro Brasileiro da Construção em Aço - e oferecido no link www.cursoscbca.com.br. Ao prepararmos esta apostila tivemos como único fim oferecer a possibilidade de imprimir o conteúdo escrito do curso, de forma a facilitar sua leitura. Ressaltamos que inúmeros recursos multimídia disponíveis na internet não se aplicam a esta versão. Ela também não incluiu todo o conteúdo disponibilizado no curso, como fóruns de discussão, exercícios, testes e vídeos, bem como o conteúdo desenvolvido pelos alunos durante o curso. Eventuais links para sites, ou outros, apresentados ao longo do texto, só funcionarão se utilizados a partir dos links correspondentes das web pages, no ambiente de estudo na internet. Da mesma forma, os vídeos assinalados ao longo da apostila somente são disponibilizados através do ambiente de internet do curso. Dependendo do tipo de conexão à internet, banda larga ou não, recomendamos que seja feito o download dos vídeos oferecidos durante o curso para que possam ser visualizados a partir do computador do leitor.

Dimensionamento de estruturas em Aço Parte 1 Sumário do Curso

Apresentação Introdução Módulo 1

O material Aço

1ª Parte - Perfis de Aço - Tipos e Usos 2ª Parte - Dimensionamento de Estruturas de Aço

Módulo 2

1ª Parte - Mezaninos estruturados em Aço 2ª Parte - Dimensionamento de um Mezanino estruturado em Aço

Módulo 3

1ª Parte - Galpões Estruturados em Aço 2ª Parte - Dimensionamento de um Galpão estruturado em aço

Módulo 4

1ª Parte - Edifícios estruturados em Aço 2ª Parte - Dimensionamento de um Prédio com cinco pavimentos

Módulo 5

Considerações sobre o Dimensionamento de Estruturas de Aço

Dimensionamento de Estruturas em Aço – parte 1

Apresentação Vídeo 1 – Apresentação assista on-line Seja bem vindo ao curso de Cálculo de Estruturas em Aço, do CBCA. Neste curso optamos por estabelecer três tipologias que utilizaremos como base para o nosso estudo. São elas: 1. Mezaninos 2. Galpões 3. Edifícios de até cinco pavimentos Ao definirmos estas tipologias acreditamos que estaremos abrangendo grande parte das estruturas de aço exe cutadas em nosso país. Este curso não pretende esgotar o assunto, que é por demais vasto. Nosso intuito é abrir um caminho inicial para que cada participante possa continuar avançando por si mesmo, através de bibliografia, ou em outros cursos que pretendemos desenvolver no futuro. Nosso principal objetivo é que o conteúdo proposto seja, efetivamente, de ordem prática. É importante esclarecer que não pretendemos tratar de noções básicas para cálculo de esforços e reações de cargas, cálculos de momentos fletores e forças cortantes, ou esforços axiais em pilares e em estruturas compostas de barras. Recomendamos que, se você estiver esquecido destas questões, estude um pouco antes de começar o curso, para por em dia estes assuntos. Retome os procedimentos de cálculo para esses esforços.


Introdução Vídeo 2 - O material Aço assista on-line O aço é uma liga metálica constituída basicamente de ferro e carbono. Dependendo do tipo de aço que queremos obter, são adicionados outros elementos, tais como: manganês, silício, fósforo, enxofre, alumínio, cobre, níquel, nióbio, cromo e outros.

Cada um destes elementos altera as propriedades físicas da liga, como sua resistência mecânica, resistência a corrosão, ductilidade e muitas outras.

Figura 0 - Tabela de elementos de liga

A quantidade de carbono A quantidade de carbono é de suma importância nas características mais relevantes do aço. Aços com maior quantidade de carbono são mais resistentes, porém pouco dúcteis e muito quebradiços. Com menos carbono são mais dúcteis, mas com menor resistência.

A ductilidade é um aspecto importante, pois permite que sejam visualizadas as deformações em peças submetidas a grandes tensões, servindo como aviso antes da ruptura, ou permitindo a redistribuição dos esforços. Esta propriedade também é importante para a confecção de perfis de chapas dobradas, evitando trincas ou quebra nas linhas de dobra.


