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PLANO DE CURSO Disciplina: PEC1112 - ESTRUTURAS METÁLICAS Número de Créditos: 3 créditos - 45 horas de aula Professor: Dr. Dr. Francisco Adriano Adriano de Araújo Turma 01: Sala de Aula do PEC: horário 3M123 - 07:00hs às 09:30hs Objetivo: Revisar e ampliar os conhecimentos adquiridos na graduação sobre o cálculo de estruturas metálicas em aço.
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Ementa: - Materiais utilizados nas estruturas metálicas e suas propriedades; - Método dos estados-limites pela NBR 8800-2008; - Combinações de ações nos estados-limites últimos e de serviços; - ELS de deslocamentos excessivos; - Classificação das estruturas quanto a deslocabilidade; - Análise estrutural de primeira ordem; - Cálculo das cargas nas estruturas metálicas; - Determinação das forças do vento em galpões;
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Ementa: - Materiais utilizados nas estruturas metálicas e suas propriedades; - Método dos estados-limites pela NBR 8800-2008; - Combinações de ações nos estados-limites últimos e de serviços; - ELS de deslocamentos excessivos; - Classificação das estruturas quanto a deslocabilidade; - Análise estrutural de primeira ordem; - Cálculo das cargas nas estruturas metálicas; - Determinação das forças do vento em galpões;
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Ementa (continuação): -Verificação de esforços resistentes em perfis laminados, soldados e dobrados; Verificação à tração; Verificação à compressão; Verificação à flexão simples; Verificação à flexão composta; - Sistemas de contraventamentos; - Placa de base e chumbador; - Ligações com parafusos; - Ligações com soldas;
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Metodologia de Ensino: As aulas serão teóricas expositivas-dialogadas com apresentação em data show, show, aplicando as teorias estudadas ao cálculo estrutural de um galpão totalmente metálico e sem ponte rolante, a título de exemplos. É recomendado aos pós-graduandos imprimir e trazer os slides para o acompanhamento das aulas e a realização de eventuais anotações neste material. Recomenda-se imprimir 4 slides por página, frente e verso.
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Procedimentos de Avaliação da Aprendizagem: Não haverá prova; avaliada a conduta (assiduidade, pontualidade, permanência, não uso do celular e atenção) nas aulas por parte dos pós-graduandos;
Será
aplicados 17 Trabalhos Individuais, um para cada semana de aula, os quais deverão ser feitos manuscritamente, scaneados e entregues eletronicamente via sigaa-atividade. Estes trabalhos serão avaliados quanto a conteúdo
Serão
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Sendo
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aplicada a seguinte pontuação final:
A – Excelente; (excelente conduta e todos os Trabalhos OK! quanto a conteúdo e prazo) B – Bom; (razoável conduta; ou 1 Trabalho Deficiente) C – Suficiente; (conduta a desejar; ou 2 Trabalhos Deficientes) D – Fraco; (conduta inapropriada; ou 3 Trabalhos Deficientes) E – Insuficiente ou reprovado por faltas.
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BIBLIOGRAFIA BÁSICA: 1. NBR 8800-2008: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto;* 2. NBR 6123-1988: Forças devidas ao vento em edificações;* 3. NBR 14762-2010: Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio;* 4. NBR 6355-2003: Perfis estruturais de aço formados a frio - Padronização;*
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5. Pfeil, W. & Pfeil M. (2009). Estruturas de Aço - Dimensionamento prático de acordo com a NBR 8800-2008; 8ed. LTC Livros técnicos e científicos editora.* Rio de Janeiro-RJ. ISBN9788521616115. 7. FAKURY,R.H.; SILVA,A.L.R.C.; CALDAS,R.B.(2016). Dimensionamento de Elementos de Aço e Mistos de Aço e Concreto. 1a ed. Editora Pearson. São Paulo-SP. ISBN9788543001128.
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Capítulo 01 - Solicitações 1.1 – Definição de Aço O aço é uma liga de ferro (aproximadamente 98%) e carbono (de 0,008% até 2,11%) com elementos residuais do processo de fabricação (silício, manganês, fósforo e enxofre) e elementos adicionados com o intuito de melhorar as características físicas e mecânicas do material, os quais são denominados elementos de liga (alumínio, cobre, cromo, molibidênio, níquel, vanádio, e etc) sendo que a adição ou não de um ou mais destes elementos varia de acordo com a finalidade de utilização deste aço.
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1.2 – Vantagens da Utilização das Estruturas Metálicas •
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Alívio das fundações; Aumento da área útil; Redução do tempo de obra; Antecipação dos rendimentos; Reciclagem; Precisão construtiva; Compatibilidade com o concreto armado.
