Curso de Dimensionamentode Estruturas de Aço EAD - CBCA 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 IABr/CBCA Rebello, Yopanan Conrado Pereira Dimensionamento de Estruturas de Aço / Yopanan Conrado Pereira Rebello – Rio de Janeiro: IABr/CBCA, 2010. (Curso a distância – via Internet) Bibliografia ISBN 1.Perfis de aço 2.NBR 8800:2008 3.Estruturas metálicas 4.Dimensionamento de estruturas 5.Curso a distância Av. Rio Branco, 181 / 28º Andar 20040-007 - Rio de Janeiro - RJ e-mail:
[email protected] site: www.cbca-iabr.org.br Capa: Shopping Flamboyant Goiânia Foto: Sidnei Palatnik O conteúdo desta apostila é parte integrante do curso a distância inti- tulado: “Dimensionamento de Estruturas de 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 possibi- lidade 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. Sobre esta Apostila Curso de Dimensionamento de Estruturas de Aço EAD - CBCA Módulo Parte 1 1 1ª Parte - Mezaninos estruturados em Aço 2ª Parte - Dimensionamento de um Mezanino estruturado em Aço 1ª Parte - Galpões Estruturados em Aço 2ª Parte - Dimensionamento de um Galpão estruturado em aço 1ª Parte - Edifícios estruturados em Aço 2ª Parte - Dimensionamento de um Prédio com cinco pavimentos Considerações sobre o Dimensionamento de Estruturas de Aço Introdução Apresentação Sumário do Curso Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3 Módulo 4 Módulo 5 1ª Parte - Perfis de Aço - Tipos e Usos 2ª Parte - Dimensionamento de Estruturas de Aço O material Aço Dimensionamento de Estruturas de Aço – EAD - CBCA 6 Apresentação Seja bem vindo ao curso de Cálculo de Estruturas de 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 executadas 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 or- dem 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. Vídeo 1 – Apresentação assista on-line Dimensionamento de Estruturas de Aço – EAD - CBCA 7 Vídeo 2 - O material Aço assista on-line Introdução A quantidade de carbono O aço é uma liga metálica constituída basicamente de ferro e carbono. Dependendo do tipo de aço que queremos obter, são adicionados outros elemen- tos, tais como: manganês, silício, fósforo, enxofre, alumínio, cobre, níquel, nióbio, cromo e outros. 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 que- bradiços. Com menos carbono são mais dúcteis, mas com menor resistência. Cada um destes elementos altera as propriedades físicas da liga, como sua resistência mecânica, re- sistência a corrosão, ductilidade e muitas outras. 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. Figura 0 - Tabela de elementos de liga Dimensionamento de Estruturas de Aço – EAD - CBCA 8 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 inten- ção 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, re- comendamos fazer os dois outros cursos a distância oferecidos pelo CBCA: a. Introdução ao Uso do Aço na Construção b. Sistemas Estruturais em Aço na Arquitetura Curso de Introdução ao uso do Aço na Construção Módulo 1 - 2ª parte Para fazer o download do arquivo clique aqui Leitura Complementar recomendada: “O Uso do Aço na Arquitetura” Prof. Aluizio Fontana Margarido - CBCA - 2008 Para fazer o download do arquivo clique aqui Em relação ao cálculo de dimensionamento, não se considera o limite de rup- tura como limite de trabalho do aço e sim o limite de escoamento, pois a partir deste ponto as deformações são permanentes e indesejáveis, podendo, inclu- sive ocorrer a ruptura inesperadamente. Módulo 1 : 1ª Parte Perfis Metálicos Tipos e Usos 1. Perfis Estruturais de Aço página 10 1.1. Perfil Laminado página 10 1.2. Perfil de Chapa Dobrada página 11 1.3. Perfil de Chapas Soldadas página 11 1.4. Principais aplicações dos perfis página 12 1.4.1. Cantoneiras página 12 1.4.2. Perfil “U” página 15 1.4.3. Perfil “I” página 17 1.4.4. Perfil “H” página 20 1.4.5. Perfil “T” página 20 1.4.6. Perfil Tubular página 21 1.4.6.1. Usos estruturais de tubos de Aço página 22 1.4.7. Chapas página 23 1.4.7.1. A utilização das Chapas de aço página 23 1.4.8. Barras redondas página 24 1.5. Tabelas de Perfis de Aço página 24 Sumário Dimensionamento de Estruturas de Aço – EAD - CBCA 10 As chapas laminadas, por sua vez, podem resultar em outros perfis através de seu dobramento ou sol- dagem com outras chapas, além de diversos outros produtos de aço, como telhas, fechamentos laterais e pisos. 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. Os perfis estruturais de aço são obtidos a par- tir 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. 1. Perfis Estruturais de Aço Figura 01 – Laminador Universal Foto 01: Laminador de tiras a quente. Fonte: Usiminas 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 tarugos são processados, sob pressão, em má- quinas 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) Os perfis estruturais podem ser de três tipos: • Perfis Laminados • Perfis de chapas soldadas • e Perfis de chapa dobrada 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 bas- tante 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 caracter- ísticas próprias, sejam elas de geometria, espes- sura, 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. Módulo 1 : 1ª Parte Perfis Metálicos - Tipos e Usos Dimensionamento de Estruturas de Aço – EAD - CBCA 11 Foto 02. Laminador de perfis visto da cabine de controle. Fonte: Gerdau Açominas 1.1. Perfil Laminado 1.2. Perfil de Chapa Dobrada É aquele obtido a partir da laminação