Em relação ao cálculo de dimensionamento, não se considera o limite de ruptura como limite de trabalho do aço e sim o limite de escoamento, pois a partir deste ponto as deformações são permanentes e indesejáveis, podendo, inclusive ocorrer a ruptura inesperadamente.

O capítulo referente às características de fabricação do aço faz parte do curso Introdução ao uso do Aço na Construção Civil e aqui será oferecido apenas como leitura complementar, não sendo nossa intenção nos aprofundarmos nestas questões. Caso tenha interesse em conhecer este material, faça o download da 2ª parte do módulo 1 daquele curso. Aos que tiverem interesse em conhecer mais sobre o uso do aço na arquitetura e construção, recomendamos fazer os dois outros cursos a distância oferecidos pelo CBCA: a. Introdução ao uso do Aço b. Sistemas Estruturais em Aço

Curso Introdução ao uso do Aço Módulo 1 - 2ª parte (Material adicional disponível no curso on-line)

Leitura Complementar recomendada: “O Uso do Aço na Arquitetura” Prof. Aluizio Fontana Margarido - CBCA - 2008 (Material adicional disponível no curso on-line)

Dimensionamento de Estruturas em Aço Parte 1

Módulo

11

ª parte

Sumário

Módulo 1 : 1ª Parte Perfis Metálicos Tipos e Usos

1. Perfis Estruturais de Aço

página 10

1.1.

Perfil Laminado

1.2.

Perfil de Chapa Dobrada

página 10 página 11

1.3.

Perfil de Chapas Soldadas

1.4.

Principais aplicações dos perfis

página 11

página 12

1.4.1.

Cantoneiras

1.4.2.

Perfil “U”

1.4.3.

Perfil “I”

1.4.4.

Perfil “H”

1.4.5.

Perfil “T”

1.4.6.

Perfil Tubular

1.4.6.1.

Usos estruturais de tubos de Aço

1.4.7.

Chapas

1.4.7.1.

A utilização das Chapas de aço

1.4.8.

Barras redondas

1.5.

Tabelas de Perfis de Aço

página 12


página 20 página 20 página 21

página 22



Modulo 1 : 1ª parte

Módulo 1 : 1ª Parte Perfis Metálicos - Tipos e Usos É importante esclarecer um aspecto fundamental quando se pretende trabalhar com estruturas de aço: os elementos com que trabalhamos, os perfis de aço utilizados como vigas e pilares, diferem bastante dos elementos da construção convencional. Em concreto armado, estes elementos estruturais variam, principalmente, nas dimensões (Base e Altura) e na quantidade de armadura utilizada. Já

nos perfis metálicos podemos ter uma gama mais variada de tipos de perfis, cada qual com características próprias, sejam elas de geometria, espessura, tipo de fabricação e com indicação de uso dife-renciado, além das próprias características do aço, de maior ou menor resistência mecânica, e composição química.

1. Perfis Estruturais de Aço Denomina-se perfil estrutural à barra de aço obtida por diversos processos e que apresenta a forma da sua seção com determinadas características para absorver determinados esforços.

Como resultado desta operação são obtidas placas ou tarugos de seção quadrada ou retangular. As placas são destinadas à fabricação de chapas e os tarugos à fabricação de perfis estruturais.

Os perfis estruturais de aço são obtidos a partir dos lingotes reaquecidos, que passam pelos laminadores-desbastadores, onde têm sua seção transversal alterada e a estrutura molecular do aço trabalhada para atingir características físicas apropriadas.

Os tarugos são processados, sob pressão, em máquinas denominadas laminadores, em três fases: bruta, intermediária e de acabamento. Ao final desse processo são obtidos os perfis com seções adequadas às solicitações estruturais. (Ver figura 01)

Figura 01 – Laminador Universal

As chapas laminadas, por sua vez, podem resultar em outros perfis através de seu dobramento ou soldagem com outras chapas, além de diversos outros produtos de aço, como telhas, fechamentos laterais e pisos.