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1.3 – Desvantagens da Utilização das Estr. Metálicas A obra pode custar mais cara do que uma similar em concreto armado; A mão-de-obra necessária é mais especializada; Necessidade de proteção contra incêndio; Falta de tradição na utilização do aço em algumas regiões do Brasil; Em algumas regiões pode ser difícil conseguir determinados tipos de aços e perfis metálicos; Viabilidade somente em elementos lineares; Pouco enfoque nos cursos de graduação no Brasil. •
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1.4 – Materiais Estruturais De acordo com o processo de fabricação existem três grandes grupos de perfis metálicos em aço: a) Perfis laminados, obtidos pela operação de laminação a quente em indústrias siderúrgicas. Ex.:
Fabricantes: Gerdau Açominas e a ArcelorMittal (Antiga Belgo Mineira)
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b) Perfis soldados, obtidos pela soldagem de tiras de chapas. Ex.:
c) Perfis dobrados, obtidos pela dobragem de chapas finas em máquinas dobradeiras ou perfiladeiras: Ex.:
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A01-14 A norma brasileira NBR 8800-2008 trata do dimensionamento de estruturas metálicas em aço constituídas por perfis laminados ou soldados. Ex.:
A norma brasileira NBR 14762-2010 trata do dimensionamento de estruturas metálicas em aço constituídas por perfis formados a frio (chapa dobrada). Ex.:
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Aços considerados neste curso:
NBR 8800-2008, item 4.5.2.9 pág.13
= 200.000 = 77.000 = 0,3 = 7.850/
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1.5 – Estrutura Metálica Foco deste Curso Galpão metálico (sem ponte rolante): Depósito Local: Natal-RN
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Esqueleto metálico do galpão deste curso. Modulação: 8m x 24m
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A01-18 Nomenclatura e exemplos de perfis e chapas Pórtico e estruturas secundárias da cobertura
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Nomenclatura e exemplos de perfis e chapas Estruturas secundárias do fechamento
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Nomenclatura e exemplos de perfis e chapas Contravento global
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Exemplos de galpões metálicos:
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Exemplos de galpões metálicos:
OBS.: Para galpão metálico com ponte rolante ver SENA, L.V. T. (2017) Mestrado PEC/UFRN.
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1.6 – Estados-Limites NBR 8800-2008, item 4.6.2 pag.14 Estados-limites são situações em que a estrutura deixa de atender as finalidades para a qual ela foi projetada, seja no aspecto estrutural e/ou no aspecto funcional. Para a utilização da NBR 8800-2008 devem ser verificados:
Estados-Limites Últimos - ELU;
Estados-Limites de Serviço - ELS.
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ELU em estruturas metálicas: a) Perda de equilíbrio como corpo rígido; b) Plastificação total de um elemento ou seção; c) Ruptura de uma ligação ou seção; d) Flambagem;
ELS em estruturas metálicas a) Deslocamentos excessivos:
≤
≤ b) Vibrações excessivas: ≤ c) Fadiga:
∆ ≤
ver: SENA, L.V. T. (2017)
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1.7 – Ações ou Carregamentos NBR 8800-2008, item 4.7 pag.15 Os carregamentos que atuam na estrutura, são classificados quanto a sua variação no tempo em: a) Ações Permanentes: ocorrem com valores praticamente constantes durante toda a vida útil da construção. Ex.: peso próprio da estrutura metálica, peso das telhas, isolamento térmico, forro e etc. b) Ações Variáveis: podem variar ao longo da vida útil da construção. Ex.: vento, sobrecargas de coberturas (sobrecarga acidental), cargas de equipamentos e instalações (sobrecarga de utilidades) e etc.
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c) Ações Excepcionais: têm duração extremamente curta e probabilidade muito baixa de ocorrência. Ex.: explosões, choques de veículos, incêndios e etc. Para o cálculo estrutural de um galpão metálico simples, sem ponte rolante, são considerados apenas quatro tipos de carregamentos básicos: - Peso próprio da estrutura metálica no instante em que esta estrutura está sendo calculada, ex. terças, travessas, tesouras, pilares e etc, estimados no pré-dimensionamento e confirmados no dimen sionamento;
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- Carga permanente, ex: peso de telhas, isolamento térmico, forros e etc (obtidos em catálogos), estrutura secundária e contraventos descarregando em outras estruturas; - Sobrecarga acidental mínima de 0,25kN/m2 na cobertura somada com a sobrecarga das utilidades, tais como bandejamento elétrico, esprinkler, ventiladores e etc, caso estas sejam superiores a 0,05kN/m2, NBR 8800-2008 item B.5.1 pág.112; - Força do vento, calculada c/ a NBR 6123-1988;
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De acordo com a NBR 8800-2008 item B.3 pág.111 a sobrecarga deve ser considerada aplicada a apenas uma parte da estrutura se o efeito produzido for mais desfavorável que aquele resultante da aplicação da ação sobre toda a estrutura.
