universidade federal de minas gerais escola de engenharia departamento de engenharia de ...

315 Pages·2003·1.55 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE ESTRUTURAS

ESTUDO COMPARATIVO E CRÍTICO ENTRE NORMAS DE PROJETO DE
ESTRUTURA DE AÇO DE EDIFÍCIO

ANTONIO CARLOS VIANA SILVA

BELO HORIZONTE, AGOSTO DE 2002
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
ESCOLA DE ENGENHARIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ESTRUTURAS

"ESTUDO COMPARATIVO E CRÍTICO ENTRE NORMAS DE
PROJETO DE ESTRUTURAS DE AÇO DE EDIFÍCIO"

Antônio Carlos Viana Silva

Dissertação apresentada ao Programa de
Pós-Graduação em Engenharia de Estruturas
da Escola de Engenharia da Universidade
Federal de Minas Gerais, como parte dos
requisitos necessários à obtenção do título de
"Mestre em Engenharia de Estruturas".

Comissão Examinadora:

____________________________________
Prof. Ricardo Hallal Fakury
Dr. (DEES - UFMG) - (Orientador)

____________________________________
Prof. Gilson Queiroz
Dr. (DEES - UFMG)

____________________________________
Prof. José Luiz Costa Souza
Dr. (UFBA)

Belo Horizonte, 20 de setembro de 2002
ii

Aos meus pais
iii
AGRADECIMENTOS

A Deus, por tudo.

Ao Professor Ricardo Hallal Fakury pela orientação competente, dedicada e paciente.

Aos meus pais, por tudo que fizeram durante toda minha vida.

A Angelita e Luíza, pelo amor, carinho e companheirismo.

A Fernando, Angela, Alexandre e Romir, verdadeiros amigos, que contribuíram para
elaboração deste trabalho.

A todos amigos e familiares, que me deram apoio e incentivo.

Ao Curso de Pós-Graduação em Engenharia de Estruturas, através de seus professores e
funcionários, que me deram a oportunidade e a grande honra de realizar este trabalho.
iv
SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO.......................................................................... 1

1.1 Histórico...................................................................................................... 1
1.2 Sobre o presente estudo............................................................................... 3

2 COMBINAÇÕES DE AÇÕES................................................... 6

2.1 Considerações gerais.................................................................................... 6
2.1.1 Objetivo........................................................................................................ 6
2.1.2 Ações............................................................................................................ 6
2.1.3 Estados limites............................................................................................. 8
2.2 Revisão bibliográfica.................................................................................... 10
2.3 Índice de confiabilidade............................................................................... 11
2.4 Combinação de ações................................................................................... 19
2.5 Estudo comparativo..................................................................................... 30

3 BARRAS TRACIONADAS....................................................... 33

3.1 Considerações gerais.................................................................................... 33
3.2 Revisão bibliográfica.................................................................................... 35
3.3 Resistência de cálculo.................................................................................. 36
3.4 Área líquida.................................................................................................. 38
3.5 Área líquida efetiva...................................................................................... 39
3.6 Tratamento normativo do valor da área líquida efetiva............................... 40
3.6.1 Procedimento proposto pela NBR 8800 (1986)........................................... 40
3.6.2 Procedimento proposto pelo AISC/LRFD (1999)........................................ 43
v
3.6.3 Procedimento proposto pelo CAN/CSA (1994)........................................... 46
3.6.4 Procedimento proposto pelo Eurocode 3 (2001).......................................... 48
3.6.5 Procedimento proposto pela BS5950 (2000)................................................ 50
3.6.6 Procedimento proposto pela Revisão da Norma Brasileira.......................... 52
3.7 Limite do índice de esbeltez......................................................................... 53
3.8 Valores de C............................................................................................... 54
t
3.8.1 Cantoneiras com ligações parafusadas......................................................... 58
3.8.2 Chapas com ligações soldadas...................................................................... 69
3.8.3 Cantoneiras com ligações soldadas.............................................................. 72
3.8.4 Perfil U com ligações soldadas.................................................................... 76
3.8.5 Perfil I com ligação parafusada pelas mesas................................................ 79
3.8.6 Perfil U com ligação parafusada pela alma.................................................. 81
3.8.7 Barras tubulares com ligações soldadas....................................................... 82
3.9 Estudo comparativo..................................................................................... 86
3.9.1 Cantoneiras com ligações parafusadas........................................................ 86
3.9.2 Chapas com ligações soldadas..................................................................... 89
3.9.3 Cantoneiras e perfis U com ligações soldadas............................................. 90
3.9.4 Perfil I com ligações parafusadas nas mesas................................................ 92
3.9.5 Perfil U com ligação parafusada pela alma.................................................. 93
3.9.6 Perfis tubulares com ligações soldadas........................................................ 93

4 BARRAS COMPRIMIDAS....................................................... 94

4.1 Considerações gerais.................................................................................... 94
4.2 Revisão bibliográfica................................................................................... 95
4.3 Flambagem local.......................................................................................... 97
4.3.1 Limites da relação b/t para que não ocorra a flambagem local.................... 97
4.3.2 Tratamentos normativos.............................................................................. 100
a) Eurocode 3 (2001)........................................................................................ 100
b) AISC/LRFD (1999)...................................................................................... 103
c) Norma brasileira – NBR 8800 (1986).......................................................... 108
vi
4.3.3 Exemplo parametrizado............................................................................... 108
4.4 Tensões residuais......................................................................................... 117
4.5 Curvas múltiplas de flambagem.................................................................. 121
4.5.1 Considerações gerais................................................................................... 121
4.5.2 Curvas múltiplas de flambagem do SSRC................................................... 123
4.5.3 Curvas múltiplas de flambagem da ECCS................................................... 129
4.6 Tratamento normativo................................................................................. 131
4.6.1 AISC/LRFD (1999)...................................................................................... 131
4.6.2 CAN/CSA (1994)......................................................................................... 131
4.6.3 Eurocode 3 (2001)....................................................................................... 132
4.6.4 NBR 8800 (1986)......................................................................................... 137
4.6.5 DIN 18800 (1990)........................................................................................ 137
4.6.6 BS 5950 (2000)............................................................................................. 137
4.6.7 Resumo das curvas múltiplas...................................................................... 140
4.7 Limite de esbeltez........................................................................................ 150
4.8 Dados experimentais.................................................................................... 150
4.9 Estudo comparativo..................................................................................... 159

