Ações e Segurança em Estruturas Metálicas

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Propriedades dos Materiais 
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Ações e Segurança em Estruturas Metálicas
Professora: LAYSE MENDES DINIZ
Centro Universitário UniProjeção
Propriedade dos Materiais – Exercício 
Considere um corpo de prova cilíndrico de um aço (curva tensão de engenharia –deformação de engenharia apresentada abaixo) de 8,5 mm de diâmetro e 80 mm de comprimento que é submetido ao ensaio de tração. Determine seu alongamento quando uma carga de 65.250 N for aplicada.
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Propriedade dos Materiais – Exercício 
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Propriedade dos Materiais – Exercício 
Usando o mesma gráfico tensão-deformação do exercício 1, responda:
Qual é o valor do módulo de elasticidade (elasticity modulus ou Young modulus) da liga?
Qual é o valor do limite de proporcionalidade (proportional limit)?
Qual é o valor do limite de escoamento (yield strength) para deformação de engenharia = 0,002 (ou 0,2%)?
Qual é o valor do limite de resistência à tração (tensile strength)?
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Propriedade dos Materiais – Exercício 
Módulo de Elasticidade
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Propriedade dos Materiais – Exercício 
Limite de Proporcionalidade
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Propriedade dos Materiais – Exercício 
Limite de Escoamento
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Propriedade dos Materiais – Exercício 
Limite de Resistência a Tração
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Fundamentos de Estruturas em Aço
Tipos de Aços estruturais
Classificação
Aço é uma liga de ferro e carbono com outros elementos adicionais como silício, manganês, enxofre, entre outros.
 O teor de carbono varia de 0% ~ 1,7%.
Os aços utilizados em estruturas são divididos em dois grupos: aços-carbono e aços de baixa liga.
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Fundamentos de Estruturas em Aço
Tipos de Aços estruturais
Aços-carbono
Os aços-carbonos são os tipos mais usados, nos quais o aumento de resistência em relação ao ferro puro é produzido pelo carbono e, em menor escala, pelo manganês.
Porcentagens máximas:
Em função do teor de carbono, distinguem-se quatro categorias:
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Fundamentos de Estruturas em Aço
Tipos de Aços estruturais
Aços-carbono
O aumento de teor de carbono eleva a resistência do aço, portanto, sua ductilidade.
Em estruturas de aço usuais, utilizam-se de preferência aços de teor baixo até moderado.
Aços de Baixa Liga
Os aços de baixa liga são aços-carbono acrescidos de elementos de liga como cobre, manganês, níquel, fósforo, zircônio e outros, que conferem melhores propriedades mecânicas.
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Fundamentos de Estruturas em Aço
Os aços estruturais, ou seja, os utilizados para fabricação de perfis, tubos e chapas usados nas estruturas, são do tipo aço com baixo teor de carbono.
Esses podem conter ou não elementos de liga. E os que tiverem em sua composição química outros elementos podem receber o tratamento térmico que aumenta a resistência mecânica do aço e também a resistência à corrosão.
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Tipos de Aços
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Quadro: Aços especificados por normas brasileiras para fins estruturais.
Tipos de Aços
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Quadro: Aços estruturais relacionados pela ASTM (American Society for Testing and Materials).
Seções Estruturais
Chapas grossas 
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Seções Estruturais
Chapas finas
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Seções Estruturais
Barras
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Seções Estruturais
Tubos
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Seções Estruturais
Perfis
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Seções Estruturais – Perfis Metálicos
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LAMINADOS
(SIDERÚRGICA)
SOLDADOS OU COMPOSTOS
(METALÚRGICA)
DOBRADOS A FRIO
(METALÚRGICA)
“PERFIS PESADOS”
NORMA ABNT NBR 8800: 2008
“PERFIS LEVES”
NORMA ABNT NBR 14762: 2010
Seções Estruturais - Perfis
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Seções Estruturais - Perfis
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Seções Estruturais - Perfis
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Seções Estruturais - Perfis
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Elementos estruturais 
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Elementos estruturais 
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Elementos tipo Barra
Tirantes: sujeitos a tração axial;
Pilares: sujeitos a compressão axial;
Vigas: sujeitas a carga transversal que produzem momento fletor e esforço cortante;
Banzos, diagonais, montante: sujeitos a tração e a compressão axial. 
Elementos estruturais 
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Elementos tipo Placa
Lajes: sujeitas à forças que atuam perpendicularmente à face formada pelas duas maiores dimensões;
Paredes e painéis estruturais: as forças atuam paralelamente à face formada pelas duas maiores dimensões.
Apoios 
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Exemplos de estruturas metálicas
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Burj Al Arab - Dubai
Empire State – New York
Exemplos de estruturas metálicas
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Taipei 101 - Taiwan
Torre Eiffel - Paris
Exemplos de estruturas metálicas
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San Paolo - São Paulo - Primeiro prédio do Brasil com múltiplos
andares em aço.
