Universidade Universidade Nova de Lisboa L isboa
Faculdade de Ciências e Tecnologia Tecnologia Departamento Departamento de Engenharia Civil
ESTRUTURAS EM AÇO 2º Semestre – 2007/2008 2007/2008
Apontamentos das Aulas Professor João Rocha de Almeida
André Filipe Ferreira Ramos, n.º 25014, MEC/EG
– “Design of Steel Structures”: EC3 – “Design
Part 1.1 – “General – “General Rules and Rules for Buildings”
Part 1.5 – “General Strength and Stability of Planar Plated P lated Structures – “General – Strength
without Transverse Loading”
– “General – Design – Design of Joints” Part 1.8 – “General
“Manual de Dimensionamento de Estruturas Metálicas, Eurocódigo 3”, P arte 1.1, Rui A. P. Simões, CMM, 2005
Apontamentos vários (p.e. Anexo Nacional EC3) – Viacópia – Viacópia
Compostas por peças laminares (barras) (pórticos, treliças, etc.). Constituídas por chapadas (reservatórios, silos, etc.).
Solução standard (mais económica e utilizada em soluções correntes). Para comprimento máximo de 12 metros. Formadas a partir da lig ação de chapas soldadas
entre si. Utilizadas quando se pretende secções mais resistentes ou de maior vão, como coberturas de grande vão ou pontes.
1
Também chamado de cantoneira.
2
Também chamado de “channel”.
– “Design of Steel Structures”: EC3 – “Design
Part 1.1 – “General – “General Rules and Rules for Buildings”
Part 1.5 – “General Strength and Stability of Planar Plated P lated Structures – “General – Strength
without Transverse Loading”
– “General – Design – Design of Joints” Part 1.8 – “General
“Manual de Dimensionamento de Estruturas Metálicas, Eurocódigo 3”, P arte 1.1, Rui A. P. Simões, CMM, 2005
Apontamentos vários (p.e. Anexo Nacional EC3) – Viacópia – Viacópia
Compostas por peças laminares (barras) (pórticos, treliças, etc.). Constituídas por chapadas (reservatórios, silos, etc.).
Solução standard (mais económica e utilizada em soluções correntes). Para comprimento máximo de 12 metros. Formadas a partir da lig ação de chapas soldadas
entre si. Utilizadas quando se pretende secções mais resistentes ou de maior vão, como coberturas de grande vão ou pontes.
1
Também chamado de cantoneira.
2
Também chamado de “channel”.
Liga de ferro e carbono, podendo incluir outros materiais (manganês, silício, crómio, níquel, alumínio, enxofre). Considera -se aço quando o teor de carbono é inferior ou igual a 2%; as ligas com teor de carbono superior a 2% chamam-se ferro
fundido. O aço estrutural, usado em estruturas metálicas, tem um teor de carbono inferior a 0,4% (excepto em aços de alta resistência).
Percentagem desprezável desprezável de elementos de liga (para além do ferro e do d o carbono);
Percentagem de elementos de liga inferior a 5%.
Percentagem de elementos de liga superior a 5% (no
aço inoxidável, a percentagem de crómio é superior a 12%). O aumento de carbono faz aumentar a dureza e a resistência mecânica, mas faz diminuir a ductilidade (capacidade do material sofrer grandes deformações permanentes) e a soldabilidade (capacidade de ligação de duas peças por soldadura, maior quanto menor for a ductilidade) , pelo que a percentagem de carbono não pode ultrapassar um dado limite. Os aços de alta resistência não são, então, soldáve is.
O minério de ferro é queimado nos “ altos-fornos”, daí resultando o ferro fundido e outros resíduos; de seguida, retira -se do ferro fundido o carbono em excesso e outras impurezas, obtendo-se o aço em fusão (temperatura de aproximadam ente
1000ºC); este é vazado em moldes, onde solidifica, formando lingotes.
os lingotes são colocados em fornos, e depois passam pelo trem de laminagem, a uma temperatura de 1000ºC, de forma a se obter a forma pretendida; usa-se, geralmente, para perfis normalizados e
chapas de maiores dimensões; nas peças laminadas a quente, existem tensões residuais de origem térmica, devidas ao processo de fabrico.
a forma do perfil é obtida à temperatura ambiente, por laminagem ou por extrusão; usa -se em peças de pequenas dimensões e espessura (chapas de revestimento, pequenos perfis ou pequenos tubos); nas
peças enformadas a frio, existem tensões residuais de origem mecânica, devidas ao processo de fabrico.
