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ESTRUTURAS METÁLICAS Com ênfase no Curso de Engenharia Mecânica.

Varginha - MG 2014

ESTRUTURAS METÁLICAS Com ênfase no Curso de Engenharia Mecânica.

Projeto Institucional do Curso de Engenharia Mecânica do Centro Universitário do Sul de Minas – UNIS/MG como pré-requisito para obtenção de nota do 1° período.

Orientador: Prof. Antônio Grama.

Varginha - MG 2014

MANGIAPELO, Açucena; PIACENTINI; André Peres; SILVA, Chayennee; RUFINO, Daniela; OLIVEIRA, Jean Paulo de. Estruturas Metalicas com ênfase no Curso de Engenharia Mecânica. Orientador: Prof. Antônio Grama. Varginha: Unis, 2014. Projeto Institucional - PIC.

As estruturas metálicas têm sido construídas e se mantendo em pleno uso ao longo dos anos. A primeira estrutura a ser construída foi na Inglaterra e ate os dias atuais se encontra em perfeitas condições. A sua utilização tem como principais vantagens maior área útil, compatibilidade com outros materiais, maior velocidade, resultado final de grande qualidade, reciclabilidade, preservação do meio ambiente, precisão construtiva entre outras. O presente estudo teve como objetivo tratar sobre as estruturas metálicas em geral, o papel delas e sua total importância na Engenharia mecânica quanto na sociedade. Foi realizado uma busca de vários artigos nacionais e outros materiais de consulta para a execução deste estudo, bem como um croqui foi construído para demostrar uma estrutura metálica. Conclui-se que é necessário um bom projeto, um acompanhamento de profissionais capacitados para tentar minimizar a ocorrência de erros e mais estudos para a obtenção de matérias durais visando a preservação do meio ambiente e proteção para o homem.

Palavras-chave: Aço; Construções metálicas; Estruturas metálicas; Obra.

MANGIAPELO, Açucena; PIACENTINI; André Peres; SILVA, Chayennee; RUFINO, Daniela; OLIVEIRA, Jean Paulo de. Metal structures with emphasis on Mechanical Engineering Course. Orientador: Prof. Antônio Grama. Varginha: Unis, 2014. Projeto Institucional - PIC.

The metal structures have been built and maintained in full use over the years. The first structure to be built was in England, and up to the present day is in perfect condition. Its use has as main advantages largest floor area, compatibility with other materials, greater speed, highquality end result, recyclability, environmental preservation, constructive precision among others. The present study aimed to address on metal structures in general, their role and their overall importance in mechanical engineering and in society. A search of several national articles and other reference materials for the execution of this study, as well as a sketch was done was built to demonstrate a metal frame. Concluded that a good design, monitoring of trained professionals is necessary to try to minimize the occurrence of errors and more studies to obtain dural materials for the preservation of the environment and protection for the man.

Keywords: Steel; Metalware; Metal structures; Shell – work.

Figura 118
Figura 219
Figura 319
Figura 420
Figura 520
Figura 620
Figura 721
Figura 821

LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 9 .......................................................................................................................................... 2

ABNT: Associação Brasileira de Normas e Técnicas ASTM: American Society for Testing and Materials kN/m2 : kilonewtons por m2

Fe: Ferro

NBR: Norma Brasileira SAE: Society of Automotive Engineers Zn: Zinco

1 INTRODUÇÃO13
2 OBJETIVOS14
2.1 Objetivo geral14
2.2 Objetivos específicos14
3 JUSTIFICATIVA15
4 REFERENCIAL TEÓRICO16
4.1 Características gerais16
4.2 Aço: Conceitos gerais16
4.2.1 Tipos de materiais e suas características16
4.2.2 Produtos de aço mais usado em estruturas metálicas17
4.3 Tipos de estruturas metálicas18
4.4 Componentes de uma estrutura metálica2
4.5 Oxidação23
4.6 Montagem e pré-montagem24
4.7 Vantagens e desvantagens24
4.8 Patologias26
4.9 Controle de fabricação e qualidade29
4.9.1 Processo de Fabricação29
4.9.2 Controle da Qualidade30
4.9.3 Inspeção Visual30
4.9.4 Inspeção Dimensional30
4.9.5 Inspeção de Solda31
4.9.7 Inspeção de Documentação31
4.10 Questão ambiental31
4.1 Desenvolvimento de cálculo32
4.12 Concepção estrutural35
5 MATERIAL E MÉTODOS36
6 CONCLUSÃO37
REFERENCIAS38

SUMÁRIO 2

13 1 INTRODUÇÃO

A utilização das estruturas metálicas teve início no século XVIII, o aço tem possibilitado aos arquitetos, engenheiros e construtores, soluções arrojadas, eficientes e de alta qualidade na sua construção.