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Foto 01: Laminador de tiras a quente. Fonte: Usiminas

Os perfis estruturais podem ser de três tipos: • Perfis Laminados • Perfis de chapas soldadas • e Perfis de chapa dobrada


1.1. Perfil Laminado

É aquele obtido a partir da laminação dos tarugos. Suas dimensões são padronizadas e limitadas. Normalmente é utilizado em obras de médio porte. Tem como vantagem a redução do trabalho de transformação da chapa, pois já vem pronto. Os principais perfis laminados fabricados no Brasil são: • Perfil U • Perfil I e H • Cantoneira Foto 02. Laminador de perfis visto da cabine de controle. Fonte: Gerdau Açominas

1.2. Perfil de Chapa Dobrada O perfil de chapa dobrada é obtido pelo dobramento de chapas a frio. Quando as chapas são finas, entre 1,5 mm e 5 mm, os perfis recebem a denominação de perfis leves. Por serem muito esbeltos exigem cuidados especiais na sua aplicação, tanto quanto à solicitação aos esforços como pela possibilidade de fácil deterioração. Existe ainda, a modalidade de perfis muito leves, como é o caso dos perfis utilizados na construção em Light Steel Framing, cujas espessuras dos perfis de aço galvanizado variam de 0,8 a 1,5 mm.

Os perfis de chapa dobrada permitem variação de forma e dimensões das seções, mas podem, também, ser encontrados prontos e padronizados. Os perfis de chapa dobrada mais comuns são: • Perfil U, simples e enrijecido • Cantoneira

Os perfis conformados a frio são atendidos pelas normas NBR 14762:2001 Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio – Procedimento, e NBR 6355:2003 Perfis estruturais de aço formados a frio – Padronização. Os perfis mais pesados podem ser executados com chapas que podem chegar à espessura de 25 mm. Neste caso são exigidos raios de curvaturas mínimos na dobragem para evitar fissuração ou alteração nas características do aço. Os perfis leves são mais comuns e utilizados em obras de pequeno porte ou em elementos estrutu-rais secundários. Em coberturas, o uso de perfil de chapa dobrada costuma ser o mais econômico.

Foto 03 – Estrutura em light Steel Framing. Fonte: Sidnei Palatnik 11


1.3. Perfil de Chapas Soldadas Perfil de chapas soldadas é o perfil obtido pela soldagem de chapas entre si. Permite grande variedade na forma e dimensões das seções; As chapas, com as mais diversas espessuras, variando entre 5 e 50 mm, e que podem, ainda, estar previamente dobradas, quando soldadas entre si originam as mais diversas possibilidades de seções.

Devido ao custo de fabricação mais elevado esse tipo de perfil é utilizado em obras de médio a grande porte. No entanto, quando o projeto exigir seções com formas especiais, essa solução também pode ser usada em obras de menor porte.

1.4. Principais aplicações dos perfis Para escolher o perfil mais adequado para cada aplicação, é de fundamental importância lembrar o princípio da distribuição das massas nas seções. Este princípio relaciona as formas das seções das peças estruturais com os esforços a que são submetidas. Resumidamente esse princípio pode ser assim exposto: • O esforço de tração simples convive bem com qualquer forma de seção. Se a intenção for trabalhar com peças esbeltas é recomendado o uso de seções em que o material esteja concentrado junto ao centro de gravidade da seção.

• O esforço de flexão exige formas de seção em que o material encontre-se longe do centro de gravidade, mas apenas em relação ao eixo em torno do qual ocorre o momento fletor. Nota: Para informações mais detalhadas sobre este assunto recomendamos consultar o livro “A concepção estrutural e a arquitetura”, do Prof. Yopanan C.P. Rebello, São Paulo, Zigurate Editora, 2003, p.61. A seguir serão apresentados os perfis estruturais mais comuns, mostrando como são obtidos, e suas aplicações mais adequadas.

• O esforço de compressão simples pode provocar flambagem, daí peças comprimidas exigirem seções mais rígidas, ou seja, aquelas em que o material esteja mais afastado do centro de gravidade, de preferência em todas as direções.

1.4.1 Cantoneiras As cantoneiras (ver figura 02) podem ser obtidas por dobramento de chapa, ou laminadas (produto de siderúrgica). São especificadas em projeto pela letra L, seguidas das dimensões da seção, especificando primeiro as larguras das abas, seguidas da sua espessura. As dimensões das cantoneiras laminadas são expressas em polegadas e as de chapa dobrada, em mm.

