Antonio Sergio Santiago Arruda

68 Pages·2008·3.38 MB·Portuguese

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FEIRA DE SANTANA
SETEMBRO DE 2008
Antonio Sergio Santiago Arruda

UTILIZAÇÃO DO MÉTODO PLÁSTICO NO DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURAS
METÁLICAS

Trabalho de Conclusão de Curso da
Universidade Estadual de Feira de
Santana, apresentado à disciplina TEC
174 - Projeto Final II, como requisito
para obtenção do grau de bacharel em
engenharia civil.

Orientador: Prof. Dr. Koji de Jesus Nagahama

FEIRA DE SANTANA
SETEMBRO DE 2008
Antonio Sergio Santiago Arruda

UTILIZAÇÃO DO MÉTODO PLÁSTICO NO DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURAS
METÁLICAS

Trabalho de Conclusão de Curso para obtenção de Título de
Bacharel em Engenharia Civil.

Feria de Santana, 12 de Setembro de 2008

Banca Examinadora:

________________________________________
Prof° Koji de Jesus Nagahama, D. Sc. (Orientador)
Departamento de Tecnologia - Universidade Estadual de Feira de Santana

________________________________________
Prof° Paulo Roberto Lopes Lima, D. Sc.
Departamento de Tecnologia - Universidade Estadual de Feira de Santana

________________________________________
Prof° José Mário Feitosa Lima, D. Sc.
Departamento de Tecnologia - Universidade Estadual de Feira de Santana
DEDICATÓRIA

A Deus.
A minha mãe e avó, Rosenice e Eunice, que me deram a oportunidade e sempre me apoiaram.
A minha namorada, Léia Alves.
A todos meus familiares.
A todos os amigos e incentivadores.
AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus por me abençoar durante toda vida, iluminando meus passos e me
guiando pelos caminhos corretos, dando-me força nos momentos de dificuldade, e
principalmente, ajudando-me a levantar e superar os obstáculos que encontrei até hoje.
Ao professor Koji de Jesus Nagahama, pela paciência, tempo e conhecimento
passados na orientação.
E a todos que, direta ou indiretamente colaboraram comigo na fase de
desenvolvimento dessa monografia.
RESUMO

O desenvolvimento sustentável é um tema cada vez mais relevante para a humanidade, e é
constante a busca para criar e aperfeiçoar procedimentos que possibilitem um melhor
aproveitamento dos recursos naturais usados pela sociedade. Este trabalho compara o
dimensionamento de estruturas metálicas aporticadas utilizando o Método Plástico com o
dimensionamento feito pelo Método dos Estados Limites, que é adotado pela Norma
Brasileira NBR 8800, com o objetivo de avaliar a viabilidade da utilização da análise
inelástica em projetos de estruturas metálicas, propiciando estruturas mais leves. O método
consiste na redistribuição dos esforços em estruturas hiperestáticas pelo surgimento de zonas
de plastificação localizadas, que atuam como rótulas, em virtude do aumento do carregamento
de cálculo ou da redução da seção transversal adotada no dimensionamento convencional. As
estruturas estudadas foram calculadas pelo método de superposição linear das rótulas
plásticas, usando como ferramenta computacional o FTOOL. Os resultados apresentados são
condizentes com os previstos pela teoria da plasticidade, confirmando a viabilidade esperada
para a aplicação no dimensionamento de estruturas metálicas aporticadas.

Palavras-Chave: Método Plástico; Rótulas Plásticas; Mecanismo de Ruptura.
i
ABSTRACT

Sustainable development is an important concern for the humankind aiming at creating and
improving procedures that provide a better use of natural resources. This work presents the
design of steel framed structures according to the plastic method in comparison with limit
state method proposed by the Brazilian code NBR 8800. The aim of this study was evaluate
the viability of use of inelastic analysis in metallic structures design. This will provide the use
of light structures. The plastic method is featured by the redistribution of efforts in hiperstatic
structures owing to the appearance of local plastification zones. These zones behave like
hinges as result of increase of design loading or due to the reduction of cross section used in
the conventional design. The structures of this work were designed by linear overlay method
of plastic hinges, using the program FTOOL as a computational tool. The results were in
accordance with results predicted by using plastification theory. According to these results, it
could be noticed that the use of plastic method is possible for the steel framed structures.