dos tarugos. Suas dimensões são padronizadas e limitadas. Nor- malmente é utilizado em obras de médio porte. Tem como vantagem a redução do trabalho de transfor- mação da chapa, pois já vem pronto. Os principais perfis laminados fabricados no Brasil são: • Perfil U • Perfil I e H • Cantoneira 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 especi- ais 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 per- fis de aço galvanizado variam de 0,8 a 1,5 mm. Os perfis conformados a frio são atendidos pelas normas NBR 14762:2001 Dimensionamento de es- truturas 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 míni- mos na dobragem para evitar fissuração ou alte- ração nas características do aço. Os perfis leves são mais comuns e utilizados em ob- ras de pequeno porte ou em elementos estrutu-rais secundários. Em coberturas, o uso de perfil de chapa dobrada costuma ser o mais econômico. 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 Foto 03 – Estrutura em light Steel Framing. Fonte: Sidnei Palatnik Dimensionamento de Estruturas de Aço – EAD - CBCA 12 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 sub- metidas. Resumidamente esse princípio pode ser assim exposto: • O esforço de tração simples convive bem com qualquer forma de seção. Se a intenção for trabal- har 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 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. • 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. Figura 02 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, especifi- cando primeiro as larguras das abas, seguidas da sua espessura. As dimensões das cantoneiras lami- nadas são expressas em polegadas e as de chapa dobrada, em mm. 1.3. Perfil de Chapas Soldadas Perfil de chapas soldadas é o perfil obtido pela sol- dagem de chapas entre si. Permite grande varie- dade 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. Dimensionamento de Estruturas de Aço – EAD - CBCA 13 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) É recomendável que as barras das treliças sejam formadas por cantoneiras duplas, para que o cen- tro de gravidade da força passe pelo c.g. da seção, evitando-se assim excentricidades que resultem em esforços indesejáveis. Figura 04 A ligação entre as cantoneiras é feita através de chapas nas quais estas são soldadas ou para- fusadas. Dimensionamento de Estruturas de Aço – EAD - CBCA 14 d) Reforços de chapas de piso ou vedação (Ver 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. figura 06 Foto 05 Fonte: Sidnei Palatnik c) Composição de pilares (Ver figura 05) Neste caso, com pequena quantidade de material pode ser obtida uma coluna, bastante rígida e com uma seção com grande momento de inércia. Figura 05 – Pilar composto de cantoneiras e chapa 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 trava- mentos adequados, sendo o mais eficiente aquele que forma triângulos, como aparece na Foto 05. Dimensionamento de Estruturas de Aço – EAD - CBCA 15 1.4.2 Perfil “U” O perfil U (ver figura 07) pode ser obtido por dobra- mento 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 forneci- das todas as dimensões da seção em milímetros, na seguinte seqüência: altura, largura e espessura. Os perfis U de chapa dobrada podem ser enrijeci- dos 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. 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 popu- larmente, substituir a especificação através do peso pela posição do perfil no catálogo de fabricação. Exemplo: [ 8” x 17,11 ou [ 8” 1a alma 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) Figura 07 Foto 06 – Perfil U laminado Figura 08 Dimensionamento de Estruturas de Aço – EAD - CBCA 16 b) Composição de pilares através da soldagem dos perfis entre si ou com chapas ou cantoneiras. (Ver figura 09) Observe-se a intenção de jogar material longe do centro de gravidade da seção com o intuito de di- minuir o efeito da flambagem. Recomenda-se que as abas do perfil estejam volta- das 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 d) Vigas para pequenas cargas e vãos (Ver figura 11) c) Terças para apoio de telhas de cobertura (Ver figura 10a e 10b) As terças são vigas que apóiam as telhas e que por sua vez apóiam-se nas tesouras. 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 simé- trica 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. 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 mo- mento 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 09 Figura 11 Figura 11 Figura 10a Figura 10b Dimensionamento de Estruturas de Aço – EAD - CBCA 17 1.4.3 Perfil “I” O perfil “I” (ver figura 13) pode ser obtido por lami- nação 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 infor- malmente substituir a especificação do peso pela posição do perfil na tabela do catálogo do fabricante (1ª alma, 2ª alma,...). Os perfis de chapa soldada, quando não obtidos in- dustrialmente, 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 ai- nda usa a sigla VEE para perfis I eletrosoldados que têm as mesmas seções dos perfis laminados padrão americano. Exemplo: I 12” x 60,6 x 60,6 kgf/m ou I 12” - 1ª alma VS 300 x 62 W 310 x 28,3 VE 250 x 19 Foto 07 – Perfil I laminado Fonte: Sidnei Palatnik Figura 13 a) Viga O uso como viga é a principal e mais importante aplicação desse perfil. Sua forma de seção é ex- tremamente 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. Os perfis “I” podem ser usados como: Dimensionamento de Estruturas de Aço – EAD - CBCA 18 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) 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 14 Figura 16 Figura 16b Figura 15 Todos os perfis I, sejam laminados ou soldados, têm a espessura da mesa maior que a da alma, e com- patível com o princípio de distribuição de massa na seção. (Ver figura 14) Dimensionamento de Estruturas de Aço – EAD - CBCA 19 Foto 7a - Corte do perfil para fabricação 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. Foto 7b - Montagem de viga alveolar. Fonte: Gerdau Açominas Figura 17 c) Pilar isolado para pequenas cargas. A seção em I não é a melhor para forças de com- pressão, 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. Essa característica impede o uso de perfis I para pilares mais solicitados e mais longos. 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) Dimensionamento de Estruturas de Aço – EAD - CBCA 20 Figura 18 O perfil H (ver figura 18) pode ser obtido pela sol- dagem de 3 chapas ou por laminação. Se diferen- cia 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 Açomi- nas recebem a sigla W ou HP. Os perfis eletrosolda- dos, 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 generi- camente, 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 identifica- ção é: altura do perfil, largura da mesa, espessura da mesa e espessura da alma. O Perfil T pode ser obtido pelo corte de um perfil “I” ou de perfil “H”. Quando obtido por laminação apre- senta dimensões bastante reduzidas. Por não ser muito econômico, o perfil “T” tem pouca utilização estru- tural, 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. 1.4.4 Perfil “H” 1.4.5 Perfil “T” O perfil “H”, pelas suas características geométri- cas, 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 flexo- compressão (flexão + compressão axial). Dimensionamento de Estruturas de Aço – EAD - CBCA 21 Os perfis tubulares podem ser obtidos pelo proces- so 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. Os tipos de seções tubulares As seções dos tubos podem ser circulares, quadradas ou retangulares. 1.4.6 Perfil Tubular No Brasil, os tubos sem costura são fabricados com dimensões que não ultrapassam 355 mm de diâ- metro externo. Nota: Para conhecer mais sobre o uso de tubos estrutur- ais, recomendamos o livro eletrônico “Imagination & Inspiração” publicado pela V&M e disponível em http://www.vmtubes.com.br/vmb/livro_vem/index.html. Os tubos são especificados em projeto pela dimen- são externa seguida da espessura em milímetros. Exemplos: 200 x 3 (tubo circular) 150 x 80 x 2 (tubo retangular) 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. Foto 08 Foto 09a Fotos 09a e 09b – Calandragem de perfil tubular de seção circular em seção retangular. Fonte: V&M Dimensionamento de Estruturas de Aço – EAD - CBCA 22 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. Apresentam certas dificuldades em relação às ligações entre as barras, embora já existam siste- mas bastante eficientes para execução de nós em treliças com tubos cilíndricos (ex.: Sistema Mero para treliças espaciais). b) Barras submetidas à torção Os perfis tubulares, principalmente os cilíndricos, são os que melhor absorvem esforços de torção por possuírem massas igualmente distanciadas do cen- tro 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. 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 concentra- ção de massa na alma, o que contraria o princípio já bastante comentado. c) Pilares Talvez seja essa a mais interessante aplicação dos perfis tubulares, pois apresentam maior eficiên- cia 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. Foto 10 – Treliça espacial. Fonte: Sidnei Palatnik Foto 11 – Centro Empresarial do Aço – CEA. Fonte: Sidnei Palatnik 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. Dimensionamento de Estruturas de Aço – EAD - CBCA 23 1.4.7 Chapas 1.4.7.1. A utilização das Chapas de aço 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 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 são utilizadas em: a) Conformação de perfis estruturais (perfis de chapas dobradas). Para esta finalidade são usadas apenas chapas finas. A soldagem de chapas em perfis que necessitam de reforço propicia um aumento bastante sensível na sua resistência. (Ver figura 19) 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. No exemplo acima, foi obtido um aumento de 21% na resistência da peça com apenas 10% a mais de peso. As chapas grossas possuem espessuras que variam de 13/64” (5,2 mm) a 2 1/2” (63,5 mm) e são normal- mente especificadas em polegada. São fornecidas em peças de até 1,22 m de largura por até 10.67m de comprimento. Figura 19 Foto 12 – Estrutura em perfis de chapa dobrada. Fonte: Sidnei Palatnik Dimensionamento de Estruturas de Aço – EAD - CBCA 24 1.4.8. Barras redondas. 1.5 Tabelas de Perfis de Aço 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 con- fecção de chumbadores, parafusos e tirantes. Além desta fonte, o site Metálica (www.metalica. com.br) inclui, entre suas páginas, uma seção dedi- cada a publicação de tabelas dimensionais forneci- das 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_dinami- ca.php?id_pag=1729 Nota: Recomendamos sempre consultar os catálo- gos dos fabricantes de perfis para verificação dos dados técnicos. 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. Para fazer o download do arquivo clique aqui