Figura 02 12


Exemplo: L 4” x 4” x ½” ou L 100 x 100 x 12,5 mm. Os usos mais comuns para as cantoneiras são apresentados a seguir: a) Elemento de ligação entre peças (Ver figura 03)

Figura 03

Foto 04 - Cantoneira soldada em uma viga e parafusada em outra. Fonte: Sidnei Palatnik

b) Barras de treliças, principalmente em tesouras de telhado (Ver figura 04)

Figura 04

É recomendável que as barras das treliças sejam formadas por cantoneiras duplas, para que o centro de gravidade da força passe pelo c.g. da seção, evitando-se assim excentricidades que resultem em esforços indesejáveis.

A ligação entre as cantoneiras é feita através de chapas nas quais estas são soldadas ou parafusadas.

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c) Composição de pilares (Ver figura 05)

Foto 05 Fonte: Sidnei Palatnik

Figura 05 – Pilar composto de cantoneiras e chapa

Neste caso, com pequena quantidade de material pode ser obtida uma coluna, bastante rígida e com uma seção com grande momento de inércia.

É de capital importância que, para garantir que as 4 cantoneiras não trabalhem independentes, mas sim como uma única seção formada por 4 cantoneiras, se evite o escorregamento relativo entre elas. Para isso é necessário ligar as cantoneiras com travamentos adequados, sendo o mais eficiente aquele que forma triângulos, como aparece na Foto 05.

d) Reforços de chapas de piso ou vedação (Ver figura 06)

figura 06

As cantoneiras se comportam como nervuras aumentando a rigidez da chapa. Caso a chapa não fosse enrijecida pelas cantoneiras, sua espessura teria que ser maior, resultando em peso e custos mais elevados.

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1.4.2 Perfil “U”

Figura 07

O perfil U (ver figura 07) pode ser obtido por dobramento de chapa ou por laminação em siderúrgica. Sua especificação é feita pelo uso do símbolo “ [ “, seguido das dimensões da seção e do peso por metro linear. No caso de perfis laminados é fornecida a altura da alma em polegadas seguida do peso por metro linear; No caso dos perfis de chapa dobrada, são fornecidas todas as dimensões da seção em milímetros, na seguinte seqüência: altura, largura e espessura. Os perfis U de chapa dobrada podem ser enrijecidos para aumentar sua inércia em relação ao seu eixo vertical (de menor inércia). Esse enrijecimento é dado pelo dobramento de seus extremos. Este dobramento recebe o nome de lábio. Neste caso o perfil é especificado na seguinte seqüência: altura, largura, espessura e lábio.

Foto 06 – Perfil U laminado

A denominação 1a alma significa que foi escolhido, dentre os perfis de 8” de altura que aparecem no catálogo, aquele que apresenta espessura de alma mais fina e que, portanto, aparece em primeiro lugar no catálogo. Os perfis “U” são comumente usados nas seguintes situações: a) Barras de Treliças de grande porte (Ver figura 08)

Exemplos: [ 8” x 17,11 para perfil laminado [ 100x50x3 para perfil de chapa dobrada [ 100x50x3x 20 para perfil de chapa dobrada enrijecido Nos perfis laminados, para cada altura de alma são fabricados diversos perfis com várias espessuras de alma e mesa. Em vista disso pode-se, mais popularmente, substituir a especificação através do peso pela posição do perfil no catálogo de fabricação. Exemplo: [ 8” x 17,11 ou

[ 8” 1a alma

Figura 08

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b) Composição de pilares através da soldagem dos perfis entre si ou com chapas ou cantoneiras. (Ver figura 09)

Recomenda-se que as abas do perfil estejam voltadas para baixo, a fim de que não haja acúmulo de poeira ou água oriunda da condensação da umidade do ar, o que pode provocar corrosão

Observe-se a intenção de jogar material longe do centro de gravidade da seção com o intuito de diminuir o efeito da flambagem.

d) Vigas para pequenas cargas e vãos (Ver figura 11)

Figura 09

Figura 11

c) Terças para apoio de telhas de cobertura (Ver figura 10a e 10b)

O uso de um único perfil deve ser restrito a cargas e vãos pequenos, pois devido a assimetria da seção existe a tendência de ocorrer torção. Para melhor desempenho, da viga, recomenda-se a composição de dois perfis “U”, de forma a tornar a seção simétrica e não sujeita à torção. Esta solução permite o seu uso em vigas com cargas e vãos maiores, mas tem contra si um razoável aumento de custo, uma vez que a alma passa a ser dupla.