Keywords: Plastic Method, Plastic Hinges, Rupture Mechanism.
ii
LISTA DE FIGURAS E TABELAS

Figura 1 – Curva tensão x deformação – Laboratório de Estruturas – COPPE/UFRJ.
Figura 2 – Diagrama tensão x deformação idealizado para o aço estrutural.
Figura 3 – Comparação entre distribuição de tensões ideal x real.
Figura 4 – Estágios de plastificação de uma seção transversal.
Figura 5 – Gráfico momento fletor/momento plástico x curvatura.
Figura 6 – Viga dimensionada pela NBR 8800 (caso 1).
Figura 7 – Viga dimensionada pelo Método Plástico – Parte I.
Figura 8 – Viga dimensionada pelo Método Plástico – Parte II.
Figura 9 – Diagrama de momento fletor e deformada.
Figura 10 – Viga dimensionada pelo Método Plástico – Parte III.
Figura 11 – Viga dimensionada pela NBR 8800 (caso 2).
Figura 12 – Viga dimensionada pelo Método Plástico – Parte I.
Figura 13 – Viga dimensionada pelo Método Plástico – Parte II.
Figura 14 – Viga dimensionada pela NBR 8800 (caso 3).
Figura 15 – Viga dimensionada pelo Método Plástico – Parte I.
Figura 16 – Viga dimensionada pelo Método Plástico – Parte II.
Figura 17 – Viga dimensionada pelo Método Plástico – Parte III.
Figura 18 – Viga dimensionada pelo Método Plástico – Parte IV.
Figura 19 – Pórtico dimensionado pela NBR 8800 (caso 4).
Figura 20 – Pórtico dimensionado pelo Método Plástico – Parte I.
Figura 21 – Pórtico dimensionado pelo Método Plástico – Parte II.
Figura 22 – Pórtico dimensionado pelo Método Plástico – Parte III.
Figura 23 – Pórtico dimensionado pelo Método Plástico – Parte IV.
Figura 24 – Pórtico dimensionado pela NBR 8800 (caso 5).
Figura 25 – Pórtico dimensionado pelo Método Plástico – Parte I.
Figura 26 – Pórtico dimensionado pelo Método Plástico – Parte II.
Figura 27 – Pórtico dimensionado pelo Método Plástico – Parte III.
Figura 28 – Pórtico dimensionado pelo Método Plástico – Parte IV.
Figura 29 – Pórtico dimensionado pela NBR 8800 (caso 6).
Figura 30 – Pórtico dimensionado pelo Método Plástico – Parte I.
Figura 31 – Pórtico dimensionado pelo Método Plástico – Parte II.
iii
Figura 32 – Pórtico dimensionado pelo Método Plástico – Parte III.
Figura 33 – Pórtico dimensionado pelo Método Plástico – Parte IV.
Tabela 1 – Formulação do módulo resistente elástico, módulo resistente plástico e fator de
forma para alguns tipos de seções transversais de perfis metálicos.
Tabela 2 – Valores da norma para o caso 1 e propriedades do perfil U305x30,8.
Tabela 3 – Valores da norma para o caso 2 e propriedades do perfil U305x30,8.
Tabela 4 – Valores da norma para o caso 3 e propriedades do perfil U305x30,8.
Tabela 5 – Valores da norma para o caso 4 e propriedades do perfil W305x60,7.
Tabela 6 – Valores da norma para o caso 5 e propriedades do perfil W305x60,7.
Tabela 7 – Valores da norma para o caso 6 e propriedades do perfil W305x60,7.
Tabela 8 – Percentual de aumento de carga para os 3 primeiros casos.
Tabela 9 – Percentual de aumento de carga para os casos 4, 5 e 6.
Tabela 10 – Redistribuição dos esforços para os casos 4, 5 e 6.
Tabela 11 – Diferença de resistência entre os perfis U tabelados.
iv
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

Símbolo Descrição
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________
A = Área da seção transversal;
E = Módulo de elasticidade;
E = Módulo de elasticidade correspondente ao endurecimento do aço;
st
E = Módulo de elasticidade tangente;
t
f = Limite de resistência à tração do aço;
u
f = Limite de escoamento do aço;
y
M = Momento fletor;
M = Momento de plastificação;
pl
M = Momento correspondente ao início do escoamento;
y
P = Carga externa nodal genérica concentrada;
W = Módulo de resistência elástico;
Z = Módulo de resistência plástico;

ε = Deformação correspondente ao início do escoamento;
y
ε = Deformação correspondente ao início do patamar de endurecimento do
st
aço;
φ = Rotação, ou coeficiente de resistência.

Siglas Descrição
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________
ABNT = Associação Brasileira de Normas Técnicas;
NBR = Norma Brasileira Registrada;
LRFD = Load and Resistance Factor Design;
ASCE = American Society of Civil Engineers.
v