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De acordo com o item 2.2.1.4 da NBR 6120-1980 as terças devem ser projetadas para suportar na posição mais desfavorável uma sobrecarga concentrada de 1,0kN alem da carga permanente.
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1.8 – Combinações Últimas Normais NBR 8800-2008, item 4.7.7.2.1 pag.19 Para o cálculo dos esforços de projeto os carregamentos que podem atuar numa estrutura são considerados agindo simultaneamente de forma a produzirem os efeitos mais desfavoráveis à segurança desta estrutura. Dá-se o nome de combinações de carregamento a forma como os carregamentos são considerados agindo simultaneamente na estrutura. Neste curso serão consideradas apenas as Combinações Últimas Normais, as quais são aquelas que decorrem do uso previsto para a edificação.
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Para cada combinação última normal devem estar incluídas as ações permanentes e a ação variável princi pal, com seus valores característicos ponderados e as demais ações variáveis, consideradas secundárias, com seus valores reduzidos de combinação devidamente ponderados.
onde: - Carregamento total combinado para o dimensionamento da estrutura;
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onde: - Número total de carregamentos permanentes; - Coeficiente de ponderação do i-ésimo carregamen to permanente, NBR8800-2008 tabela 1 pág.18; - Valor característico do i-ésimo carregamento permanente; - Coeficiente de ponderação da ação variável principal, NBR8800-2008 tabela 1 pág.18; Valor característico da ação variável principal;
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onde: - Número total de ações variáveis; - Coeficiente de ponderação da j-ésima ação variável secundária, NBR8800-2008 tabela 1 pág.18; - Fator de combinação da j-ésima ação variável secundária, NBR8800-2008 tabela 2 pág.19; - Valor característico da j-ésima ação variável secundária;
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No caso de galpões metálicos sem ponte rolante se consideram as seguintes combinações últimas normais
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1.9 – Combinações para ELS NBR 8800-2008 item 4.7.7.3 pág.21 As combinações de serviço são classificadas de acordo com sua frequência de atuação na estrutura em: Quase permanentes – avaliam os deslocamentos para efeitos de longa duração e aparência da construção (funcionamento adequado); Frequentes – avaliam os deslocamentos reversíveis na estrutura (sem dano permanente); Raras – avaliam os deslocamentos irreversíveis na estrutura (com dano permanente);
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Combinações Quase Permanentes de Serviço
- Fator de redução das ações var. quase permanentes
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No caso de galpões metálicos a Combinação Quase Permanente é utilizada para a verificação do deslocamento resultante máximo em vigas e tesouras de coberturas em geral, exceto para o caso de cobertura com inclinação inferior a 5% e no caso da existência de forros frágeis (onde são utilizadas outras combinações de serviço).
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Combinações Freqüentes de Serviço
- Fator de redução da ação variável frequente; (pág.19)
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No caso de galpões metálicos a Combinação Frequente é utilizada para a verificação do deslocamento resultante em vigas e em tesouras de cobertura para telhados com inclinação inferior a 5% e tem o objetivo de evitar empoçamento d’água.
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Combinações Raras de Serviço
Para galpões metálicos a combinação rara de serviço é utilizada para a verificação do deslocamento resultante máximo tanto em terças de cobertura quanto em vigas ou tesouras de cobertura com forros frágeis:
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No caso da utilização de coberturas que suportam forros frágeis além da combinação rara também se considera a combinação rara para a verificação do deslocamento resultante máximo em vigas ou tesouras desta cobertura:
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A combinação rara de serviço é utilizada para a verificação do deslocamento vertical máximo da travessa de fechamento (entre os tirantes):
A combinação rara de serviço é utilizada para a verificação do deslocamento horizontal máximo das travessas de fechamento, das colunas de vento e pilares do galpão, assim como o deslocamento máximo das terças na direção perpendicular a cobertura:
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1.10 – ELS de Deslocamentos Excessivos Critério de verificação do ELS de deslocamento excessivo:
≤ onde: - Deslocamento máximo obtido para a estrutura carregada com as combinações de serviço aplicáveis ( , , , , e );
1 2 3 4 5 6
- Deslocamento limite (admissível),
NBR8800-2008 tabela C.1 pág.117;
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NBR 8800-2008 Tabela C.1 pág.117
Para vigas bi-apoiadas L é o vão teórico entre apoios e para vigas em balanço L é o dobro do vão teórico. Sendo H a altura total do pilar ou da coluna de vento. OBS.: A permite contraflecha
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Limites de deslocamento para galpão metálico
≤
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NBR-8800-2008: Galpão Metálico Simples
;
≤ 300 ≤ 200