5 BARRAS FLETIDAS................................................................ 166

5.1 Considerações gerais.................................................................................... 166
5.2 Revisão bibliográfica.................................................................................... 171
5.3 Limites para flambagem local...................................................................... 173
5.4 Tratamento normativo.................................................................................. 175
5.4.1 Resistência ao momento fletor..................................................................... 175
5.4.2 Flambagem local da alma (FLA)................................................................. 177
a) procedimento proposto pela NBR 8800 (1986), AISC/LRFD (1999) e
Revisão da Norma Brasileira....................................................................... 177
b) procedimento proposto pela CAN/CSA (1994) e pelo Eurocode 3 (2001) 179
c) Procedimento proposto pela BS 5950 (2000).............................................. 181
5.4.3 Flambagem local da mesa (FLM)............................................................... 184
vii
a) procedimento proposto pela NBR 8800 (1986).......................................... 184
b) procedimento proposto pelo AISC/LRFD (1999) e pela Revisão da
Norma Brasileira.......................................................................................... 187
c) procedimento proposto pela CAN/CSA (1994).......................................... 187
d) procedimento proposto pelo Eurocode 3 (2001)......................................... 190
e) procedimento proposto pela BS 5950 (2000).............................................. 191
5.4.4 Flambagem lateral com torção (FLT).......................................................... 192
a) procedimento proposto pela NBR 8800 (1986).......................................... 193
b) procedimento proposto pelo AISC/LRFD (1999)....................................... 197
c) procedimento proposto pelo Eurocode 3 (2001)......................................... 200
d) procedimento proposto pela CAN/CSA (1994)........................................... 206
e) procedimento proposto pela BS 5950 (2000)............................................... 207
f) procedimento proposto pela DIN 18800 (1990)......................................... 216
g) procedimento proposto pela Revisão da Norma Brasileira......................... 221
5.5 Análise comparativa entre os valores de C................................................. 223
t
5.6 Comparação entre as normas....................................................................... 224
5.7 Exemplos..................................................................................................... 227
5.7.1 Perfil I duplamente simétrico para o estado limite FLA.............................. 227
5.7.2 Perfil I duplamente simétrico para o estado limite FLM............................. 228
5.7.3 Resistência ao momento fletor para o estado limite FLT para um perfil I
duplamente simétrico................................................................................... 230
5.7.4 Resistência ao momento fletor devido a FLT para um perfil I
monossimétrico............................................................................................ 239
a) compressão na mesa superior ( mesa maior)............................................... 240
b) compressão na mesa inferior ( mesa menor)............................................... 244
5.7.5 Viga castelada.............................................................................................. 247
5.8 Estudo comparativo..................................................................................... 252

6 CONCLUSÕES FINAIS............................................................ 258

ANEXO A.................................................................................. 262
viii
ANEXO B.................................................................................. 268

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................... 280
BIBLIOGRAFIA........................................................................ 283
ix
LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Curvas de distribuição de freqüências..................................... 11
Figura 2 Definição do índice de confiabilidade..................................... 12
Figura 3 Índice de confiabilidade – carregamentos CP+SC e CP+N.... 14
Figura 4 Índice de confiabilidade para o carregamento CP+SC+VT.... 15
Figura 5 Índice de confiabilidade para CP+SC+T................................. 15
Figura 6 Índice de confiabilidade para a combinação CP-VT............... 17
Figura 7 Tipos de perfil para barras tracionadas.................................... 34
Figura 8 Perfis I e H (b ≥ 0,67 d) com no mínimo três parafusos por
f
linha por linha de furação ou ligação soldada ......................... 41
Figura 9 Perfis I e H (b < 0,67 d) com no mínimo três parafusos por
f
linha por linha de furação ou ligação soldada ......................... 41
Figura 10 Perfis com somente dois parafusos por linha de furação......... 42
Figura 11 Chapas ligadas com soldas...................................................... 42
Figura 12 Determinação de x para o cálculo de C................................ 44
t
Figura 13 Definição do comprimento L e da excentricidade x de uma
barra com ligação parafusada................................................... 45
Figura 14 Definição do comprimento de uma barra com ligação soldada 45
Figura 15 Cantoneira parafusada com quatro ou mais parafusos............. 46
Figura 16 Cantoneira parafusada com um parafuso e por uma aba
apenas....................................................................................... 48
Figura 17 Cantoneira parafusada com dois parafusos e por uma aba
apenas....................................................................................... 49
Figura 18 Cantoneira parafusada com três parafusos e por uma aba
apenas....................................................................................... 49
Figura 19 Excentricidade para ligação soldada......................................... 52
Figura 20 Amostras de testes................................................................... 59
Figura 21 Comparação entre os valores de P dos testes com valores da
fórmula P = K (1 - x / L) A f ............................................. 65
u 2 n u