Shopping centers
Exemplos de estruturas metálicas
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Exemplos de estruturas metálicas
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Exemplos de estruturas metálicas
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Postos de gasolina
Torres de transmissão
Exemplos de estruturas metálicas
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Silos, reservatórios, caixas
d’água, tanques em geral
Exemplos de estruturas metálicas
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Pontes, viadutos e passarelas
Projeto Estrutural e Normas 
Os objetivos de um projeto estrutural são:
Garantia de segurança - colapso 
Garantia de desempenho – grandes deslocamentos
Etapas de um projeto estrutural: 
Anteprojeto 
Dimensionamento 
Detalhamento
 Regras e recomendações: 
Critérios de garantia de segurança 
Padrões de testes para caracterização de materiais 
Definição de carregamento 
Limites de tolerância para imperfeições na execução
Regras construtivas, etc.
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Ações e segurança nas estruturas
As estruturas devem ser projetadas para resistir a todas as ações atuantes durante sua vida útil com segurança, desempenho e durabilidade adequada à sua utilização, com custos de construção e manutenção compatíveis. 
A estrutura deve ser verificada para condições normatizadas de segurança referentes aos estados-limites últimos e de serviço.
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Ações e segurança nas estruturas
Estado Limite Último (ELU): estado que, pela sua simples ocorrência, determina a paralisação, no todo ou em parte, do uso da construção.
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Ações e segurança nas estruturas
Estado Limite de Serviço (ELS): estados que, por sua ocorrência, repetição ou duração, causam efeitos estruturais que não respeitam as condições especificadas para o uso normal da construção, ou que são indícios de comprometimento da durabilidade da estrutura.
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Ações e segurança nas estruturas
“Ações são causas que provocam esforços ou deformações nas estruturas. Do ponto de vista prático, as forças e as deformações impostas pelas ações são consideradas como se fossem as próprias ações. As deformações impostas são por vezes designadas por ações indiretas e as forças, por ações diretas.” (ABNT NBR 8681, 2003). 
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Ações e segurança nas estruturas
Ações permanentes
Ações que ocorrem com valores constantes ou de pequena variação em torno de sua média, durante praticamente toda avida da construção.
Consideram-se como ações:
permanentes diretas: os pesos próprios dos elemen-tos da construção, incluindo- se o peso próprio da estrutura e de todos os elementos construtivos permanentes, os pesos dos equipamentos fixos e os empuxos devidos ao peso próprio de terras não removíveis e de outras ações permanentes sobre elas aplicadas;
permanentes indiretas: a protensão, os recalques de apoio e a retração dos materiais
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Ações e segurança nas estruturas
Ações variáveis
Ações que ocorrem com valores que apresentam variações significativas em torno de sua média, durante a vida da construção. 
Exemplo: as sobrecargas nas construções, os efeitos do vento, das variações de temperatura, do atrito nos aparelhos de apoio bem como efeitos, tais como forças de frenagem, de impacto e centrífugas, e, em geral, as pressões hidrostáticas e hidrodinâmicas.
Em função de sua probabilidade de ocorrência durante a vida da construção, as ações variáveis são classificadas em normais ou especiais
ações variáveis normais: ações variáveis com probabilidade de ocorrência suficientemente grande para que sejam, obrigatoriamente, consideradas no projeto das estruturas de um dadotipo de construção;
ações variáveis especiais: nas estruturas em que devam ser consideradas certas ações especiais, como ações sísmicas ou cargas acidentais de natureza ou de intensidade especiais, elas também devem ser admitidas como ações variáveis.
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Ações e segurança nas estruturas
Ações excepcionais
 As ações excepcionais são aquelas que tem duração extremamente curta e muito baixa probabilidade de ocorrência durante a vida da construção, mas que devem ser consideradas nos projetos de determinadas estruturas.
Consideram-se como excepcionais as ações decorrentes de causas tais como incêndios, explosões, choques de veículos, enchentes ou sismos excepcionais. 
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Ações e segurança nas estruturas
Ações permanentes
Ações variáveis
Ações excepcionais
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Ações e segurança nas estruturas
Esforços
São as forças desenvolvidas internamente no corpo e que tendem a resistir as cargas. Entretanto, cargas também são forças, porém, desenvolvidas externamente. 
Assim, os esforços estruturais podem ser caracterizados como esforços externos atuantes ativos e reativos.
Ativos: são produzidos por forças atuantes, ou seja, cargas aplicadas à estrutura;
Reativos: são produzidos pelas reações, ou seja, são as equilibrantes do sistema de cargas; 
Ou esforços internos solicitantes e resistentes
Solicitantes: são os esforços normais de tração ou compressão, cortantes, flexão e torção;
Resistentes: são as tensões normais e tensões de cisalhamento.
