Regulamento de Estruturas de Aço para Edifícios

 

CAPÍTULO I

Generalidades

 Artigo 1.º

Objecto e âmbito de aplicação

 

1. O presente regulamento define os princípios gerais de projecto e execução de estruturas metálicas em aço para edifícios, baseado nos critérios gerais de segurança definidos no Regulamento de Segurança e Acções em Estruturas de Edifícios e Pontes (RSA).

 

2. Para outros tipos de estruturas não abrangidas por este regulamento, tais como pontes, torres e chaminés, este regulamento deve ser lido em conjunto com as partes relevantes da ENV1993-1-1.

 

3. Este regulamento aplica-se unicamente a perfis laminados a quente. Para perfis enformados a frio, deve ser consultada a ENV1993-1-3.

 

Artigo 2.º

Simbologia e unidades

 

1. A simbologia utilizada no presente regulamento é indicada no Anexo I.

 

2. As unidades em que são expressas as diversas grandezas são as do Sistema Internacional (SI). Indicam-se seguidamente algumas das unidades recomendadas:

 

Massa                                                          kg

Forças (concentradas e distribuídas)     kN, kN/m, kN/m²

Pesos Volúmicos                                       kN/m³

Tensões                                                      N/mm², MPa, GPa

Momentos                                                  kNm

 

Artigo 3.º

Normas de referência

 

1. O conjunto das normas de referência é apresentado no Anexo II. Definem os padrões de produto e de execução que se aplicam a estruturas metálicas projectadas de acordo com o presente regulamento.

 

2. As normas apresentadas no Anexo II, referem-se sempre à última edição das publicações.

 

CAPÍTULO II

 Critérios Gerais de Segurança

 Artigo 4.º

 Introdução

 

1. A verificação da segurança de estruturas metálicas em aço deve cumprir os critérios gerais definidos no RSA bem como os detalhes definidos no presente regulamento.

 

2. As estruturas devem ser projectadas e construídas de modo a que:

 

1) Com probabilidade aceitável se mantenham aptas para os fins para que foram projectadas, tendo em conta o período de vida previsto e o custo; e

 

2) Com graus de fiabilidade aceitável, possam suportar todas as acções e influências susceptíveis de ocorrerem durante a execução e a utilização e tenham durabilidade adequada face aos custos de manutenção.

 

 Artigo 5.º

Acções

 

1. As acções relativas à verificação da segurança de estruturas de aço estão definidas no RSA. Este artigo fornece apenas detalhes complementares.

 

2. Na determinação dos efeitos devidos às variações de temperatura, o coeficiente de dilatação térmica linear deve ser considerado igual a a = 12 x 10^-6/^oC. Outras propriedades dos aços, necessárias para o cálculo, devem tomar os valores indicados no Artigo 18.º - Perfis e chapas.

 

3. A estrutura de aço, projectada de acordo com o presente regulamento, para cada uma das direcções em análise, deve possuir ductilidade suficiente que permita que o coeficiente sísmico seja reduzido para 0,24 a_E, como indicado no Artigo 23 ^o do RSA.

 

Artigo 6.º

Estados limites últimos

 

Os estados limites últimos a considerar são:

 

1) Estados limites últimos de resistência, correspondendo ao início de rotura  ou deformação excessiva de uma secção, de um elemento ou de uma ligação (excluindo a fadiga); (ver artigo 25.º)

 

2)Estados limites últimos de transformação da estrutura num mecanismo, correspondendo à ocorrência de deformação plástica numa determinada secção e transformação da estrutura ou parte num mecanismo através da formação de rótulas plásticas; (ver artigo 26.º)

 

3)Estados limites últimos de encurvadura, correspondendo à instabilidade de elementos estruturais ou suas ligações; (ver artigo 27.º)

 

4) Estados limites últimos de perda de equilíbrio, correspondendo à rotação ou deslocamento da estrutura como um corpo rígido; (ver artigo 28.º)

 

5) Estados limites últimos de rotura por fadiga, quando são aplicadas à estrutura cargas repetidas. (ver artigo 29.º)

 

 

Artigo 7.º

Estados limites de utilização

 

1. Os estados limites de utilização devem considerar, em geral, o seguinte: (ver artigo 22.º)

 

1)Deformações ou deslocamentos (flechas) que afectem desfavoravelmente o aspecto ou a utilização efectiva da estrutura (incluindo o funcionamento adequado de máquinas ou instalações);

 

2)Vibrações, oscilações ou deslocamentos laterais que causem desconforto aos ocupantes de um edifício ou que danifiquem o seu conteúdo;

 

3) Deformações, deslocamentos (flechas), vibrações, oscilações ou deslocamentos laterais que causem danos nos acabamentos ou elementos não estruturais.