As primeiras obras, como por exemplo, a Ponte Ironbridge na Inglaterra, de 1779, aos ultramodernos edifícios que se estendem pelas grandes cidades, as vantagens na utilização de sistemas construtivos em aço vão além da linguagem estética de expressão marcante; redução do tempo de construção, no uso de materiais, mão de obra e aumento da produtividade, passaram a ser fatores de peso para o eficácia de qualquer empreendimento. Essas características que transformaram a construção civil no maior mercado para os produtores de aço no exterior começam agora a ser percebida no Brasil. A competitividade da construção metálica tem possibilitado a utilização do aço em obras como: edifícios de escritórios e apartamentos, residências, habitações populares, pontes, passarelas, viadutos, galpões, supermercados, shopping centers, lojas, postos de gasolina, aeroportos e terminais rodos-ferroviários, ginásios esportivos, torres de transmissão, etc.

Este estudo irá abordar as características de uma estrutura metálica, destacando suas particularidades, as vantagens da mesma em comparação aos demais meios construtivos, explicaremos alguns detalhes que devem existir no projeto, o detalhamento, os tipos de ligações, e as formas de fechamentos que serão utilizadas.

14 2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo geral

Pesquisar os tipos de construção metálica e sua aplicação na pratica e abranger os conhecimentos sobre de a construção de um projeto de pesquisa.

2.2 Objetivos específicos

Verificar os fatores importantes na das estruturas metálicas na construção para o desenvolvimento de um país,

Verificar sua rapidez e facilidade de manuseio na obra e também sua durabilidade e resistência

Comparar o custo benefício do aço em relação a outros tipos de materiais na construção.

15 3 JUSTIFICATIVA

A escolha do tema posto foi devido à necessidade de ampliar a visão dos alunos do 1° período de Engenharia Mecânica do Centro Universitário do Sul de Minas - UNIS/MG para com seu curso, expondo a grande extensão de especialidades que se pode atingir.

4 REFERENCIAL TEÓRICO

4.1 Características gerais

As estruturas metálicas são compostas por elementos metálicos, com ligação de chapas e perfis através de aparafusamento e/ou por soldadura. A Qualidade final destas estruturas está dependente da correta aplicação de métodos e procedimentos, em todas as fases do Projeto, desde a fase de definição até à recepção definitiva.

4.2 AÇO: Conceitos gerais

4.2.1 Tipos de materiais e suas características

O aço é uma liga metálica composta por 98% de ferro e com uma proporção de carbono que varia entre 0,002% a 2% (DIAS, 1997).

As propriedades mecânicas definem o comportamento dos aços quando sujeitos a esforços mecânicos e correspondem às propriedades que determinam as suas capacidades de resistir e transmitir esforços que lhes são aplicados, sem romper ou sem que ocorram deformações excessivas (DIAS, 1997).

secção circular, quadrada ou retangular para usos estruturais

Segundo ABNT os aços estruturais podem ser, NBR-6648 chapas grossas de aço carbono para uso estrutural; NBR-5920/5921 chapas finasde baixa liga e alta resistência mecânica resistente a corrosão atmosférica para uso estrutural ; NBR – 5000 chapa grossa de aço de baixa liga e alta resistência mecânica; NBR-46649 chapa fina a fio para estrutural; NBR- 6650 chapas finas a quente para uso estrutural; NBR-5008 chapas grossas de aço de baixa liga e ata resistência mecânica resistente a corrosão atmosférica para uso estruturais; NBR-5004 chapas finas de aço de baixa liga e alta resistência mecânica; NBR-7007 aço para perfil laminado para uso estrutural; NBR-8261 perfil tubular de aço-carbono, formado a frio, com e sem costura de Segundo ASTM os aços estruturais são classificados sendo;