As terças são vigas que apóiam as telhas e que por sua vez apóiam-se nas tesouras.

Figura 10a

Outro fator que torna a composição de perfis U menos eficiente para uso em vigas é embasado no princípio da distribuição de massa nas seções. As vigas são submetidas predominantemente a momento fletor e, como foi visto, a melhor seção para esse esforço é aquela que concentra material longe do centro de gravidade na direção normal ao eixo em torno do qual ocorre a flexão. Quando dois perfis U são compostos, a concentração de material se dá na alma, quando o melhor seria nas mesas. e) Viga para apoio de degraus de escada (Ver figura 12)

Figura 10b Figura 11 16


1.4.3 Perfil “I” O perfil “I” (ver figura 13) pode ser obtido por laminação na usina siderúrgica ou pela soldagem de três chapas. Os perfis “I” laminados, são especificados em projeto, pela letra I acompanhada da dimensão da sua altura em polegada ou milímetro, seja padrão americano ou europeu, seguida do seu peso por metro linear. No padrão americano, pode-se informalmente substituir a especificação do peso pela posição do perfil na tabela do catálogo do fabricante (1ª alma, 2ª alma,...).

Figura 13

Os perfis de chapa soldada, quando não obtidos industrialmente, são especificados pela sigla VS (viga soldada), seguida da sua altura em milímetro e do seu peso por metro linear. Alguns fabricantes têm suas próprias siglas. Os perfis laminados produzidos pela Açominas são especificados pela letra W. Os perfis soldados da Usiminas pela sigla VE, onde a letra E indica que são executados por eletrosoldagem. A Usiminas ainda usa a sigla VEE para perfis I eletrosoldados que têm as mesmas seções dos perfis laminados padrão americano.

Foto 07 – Perfil I laminado Fonte: Sidnei Palatnik

Exemplo: I 12” x 60,6 kgf/m ou I 12” - 1ª alma VS 300 x 62 W 310 x 28,3 VE 250 x 19

Os perfis “I” podem ser usados como:

a) Viga O uso como viga é a principal e mais importante aplicação desse perfil. Sua forma de seção é extremamente adequada para absorver os esforços de flexão, já que suas mesas constituem elementos de grande quantidade de massa, afastados do centro de gravidade da seção.

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Todos os perfis I, sejam laminados ou soldados, têm a espessura da mesa maior que a da alma, e compatível com o princípio de distribuição de massa na seção. (Ver figura 14)

Figura 14

Muito interessante é, também, o uso do perfil “I” associado ao concreto, compondo vigas mistas de seção “T”. Nesse caso o concreto absorve a compressão e o aço a tração, devidas ao momento fletor, resultando em vigas muito resistentes e com pouca altura, pois os dois materiais são solicitados dentro de suas melhores características mecânicas. (Ver figura 15)

Figura 15

b) Viga vierendeel alveolar Essa viga é obtida pelo corte da alma de um perfil “I”, na altura conveniente, e posterior soldagem das partes cortadas, resultando em uma viga de maior resistência com a mesma quantidade de material. Este tipo de viga permite a passagem de tubulações através de sua alma. O uso deste tipo de viga deve ser bem avaliado, pois o seu processo de obtenção gera custos mais elevados. (Ver figura 16)

Figura 16

Figura 16b 18


Foto 7a - Corte do perfil para fabricação de viga alveolar. Fonte: Gerdau Açominas

Foto 7b - Montagem de viga alveolar. Fonte: Gerdau Açominas

Nota: Para mais informações sobre o comportamento da viga vierendeel recomendamos consultar o livro “Bases para Projeto Estrutural”, do Prof. Yopanan C.P. Rebello, São Paulo, Zigurate Editora, 2007, p. 80.

c) Pilar isolado para pequenas cargas. A seção em I não é a melhor para forças de compressão, portanto para pilares, pois a forma da seção resulta em uma maior rigidez na direção paralela à alma do que na direção normal a ela.

d) Composição de pilares. Pilares podem ser compostos através da soldagem direta de dois perfis ou pela ligação de dois perfis por meio de chapas ou cantoneiras, de uma maneira semelhante à utilizada para perfis U. (Ver figura 17)

Essa característica impede o uso de perfis I para pilares mais solicitados e mais longos.