 

2. Para evitar que estes limites sejam excedidos, é necessário limitar as deformações, deslocamentos e vibrações. Alguns valores limite recomendados para deslocamentos em edifícios são fornecidos no artigo 23.º - Valores limite.

  

Artigo 8.º

Durabilidade

 

1. Para garantir a durabilidade adequada de uma estrutura, deve ter-se em conta os seguintes aspectos interdependentes:

 

1)A utilização da estrutura;

 

2) Os critérios de desempenho exigidos;

 

3) As condições ambientais esperadas;

 

4) A composição, propriedades e desempenho dos materiais;

 

5) A forma dos elementos e as disposições construtivas;

 

6) A qualidade de execução e o nível de controlo;

 

7) As medidas particulares de protecção;

 

8) A manutenção prevista para a vida esperada da obra.

 

2. As condições ambientais internas e externas devem ser avaliadas na fase de projecto, de modo a ser possível estimar a sua importância em relação à durabilidade e, consequentemente, poderem ser tomadas medidas adequadas para a protecção dos materiais.

  

Artigo 9.º

Resistência ao Fogo

 

Em relação à resistência ao fogo, deve ser consultado o Anexo III – Verificação da segurança de estruturas de aço em relação à acção do fogo.

CAPÍTULO III

Cálculo de esforços

Artigo 10.º

Generalidades

 

1. Os esforços internos e momentos numa estrutura isostática devem ser determinados através da aplicação das regras de equilíbrio da Estática.

 

2. Os esforços internos e momentos numa estrutura hiperstática podem geralmente ser determinados usando um dos seguintes métodos:

 

1)Análise global elástica – pode ser usada em todos os casos; (ver artigo 11 ^o)

 

2) Análise global plástica – só pode ser usada quando as secções transversais das peças e os materiais em aço satisfizerem os requisitos especificados no ponto 5.2 da ENV1993-1-1.O projecto de estruturas usando análise global plástica deve também satisfazer os requisitos da ENV1993-1-1.

 

3. Os esforços internos e momentos podem geralmente ser determinados usando um dos seguintes métodos:

 

1)Teoria de primeira ordem – usa a geometria inicial da estrutura e pode ser utilizada nos casos de estruturas reticuladas contraventadas e reticuladas sem deslocamentos laterais; (ver artigos 15 ^o e 16 ^o para a classificação de estruturas reticuladas)

 

2) Teoria de segunda ordem – tem em conta a influência da deformação da estrutura e pode ser utilizada para análise global em todos os casos incluindo estruturas reticuladas com deslocamentos laterais. (ver outras publicacões de referência para projecto de estruturas usando efeitos de segunda ordem)

 

Artigo 11.º

Análise global elástica

 

1. A análise global elástica deve basear-se na hipótese de que a relação tensões-deformações do material é linear, qualquer que seja o nível de tensões actuantes. Esta hipótese pode ser mantida para a análise elástica, quer de primeira quer de segunda ordem.

 

2. Adoptando a análise elástica de primeira ordem, os momentos elásticos podem ser modificados, redistribuindo os momentos de qualquer elemento até 15% do momento elástico máximo desse elemento, desde que:

 

1) Os esforços internos e os momentos na estrutura reticulada se mantenham em equilíbrio com as cargas aplicadas; e

 

2) Todos os elementos nos quais os momentos sejam reduzidos possuam secções transversais da Classe 1 ou Classe 2. (ver artigo 31 ^opara a classificação de secções transversais)

 

3. As hipóteses de cálculo adoptadas para o comportamento das ligações devem satisfazer os requisitos definidos no artigo 12.º.

 

 

Artigo 12.º

Hipóteses de cálculo

 

1. As hipóteses adoptadas na análise global da estrutura devem ser consistentes com o tipo de comportamento previsto para as ligações.