Tem uma melhor relação resistência/peso, conseguindo -se estruturas mais leves e esteticamente menos pesadas;
O seu peso e a sua maior ductilidade tornam-no mais adequado para resistir aos sismos;
As estruturas metálicas são geralmente compostas por peças pré-fabricadas, o que permite uma construção mais rápida e mais precisa;
O aço é um material quase 100% reciclável, podendo ser reutilizado;
As fundações de estruturas metálicas são, geralmen te, mais económicas, pois o peso da estrutura é menor;
As estruturas metálicas permitem vencer maiores vãos;
As estruturas metálicas são mais adaptáveis a futuras utilizações (estruturas provisórias, etc.) e para efeitos de reforço e reabilitação, pois mon tam-se mais facilmente e têm menores dimensões.
Em geral, as estruturas de aço são estruturas mais caras; no entanto, note-se que, no custo de uma estrutura, o material tem uma percentagem inferior a 50%, sendo os outros custos os de
mão-de-obra, transporte, colocação, pintura, etc.; em Portugal, como a mão-de-obra é barata e pouco qualificada, o betão armado, apesar de obrigar a obras mais demoradas, torna-se competitivo;
O aço pode ter problemas de corrosão, necessitando de protecção adequada;
O aço pode ter problemas de resistência ao fogo, necessitando de protecção adequada;
O aço pode ter problemas de fadiga, necessitando de dimensionamento para esse efeito;
Os elementos de aço, sendo muito esbeltos, são condicionados por fenómenos de in stabilidade.
Em Portugal, o peso da construção metálica é pequeno porque, quer as empresas (que têm pouca experiência neste domínio), quer os projectistas (que, em
geral, não conhecem os métodos de dimensionamento), quer os operários (que não têm formação adequada), não se querem envolver neste tipo de construção. Para além disso, a construção metálica é muito mais rigorosa em termos de precisão, o que choca com a mentalidade habitual portuguesa.
No passado, os especialistas de estruturas metálicas era m firmas metalomecânicas não de engenharia civil (Lisnave, Sorefame, Mague). Com a decadência da nossa indústria, estas firmas fecharam. Noutros domínios, as estruturas metálicas são muito importantes. Por exemplo, o Instituto de Soldadura e Qualidade é formado principalmente por engenheiros mecânicos.
I
INP IPE HEA
H
HEB HEM
Bases de Dimensionamento;
Acções
Estruturas de Betão
Estruturas de Aço
Estruturas Mistas Aço/Betão
Estruturas de Madeira
Estruturas de Alvenaria
Projecto Geotécnico
Dimensionamento Anti-Sísmico
Estruturas de Alumínio
Regras gerais e regras para edifícios
Pontes
Torres, mastros e chaminés
Depósitos, silos e oleodutos
Estacas
Estruturas de aparelhos de elevação
1.1.
Regras gerais e regras para edifícios
1.2.
Verificação da resistência ao fogo
1.3.
Elementos enformados a frio
1.4.
Aço inoxidável
1.5.
Placas
1.6.
Cascas
1.7.
Placas carregadas transversalmente
1.8.
Ligações
1.9.
Fadiga
1.10.
Tenacidade, resistência à rotura frágil
1.11.
Elementos traccionados
1.12.
Elementos de alta resistência
1. Generalidades
2. Bases de projecto
3. Materiais
4. Durabilidade
5. Análise estrutural
6. Estados Limites Últimos
Equilíbrio (deslizamento e derrubamento)
Rotura plástica
Instabilidade (encurvadura)
7. Estados Limites de Utilização
Deformação
Vibrações
Fenómenos de instabilidade;
Ligações (aparafusadas ou soldadas).
S
f y S335 S420
S235
S460
S275
Fe
f u Fe430 (S275)
Fe360 (S235)
Fe510 (S355)
E 210 GPa G
0,3
E 80,8 GPa 2 1
78,5 kN/ m3
12 106 /º C (em estruturas mistas, toma-se AÇO BETÃO 10 106 /º C )
Para avaliar a resistência à cedência, o EC3 adopta o critério de Von Mises:
comparação 12 22 32 1 2 1 3 2 3 f y (a 3D) 1, 2 ,3 – tensões principais
Admite-se
fy f y .
Como
AÇO BETÃO , os efeitos térmicos
devidos à diferença de deformação entre os dois materiais são pequenos. Logo, por simplicidade, adopta-se
laje de betão
AÇO BETÃO em estruturas mistas.
viga de aço
conectores (asseguram a ligação aço -betão)
