Notas de Aula – Prof. Esp. Igor Leite Estruturas Metálicas
NOTAS DE AULA
PROFESSOR ESP. IGOR LEITE ETUS – CURSO TÉCNICO DE EDIFICAÇÕES
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I – HISTÓRICO DAS ESTRUTURAS METÁLICAS As estruturas metálicas têm sido usadas desde o século XII, na forma de tirantes e pendurais de ferro fundido, que funcionavam como elementos auxiliares em estruturas de madeira. No século XVI tornaram-se comuns as estruturas de telhado em ferro fundido, com sistemas estruturais pouco racionais, uma vez que nessa época a análise estática encontrava-se em fase inicial de desenvolvimento. No final do século XVIII começaram a ser construídas cúpulas de igrejas e pontes. As pontes possuíam vãos em arco ou treliçados, com elementos de ferro fundido submetidos à compressão. A primeira dessas pontes, datada de 1779, situa-se em Coalbrookdale, sobre o Rio Severn, na Inglaterra, e possui arcos de ferro fundido vencendo um vão central de 30 m.
De 1900 até nossos dias, houve grande desenvolvimento no estudo do comportamento das estruturas de aço, principalmente no que se refere à instabilidade e à plasticidade, foi inventada a solda elétrica, criados os parafusos de alta resistência e os aços de alta resistência mecânica e resistentes à corrosão atmosférica. Passaram a ser construídos corriqueiramente edifícios de andares múltiplos, centros de compras (shopping centers), pontes, pavilhões de exposições, coberturas de ginásios de esportes e de estádios, edifícios industriais, torres de transmissão de energia e de telecomunicações, etc., com sistemas estruturais cada vez mais criativos e ousados.
II – PROCESSO SIDERÚRGICO É o processo de obtenção do aço, desde a chegada do minério de ferro até o produto final a ser utilizado no mercado, em diferentes setores; Aço é a liga metálica composta principalmente de ferro e carbono
O aço é produzido, basicamente, a partir de minério de ferro, carvão e cal. A fabricação do aço pode ser dividida em quatro etapas:
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Notas de Aula – Prof. Esp. Igor Leite Estruturas Metálicas 1. Preparação da carga 2. Redução 3. Refino 4. Laminação 1. Preparação da carga O carvão é processado na coqueria e transforma-se em coque. • Grande parte do minério de ferro (finos) é aglomerada utilizando-se cal e finos de coque. • O produto resultante é chamado de sinter. 2. Redução • Essas matérias-primas, agora preparadas, são carregadas no alto forno. • Oxigênio aquecido a uma temperatura de 1000ºC é soprado pela parte de baixo do alto forno. • O carvão, em contato com o oxigênio, produz calor que funde a carga metálica e dá início ao processo de redução do minério de ferro em um metal líquido: o ferro-gusa. • O gusa é uma liga de ferro e carbono com um teor de carbono muito elevado. 3. Refino • Aciarias a oxigênio ou elétricas são utilizadas para transformar o gusa líquido ou sólido e a sucata de ferro e aço em aço líquido. • Nessa etapa parte do carbono contido no gusa é removido juntamente com impurezas. • A maior parte do aço líquido é solidificada em equipamentos de lingotamento contínuo para produzir semi-acabados, lingotes e blocos. 4. Laminação • Os semi-acabados, lingotes e blocos são processados por equipamentos chamados laminadores e transformados em uma grande variedade de produtos siderúrgicos, cuja nomenclatura depende de sua forma e/ou composição química. PROPRIEDADES DOS AÇOS • Ductilidade É a capacidade de o material se deformar sob a ação das cargas. • Fragilidade É o oposto da ductilidade. • Dureza É a resistência ao risco ou abrasão. • Fadiga É o enfraquecimento do material devido a ação repetida de cargas. • Corrosão É o processo de reação do aço com alguns elementos presentes em ambiente em que se encontra exposto.
PRODUTOS SIDERÚRGICOS (LAMINADOS) Perfis I Laminados Padrão Americano (Série I) “abas inclinadas”
Perfis I Laminados Abas Paralelas (Série W)
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PADRÃO COMERCIAL DOS PERFIS METÁLICOS
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III – CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICA DOS PERFIS Para o dimensionamento de peças estruturais, é imprescindível a determinação das ‘características geométricas’ das seções transversais das mesmas. Sem esse mecanismo determinante da capacidade portante das estruturas, não se consegue dimensionar os componentes da estrutura, tão pouco se verificar a estabilidade individual e global das estruturas analisadas. Dessa maneira, temos como ‘características geométricas’ principais os seguintes tópicos: a) Área b) Centro de Gravidade c) Momento de Inércia d) Raio de Giração e) Momento Resistente Elástico f) Momento Resistente Plástico • Área: Cálculo de Área de um perfil ‘ I ‘ Soldado
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Resolução: Área Total = AI + AII + AIII A = (18x150) + (270x5) + (12x150) A = 5.850 mm² ou 58,50 cm²
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Cálculo do Centro de Gravidade:
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• Cálculo do Momento de Inércia: Momento de Inércia de uma figura plana em relação ao eixo do seu plano é a somatória dos produtos da área de cada elemento da superfície, pelo quadrado de sua distância, somado ao momento de inércia da peça isolada (Teorema de Steiner).
• Cálculo do Raio de Giração: Essa característica geométrica das figuras planas é definida por operações matemáticas bastante simples, pois o raio de giração, denominado pela letra r adicionada do seu eixo de direção X ou Y, ou seja rx = raio de giração no sentido X e ry = raio de giração no sentido Y, será igual à raiz quadrada do momento de inércia do eixo correspondente, dividido pela área da seção transversal. Assim sendo,
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• Cálculo do Momento Resistente: Para o cálculo desse Momento Resistente, basta aplicarmos, assim como para o cálculo do raio de giração, simples equação matemática, pois:
Referências Bibliográficas: • • •
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