Aço-Carbono: A36 – é o mais usado em estruturas metálicas, podendo ser usadas em edifícios, pontes e estruturas em geral e ser e ser empregado com ligações rebitadas, parafusadas ou soldadas. A570 – é apresentado em vários graus, para ser empregado na confecção de perfis de chapa dobrada, devido a sua ductilidade. A500 – é usado na fabricação de tubos com e sem costura, para tipos redondos quadrados ou retangulares. É empregado em dois graus. Para tubos sem costura são empregados até a espessura de 12.5 m e diâmetro de 258m. A501 – é usado tanto na fabricação de tubos com e sem costura, para tipos redondos, quadrados e retangulares. Tem a mesma resistência do A36. É empregado até 25mm de espessura, com diâmetros variando de 12 a 600mm.

Aço de Baixa Liga e alta resistência mecânica: A441 – é usado onde se quer um grau de resistência maior e é apresentado em vários graus, podendo ser empregado em qualquer tipo de estrutura com ligações soldadas, parafusadas ou rebitadas. A572 – é usado onde se quer um grau de resistência maior e é apresentado em vários graus, podendo ser empregado em qualquer tipo de estrutura com ligações soldadas, parafusadas ou rebitadas.

ligações parafusadas, rebitadas e soldadas e em estruturas em geral

Aços de baixa liga, alta resistência mecânica e à corrosão atmosférica: A558 é empregado onde se requer uma redução e peso aliado a uma resistência maior a corrosão atmosférica, que é 4 vezes a do carbono. É empregado principalmente em pontes, viadutos, estruturas espaciais, pois devido a sua resistência à corrosão, pode dispensar a pintura, exceto em ambientes agressivos. Pode ser soldado, parafusado ou rebitado. A242 – é caracterizado por ter uma resistência maior á corrosão duas vezes o aço-carbono, podendo ser empregado com

4.2.2 Produtos de aço mais usado em estruturas metálicas

Aços Estruturais Perfis laminados, perfis soldados e chapas estruturais de modo geral: aço ASTM A-36;

Perfis da chapa dobrada: ASTM A-570 grau C ou SAE 1010/1020;

Barras redondas rosqueadas: ASTM A-36 e SAE 1010/1020.

Telhas para Tapamentos Laterais, Frontais e Cobertura (figura1) Aço galvanizado, com ou sem pintura;

Alumínio, com ou sem pintura;

Fibrocimento

Translúcida (plástica ou fibra de vidro).

Figura 1: tela com seção trapezoidal

Fonte:http://w.arquitecturaenacero.org/attachments/article/23/Manual%20CBCA%20- %20galpones.pdf

4.3 Tipos de estruturas metálicas Galpão Simples de Alma Cheia

É uma estrutura simétrica com cobertura inclinada reta sendo de vão livre de 15m a 45m e altura de 5m a 12m, tendo sua inclinação da cobertura entre 5° e 20° e o espaçamento entre os pórticos entre 6m e 12m. É comum a utilização de mísulas nas ligações das vigas com as colunas e na cumieira (DIAS, 1997).

19 Figura 2: Galpão Simples de Alma Cheia

Fonte: http://www.metalica.com.br/projeto-de-galpoes-em-porticos-de-aco

Galpão Simples com Viga Castelada ou Celular

A estrutura é identica do pórtico simples, mas utilizando para as vigas inclinadas os perfis laminados formando vigas casteladas ou celulares. A altura pode aumentar em aproximadamente 50%, sem aumentar a massa linear, os vãos são maiores, chegando até 60m (DIAS, 1997).

Figura 3: Galpão Simples com Viga Castelada ou Celular

Fonte: http://www.metalica.com.br/projeto-de-galpoes-em-porticos-de-aco Galpão com Tirantes

Com a colocação de tirantes, consegue-se reduzir os deslocamentos horizontais e os momentos nas colunas, estas coberturas são indicadas para inclinações com mais de 15°. Observar, em alguns casos os tirantes pode ser inviáveis tornando-se um obstáculo na cobertura (DIAS, 1997).

20 Figura 4: Galpão com Tirantes

Fonte: http://www.metalica.com.br/projeto-de-galpoes-em-porticos-de-aco

Galpão com Escora Central

Indicado para coberturas com grandes vãos (maiores que 30m), não sendo estas escoras um empecilho, o pórtico com escora central, pode reduzir as vigas, isto proporciona uma estrutura mais econômica (DIAS, 1997).

