DIMENSIONAMENTO DE PERFIS FORMADOS A FRIO DE AÇO

                                                                

      Edson Lubas Silva

Valdir Pignatta e Silva

 

 

APRESENTAÇÃO

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APRESENTAÇÃO

Este texto trata do dimensionamento de perfis estruturais de aço fabricados a partir do dobramento de chapas com espessura máxima igual a 8 mm, denominados perfis formados a frio. Tem por base as normas brasileiras ABNT NBR 14762:2001 - “Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio” e ABNT NBR 6355:2003 - “Perfis estruturais de aço formados a frio – Padronização”.

Os perfis de aço formados a frio são cada vez mais viáveis para uso na construção civil, em vista da rapidez e economia exigidas pelo mercado. Esse elemento estrutural pode ser eficientemente utilizado em galpões de pequeno e médio porte, coberturas, mezaninos, em casas populares e edifícios de pequeno porte. Podem ser projetados para cada aplicação específica, com dimensões adequadas às necessidades do projeto de elementos estruturais leves, pouco solicitados, tais como terças, montantes e diagonais de treliças, travamentos, etc. A maleabilidade das chapas finas de aço permite a fabricação de grande variedade de seções transversais, desde a mais simples cantoneira (seção em forma de L), eficiente para trabalhar à tração, até os perfis formados a frio duplos, em seção unicelular, também conhecidos como seção-caixão, que devido à boa rigidez à torção (eliminando travamentos), menor área exposta, (reduzindo a área de pintura) e menor área de estagnação de líquidos ou detritos (reduzindo a probabilidade de corrosão) oferecem soluções econômicas.

Como toda estrutura feita de aço, a construção pré-fabricada com perfis formados a frio possui um tempo reduzido de execução. Sendo compostos por chapas finas, possui leveza, facilidade de fabricação, de manuseio e de transporte, facilitando e diminuindo o custo de sua montagem – menor gasto com transporte, além de não necessitar maquinários pesados para içamento.

Entretanto, para o correto dimensionamento desse elemento, é necessário conhecer com detalhes o seu comportamento estrutural, pois possui algumas particularidades em relação às demais estruturas, tais como as de concreto ou mesmo as compostas por perfis soldados ou laminados de aço. Por serem constituídas de perfis com seções abertas e de pequena espessura, as barras, que possuem baixa rigidez à torção, podem ter problemas de instabilidade, deformações excessivas ou atingir os limites da resistência do aço devido a esforços de torção. Essa susceptibilidade à torção ocorre até mesmo em carregamentos aplicados no centro geométrico da seção transversal de vigas e de pilares, podendo tornar-se crítico caso a estrutura não seja projetada com pequenas soluções técnicas que minimizam este efeito.  Os conhecimentos dos esforços internos clássicos, ensinados nos cursos de resistência de materiais, momento fletores em torno dos eixos x e y, momento de torção e esforços cortantes paralelos aos eixos x e y, não são suficientes para compreender o comportamento das estruturas de seção aberta formadas por chapas finas. É necessário entender também um outro tipo de fenômeno que ocorre nessas estruturas: o empenamento. A restrição ao empenamento causa esforços internos e o entendimento desses esforços é muito importante e nem sempre é trivial. Para uma simples ilustração podemos citar o caso de um possível tirante constituído de um perfil Z, com o carregamento (força de tração) aplicado no centro geométrico da seção transversal que produz tensões de compressão nas mesas desse perfil. Outro fenômeno comum nos perfis de seção aberta é a distorção da seção transversal, que consiste num modo de instabilidade estrutural onde a seção transversal perde sua forma inicial quando submetida a tensões de compressão, causando perda significante na sua capacidade de resistir esforços.