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Ações e segurança nas estruturas
Esforços
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Ações e segurança nas estruturas
Uma vez sujeita às cargas atuantes, as peças estruturais respondem através de esforços resistentes. Mas, também sobre o influxo das cargas ou esforços atuantes, surge deslocamentos em torno dos eixos transversais da seção da peça.
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Ações e segurança nas estruturas
Exercício: 
Dado o perfil VS 750 x 10 em aço ASTM A36, simplesmente apoiado sob a forma de viga com vão livre de 11,00 m, verificar a deformação máxima desse perfil sujeito a:
Carga uniformemente distribuída de 16,5 kN/m ou 0,165 kN/cm;
Carga pontual P=125 kN(meio do vão).
Dados: E = 20 GPa; I= 134197 cm.
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Valores representativos das ações
As ações são quantificadas por seus valores representativos, que podem ser valores característicos, valores reduzidos de  combinação e valores convencionais excepcionais.
O valores característicos das ações, designados por , são determinados a partir de valores normatizados (por exemplo, conforme ABNT NBR 6120 para carregamentos e NBR 6123 para efeito do vento) ou por meio de medições (por exemplo, em depósitos).
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Valores representativos das ações
Os valores reduzidos de , em função da combinação de ações, são utilizados quando:
nas verificações de estados-limites últimos: quando a ação considerada se combina com a ação principal. Aquela é determinada a partir dos valores característicos pela expressão , que considera muito baixa a probabilidade de ocorrência simultânea dos valores característicos de duas ou mais ações variáveis de naturezas diferentes (entende-se por ações variáveis de naturezas diferentes aquelas originadas por agentes distintos) por exemplo, ação do vento, sobrecarga de cobertura, carga acidental de piso e carga de equipamento);
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Valores representativos das ações
nas verificações de estados-limites de serviço: a ação considerada é determinada a pelas expressões , que estimam, respectivamente, os valores frequentes e quase permanentes de uma ação que acompanha a ação principal.
Os valores dos fatores , conhecidos como fatores de combinação, e dos e , conhecidos como fatores de redução, que devem ser empregados em projetos de edifícios, são apresentados na Tabela 1.
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Valores representativos das ações
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Valores de cálculo das ações
Os valores de cálculo das ações, designados por ,são obtidos a partir dos valores representativos, multiplicando-os pelos respectivos coeficientes de ponderação .
Os valores dos coeficientes de ponderação a serem empregados nas combinações normais de ações são fornecidos nas Tabelas 2 a 5. Os valores fornecidos são aqueles que provocam efeitos desfavoráveis à segurança. Quando os efeitos forem favoráveis, .
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Valores de cálculo das ações
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Valores de cálculo das ações
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Valores de cálculo das ações
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Valores de cálculo das ações
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Combinações de ações
Um carregamento é constituído por um conjunto de ações com probabilidade de atuarem simultaneamente na estrutura. As ações devem ser combinadas de várias maneiras diferentes objetivando determinar os efeitos mais nocivos para a estrutura.
Cada carregamento é formado por combinações específicas de ações. 
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Combinações de ações
Combinações últimas
Uma combinação última de ações pode ser classificada em normal, especial, de construção e excepcional.
Combinações últimas normais: são dadas pela seguinte expressão:
Onde: 
 é o valor característico das ações permanentes; 
é o valor característico da ação variável considerada como ação principal para a combinação; 
 é o valor reduzido de combinação de cada uma das demais ações variáveis.
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Combinações de ações
Combinações últimas especiais ou de construção: são dadas pela seguinte expressão:
Onde: 
 é o valor característico das ações permanentes; 
é o valor característico da ação variável admitida como principal para a situação transitória considerada; 
é é o fator de combinação efetivo de cada uma das demais variáveis que podem agir concomitantemente com a ação principal , durante a situação transitória.
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Combinações de ações
Combinações últimas excepcionais: são dadas pela seguinte expressão:
Onde: 
é o valor da ação transitória excepcional e os demais termos são os que já foram definidos nas combinações anteriores.
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Combinações de ações
Combinação de serviço
As combinações de serviço são classificadas de acordo com sua permanência na estrutura em quase permanentes, frequentes e raras.
Combinações quase permanentes de serviço: todas as ações variáveis são consideradas com seus valores quase permanentes
Combinações frequentes de serviço: Nas combinações frequentes de serviço, a ação variável principal é tomada com seu valor frequente e todas as demais ações variáveis são tomadas com seus valores quase-permanentes 
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Combinações de ações
Combinações raras de serviço: Nas combinações raras de serviço, a ação variável principal é tomada com seu valor característico e todas as demais ações são tomadas com seus valores frequentes 
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Boa noite!
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