Figura 5: Galpão com Escora Central

Fonte: http://www.metalica.com.br/projeto-de-galpoes-em-porticos-de-aco

Galpão com Cobertura em Poligonal

O pórtico com cobertura em poligonal é indicado para coberturas com grandes vãos, sendo possível a diminuição da altura total onde for conveniente (DIAS, 1997).

Com uso de tirantes horizontais pode-se obter economia na construção.

Figura 6: Galpão com Cobertura em Poligonal

Fonte: http://www.metalica.com.br/projeto-de-galpoes-em-porticos-de-aco

Galpão com Cobertura em Arco

Os pórticos com cobertura em arco, é indicado onde à necessidade de detalhes específicos na construção arquitetônica. Com grandes vãos é necessário ligações nas vigas, que são curvadas por calandragem a frio (DIAS, 1997).

Figura 7: Galpão com Cobertura em Arco

Fonte: http://www.metalica.com.br/projeto-de-galpoes-em-porticos-de-aco

Galpão Com Ponte Rolante

Os pórticos com Ponte Rolante são utilizados em instalações industriais e são dotados de trilhos para a movimentação das pontes, sendo assim sua construção é mais complexa por exigir apoio na estrutura. A carga da ponte rolante introduz esforços verticais, horizontais e impactos que devem ser resistidos pelos pórticos, mantendo sempre as deformações máximas dentro dos limites para a operação da ponte rolante (DIAS, 1997).

Figura 8: Galpão Com Ponte Rolante

Fonte: http://www.metalica.com.br/projeto-de-galpoes-em-porticos-de-aco 4.4 Componentes de uma estrutura metálica

Os galpões são construções geralmente de um pavimento, constituídos de colunas regularmente espaçadas com cobertura na parte superior e, às vezes, também nas laterais, se estendendo por grandes áreas e destinados à utilização comercial, industrial, agrícola ou mesmo civil (DIAS, 1997).

2 Figura 9: Componentes de uma estrutura metálica.

Fonte: http://www.metalica.com.br/projeto-de-galpoes-em-porticos-de-aco

4.5 Oxidação

O aço tende a se oxidar quando em contato com o meio ambiente, porém possui determinadas atividades que podem evitar tal patologia na estrutura, algumas destas soluções reduzem ou até eliminam a velocidade que a corrosão se propaga, dentre elas destaca-se a pintura, aplicação de zincagem e a utilização de aços resistentes a corrosão atmosférica. Aços resistentes à corrosão atmosférica:

Aços inoxidáveis – Obtidos com a adição de níquel e cromo;

Aços Patináveis ou Aclimáveis – Obtidos com a adição de cobre e cromo e em determinados casos níquel, vanádio e nióbio.

Zincagem A zincagem possui sua atividade sustentada pela ação de combinar o zinco com o ferro, pois assim o zinco atuará como uma barreira protetora, para que assim a entrada de água e ar atmosférico não seja possível. Tal tratamento permite uma corrosão de 10 á 50 vezes menor que no aço em áreas industriais e rurais, e de 50 a 350 vezes em áreas marinhas.

Galvanização A galvanização consiste em um processo de zincagem por imersão a quente, que submeterá a peça em um recipiente com zinco fundido a 460°C. O zinco assim dessa forma se adere à superfície do aço através de uma camada de liga Fe-Zn.

Pintura A pintura é um instrumento de alta eficiência para garantir proteção contra a corrosão da estrutura de aço, ela deve ter elasticidade e aderir completamente o substrato. O seu preparo pode variar de acordo com o substrato em questão, porém recomenda genericamente que se execute uma lavagem com hidrojateamento de alta-pressão para que seja extraído todos resíduos.

Tal atividade deve seguir as seguintes etapas de execução:

Limpeza da superfície: pode ser feita através de escovamento, aplicação de solventes e jateamento;

Aplicação de primer: garante aderência a camada subseqüente; Camada intermediária: fornece espessura ao sistema;

Camada final: atua como barreira protetora, além da finalidade estética.

4.6 Montagem e pré-montagem

A montagem de oficina deve ser executada de modo que as dimensões e peças estejam de acordo com os desenhos de fabricação, dentro das tolerâncias previstas em normas vigentes.

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