Neste livro, procura-se apresentar de forma didática e prática os fundamentos teóricos e explicar a utilização prática da norma brasileira para o dimensionamento de perfis de aço formados a frio: NBR 14762:2001. O objetivo é que este texto seja utilizado juntamente com a norma de perfis formados a frio, pois ele não abrange todos os aspectos de dimensionamentos descritos na norma, mas ajuda no entendimento das questões conceituais mais importantes. Certamente esse conhecimento proporcionará aos engenheiros melhor avaliar a viabilidade econômica de uma edificação incluindo uma opção a mais a ser considerada na concepção estrutural do projeto: o emprego de perfis formado a frio de aço.


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SUMÁRIO

Apresentação

Introdução   3

capítulo 1  6

Fabricação e Padronização de Perfis Formados a Frio   6

1.1 – Processo de Fabricação  6

1.2 – Tipos de aços  7

1.3 Efeito do dobramento na resistência do perfil  7

1.2 – Padronização dos Perfis Formados a Frio (NBR 6355:2003) 10

 

Capítulo 2  12

Comportamento estrutural de perfis de seção aberta   12

 

Capítulo 3  15

Flambagem local e o método das larguras efetivas  15

3.1 - Fatores que influenciam no cálculo da largura efetiva  19

3.2 Cálculo das larguras efetivas  22

Exemplo 01  26

Exemplo 02  28

Exemplo 03  30

3.3 - Elementos comprimidos com enrijecedor de borda  31

Exemplo 04  35

Exemplo 05  37

Exemplo 06  39

Exemplo 07  43

 

Capítulo 4  46

Flambagem por distorção da seção transversal  46

4.1 Seção do tipo U enrijecido submetida à compressão uniforme  49

Exemplo 08  52

4.2 Seções do tipo U enrijecido e Z enrijecido submetidas à flexão em relação ao eixo perpendicular à alma  52

Exemplo 09  54

Exemplo 10  56

 

Capítulo 5  59

Dimensionamento à tração   59

Exemplo 11  63

Exemplo 12  65

 

Capítulo 6  67

Dimensionamento à Compressão   67

6.1 – Força normal resistente de cálculo pela flambagem da barra por flexão, por torção ou por flexo-torção. 70

Exemplo 13  75

Exemplo14  78

6.2 – Força normal resistente de cálculo pela flambagem por distorção da seção transversal  82

Exemplo15  83

 

Capítulo 7  86

Dimensionamento à Flexão   86

7.1 Início de escoamento da seção efetiva  86

7.2 Flambagem lateral com torção  87

7.3 Flambagem por distorção da seção transversal  91

Exemplo 16  91

Exemplo 17  95

7.4 Força cortante  99

7.5 Momento fletor e força cortante combinados  101

Exemplo 18  101

 

Capítulo 8  103

Dimensionamento à Flexão Composta   103

8.1 Flexo-compressão  103

8.2 Flexo-tração  106

Exemplo 19  106

Fluxograma PARA CÁLCULO DO ESFORÇO NORMAL RESISTENTE  116

FLUXOGRAMA PARA CÁLCULO DO ESFORÇO NORMAL RESISTENTE: FLAMBAGEM POR FLEXÃO E FLEXO-TORÇÃO   117

FLUXOGRAMA PARA CÁLCULO DO ESFORÇO NORMAL RESISTENTE: FLAMBAGEM POR DISTORÇÃO   118

FLUXOGRAMA PARA CÁLCULO DO MOMENTO FLETOR RESISTENTE: ESCOAMENTO DA SEÇÃO EFETIVA   119

Fluxograma PARA CÁLCULO DO MOMENTO FLETOR RESISTENTE: distorção da seçao transversal  120

Fluxograma PARA CÁLCULO DO MOMENTO FLETOR RESISTENTE: flambagem lateral com torção   121

Fluxograma PARA Verificação DA Flexo-Compressão   122

Fluxograma PARA Verificação DA Flexo-Tração   122

 

Referências Bibliográficas  123

 

ANEXO A Torção em perfis de seção aberta   124

ANEXO b FORÇAS TRANSVERSAIS NÃO-PARALELAS A UM DOS EIXOS PRINCIPAIS  136


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