Figura 17

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1.4.4 Perfil “H” O perfil H (ver figura 18) pode ser obtido pela soldagem de 3 chapas ou por laminação. Se diferencia geometricamente do perfil “I” por apresentar largura de aba igual à altura da alma. As indicações em desenho são semelhantes às do perfil “I”, exceto que os perfis não industrializados de chapa soldada recebem a sigla CS, iniciais de Coluna Soldada. Os perfis laminados produzidos pela Gerdau Açominas recebem a sigla W ou HP. Os perfis eletrosoldados, produzidos pela Usiminas, recebem a sigla CE, de Coluna Eletrosoldada. Exemplos: CS 300 x 26 - W 310 x 93 - CE 300 x 76 Os perfis soldados, quando não são produzidos industrialmente, podem ser especificados genericamente, seja perfil I ou H, pela sigla PS de Perfil Soldado. Como estas seções não são tabeladas elas deverão ser identificadas na prancha de desenho em tabela própria, onde todas as dimensões sejam especificadas. Normalmente a ordem de identificação é: altura do perfil, largura da mesa, espessura da mesa e espessura da alma.

Figura 18

O perfil “H”, pelas suas características geométricas, é quase que unicamente utilizado como pilar, pois apresenta boa rigidez em ambas as direções, respondendo bem ao esforço de compressão axial. A inércia de sua seção faz com que o perfil “H” seja indicado, também, para pilares submetidos a flexocompressão (flexão + compressão axial).

1.4.5 Perfil “T” O Perfil T pode ser obtido pelo corte de um perfil “I” ou de perfil “H”. Quando obtido por laminação apresenta dimensões bastante reduzidas. Por não ser muito econômico, o perfil “T” tem pouca utilização estrutural, sendo principalmente usado na composição de caixilhos. Sua indicação em desenho é semelhante à da cantoneira, substituindo-se a espessura da alma pelo peso por metro linear. Exemplo: T 4” X 4” X 20 kgf/m.

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1.4.6 Perfil Tubular Os perfis tubulares podem ser obtidos pelo processo de extrusão, quando não apresentam costura, ou pela calandragem (processo para curvar chapas ou perfis) de chapas e posterior costura. Os primeiro são chamados “tubos sem costura” e os últimos “tubos com costura”. Não há diferença quanto às propriedades físicas de um ou outro, mas apenas no processo de fabricação onde os tubos de maiores dimensões são obtidos com costura e os de menores sem costura.

No Brasil, os tubos sem costura são fabricados com dimensões que não ultrapassam 355 mm de diâmetro externo. Nota: Para conhecer mais sobre o uso de tubos estruturais, recomendamos o livro eletrônico “Imagination & Inspiração” publicado pela V&M e disponível em http://www.vmtubes.com.br/vmb/livro_vem/index.html

Os tipos de seções tubulares As seções dos tubos podem ser circulares, quadradas ou retangulares.

Foto 08

Foto 09a

Os tubos são especificados em projeto pela dimensão externa seguida da espessura em milímetros. Exemplos: 200 x 3 (tubo circular) 150 x 80 x 2 (tubo retangular)

Fotos 09a e 09b – Calandragem de perfil tubular de seção circular em seção retangular. Fonte: V&M

Um sério problema dos perfis tubulares é a possibilidade de sofrerem deterioração de dentro para fora e que não pode ser detectada visualmente. Por isso recomenda-se o uso de tubos em aços de maior resistência à corrosão.

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1.4.6.1. Usos estruturais de tubos de Aço Os Tubos de aço podem ser usados em: a) Barras de treliças planas e espaciais. Os perfis tubulares, por possuírem massas igualmente distanciadas do centro de gravidade, prestam-se bem à utilização em barras submetidas tanto a tração como compressão, como ocorre nas treliças.

Além disso, sistemas computadorizados de corte a plasma executam o recorte da seção dos tubos circulares de tal forma que os encontros de dois tubos sejam exatos, permitindo ligações soldadas de grande qualidade.

Apresentam certas dificuldades em relação às ligações entre as barras, embora já existam sistemas bastante eficientes para execução de nós em treliças com tubos cilíndricos (ex.: Sistema Mero para treliças espaciais).

Foto 10 – Treliça espacial. Fonte: Sidnei Palatnik

b) Barras submetidas à torção

c) Pilares

Os perfis tubulares, principalmente os cilíndricos, são os que melhor absorvem esforços de torção por possuírem massas igualmente distanciadas do centro de gravidade. Os perfis I, por exemplo, tem um desempenho fraco sob a ação de torção, pois a alma concentra material próximo ao centro de gravidade.

Talvez seja essa a mais interessante aplicação dos perfis tubulares, pois apresentam maior eficiência contra a flambagem com menor consumo de material. São executados vazados ou preenchidos com concreto, quando então se obtém uma grande resistência com seções bastante esbeltas.

d) Vigas Os perfis tubulares retangulares podem ser usados como vigas. Do ponto de vista econômico os perfis tubulares são menos eficientes que os perfis I, pois ao contrário destes apresentam maior concentração de massa na alma, o que contraria o princípio já bastante comentado.

Foto 11 – Centro Empresarial do Aço – CEA. Fonte: Sidnei Palatnik 22


1.4.7 Chapas As chapas de aço são obtidas através da laminação dos lingotes ou placas. Classificam-se em finas e grossas, conforme suas espessuras. As chapas finas variam de 0,31mm a 4, 76 mm de espessura e são fornecidas em peças de até 6.0m de comprimento ou em bobinas.

As chapas grossas possuem espessuras que variam de 13/64” (5,2 mm) a 2 1/2” (63,5 mm) e são normalmente especificadas em polegada. São fornecidas em peças de até 1,22 m de largura por até 10.67m de comprimento.

Tipo de chapa de aço

Espessuras

Tamanhos

Chapa fina

0,31 a 4,76 mm

6,0m ou em bobinas

Chapa grossa

5,20 a 63,5 mm

1,22 m de largura por até 10.67m de comprimento

1.4.7.1. A utilização das Chapas de aço As chapas são utilizadas em: a) Conformação de perfis estruturais (perfis de chapas dobradas). Para esta finalidade são usadas apenas chapas finas.

b) Elementos de ligação de perfis em nós de treliças ou outros sistemas. A forma da chapa é função do tipo de ligação a ser executada. c) Reforço de estruturas existentes. A soldagem de chapas em perfis que necessitam de reforço propicia um aumento bastante sensível na sua resistência. (Ver figura 19)

Figura 19

Foto 12 – Estrutura em perfis de chapa dobrada. Fonte: Sidnei Palatnik

No exemplo acima, foi obtido um aumento de 21% na resistência da peça com apenas 10% a mais de peso.

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1.4.8. Barras redondas. As barras redondas são obtidas por laminação. Seu diâmetro varia de ½” (12,5 mm) a 4” (102,0 mm). As barras redondas são, basicamente, usadas para confecção de chumbadores, parafusos e tirantes.

1.5 Tabelas de Perfis de Aço Leitura Recomendada : O uso do Aço na Arquitetura Cap. 3 : Perfis Metálicos: Métodos de Obtenção e Padronização, do Prof. Aluízio Fontana Margarido Este capítulo contém as principais tabelas de perfis de aço utilizados.

Além desta fonte, o site Metálica (www.metalica. com.br) inclui, entre suas páginas, uma seção dedicada a publicação de tabelas dimensionais fornecidas pelos fabricantes de diversos tipos de perfis e produtos de aço. Estão disponíveis para consulta e download no link: http://www.metalica.com.br/pg_dinamica/bin/pg_dinamica.php?id_pag=1729

(Material adicional disponível no curso on-line)

Nota: Recomendamos sempre consultar os catálogos dos fabricantes de perfis para verificação dos dados técnicos.

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Dimensionamento de Estruturas em Aço

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