 

2. Apresentam-se de seguida três possíveis grupos de hipóteses de cálculo para analisar estruturas reticuladas:

 

1) Articulação de nós (ou trianguladas) – nas estruturas articuladas, pode admitir-se que nas ligações entre os elementos não existem momentos. Na análise global pode admitir-se que os elementos estão efectivamente ligados por articulações;

 

2) Rigidez de nós – a análise elástica deve basear-se na hipótese de continuidade total, com ligações rígidas que satisfaçam os requisitos definidos abaixo;

 

3) Semi-rigidez de nós – a análise elástica deve basear-se em relações momentos-rotações ou forças-deslocamentos de cálculo, previstas com fiabilidade, para as ligações usadas.

 

3. Os tipos de ligações são classificados do seguinte modo:

 

1)Ligações articuladas – dimensionadas de modo a impedirem o aparecimento de momentos significativos que possam afectar desfavoravelmente os elementos da estrutura;

 

2)Ligações rígidas – dimensionadas de modo a que a sua deformação não tenha uma influência significativa na distribuição dos esforços na estrutura, nem na sua deformação global;

 

3)Ligações semi-rígidas – não satisfazem os critérios de ligação rígida ou de ligação articulada.

  

Artigo 13.º

Sistemas estruturais

 

1. Estruturas reticuladas

 

1) Qualquer estrutura reticulada deve ser analisada tendo em conta as imperfeições da estrutura indicadas abaixo;

 

2) Os efeitos das imperfeições devem ser tomados em conta de modo a que na análise das estruturas estes sejam incluídos através de uma imperfeição geométrica equivalente, f, ou por forças horizontais equivalentes de acordo com o Quadro 1. Qualquer um destes métodos é permitido;

 

3) Uma estrutura reticulada pode ser tratada como contraventada desde que o critério especificado no artigo 16.º seja satisfeito;

 

4) Por cada piso, as deformações devidas a deslocamentos laterais resultantes da análise devem ser verificadas de acordo com a classificação das estruturas reticuladas, com ou sem deslocamentos laterais, descrita no artigo 15.º. Se o limite definido por este critério for excedido então devem ser tomados em consideração os efeitos de segunda ordem.

 

2. Sub-estruturas

 

Para a análise global, a estrutura pode ser subdividida em várias sub-estruturas, desde que:

 

1) A interacção estrutural entre as sub-estruturas seja correctamente modelada;

 

2) O arranjo das sub-estruturas seja apropriado para o sistema estrutural utilizado;

 

3)    Se atenda aos possíveis efeitos adversos da interacção entre sub-estruturas.

 

Artigo 14.º

Estabilidade lateral

 

1. Todas as estruturas devem ter uma rigidez suficiente para limitar os deslocamentos laterais. Essa rigidez pode ser assegurada:

 

1) Pela rigidez aos deslocamentos laterais de sistemas de contraventamento, tais como estruturas reticuladas trianguladas e estruturas reticuladas com nós rígidos;

 

2) Pela rigidez aos deslocamentos laterais da própria estrutura, como colunas em consola e rigidez das ligações.

 

2. Todas os estruturas reticuladas devem possuir resistência adequada à rotura num modo com deslocamentos laterais. No entanto, nos casos em que se demonstre que a estrutura não possui deslocamentos laterais, não é necessário proceder a outras verificações do modo com deslocamentos laterais.

 

3. Todas as estruturas reticuladas, incluindo estruturas com deslocamentos laterais, serão igualmente verificadas no que respeita à resistência à rotura nos modos sem deslocamentos laterais.

 

4. Quando se usa a análise global elástica devem incluir-se os efeitos de segunda ordem associados ao modo com deslocamentos laterais, quer directamente, usando a análise elástica de segunda ordem, quer indirectamente, usando uma das seguintes alternativas:

 

1) Análise elástica de primeira ordem, com amplificação dos momentos devidos aos deslocamentos laterais;

 

2) Análise elástica de primeira ordem, com comprimentos de encurvadura associados ao modo com deslocamentos laterais.

 

5. No método de amplificação dos momentos devidos aos deslocamentos laterais, os momentos devidos aos deslocamentos laterais obtidos por análise elástica de primeira ordem devem ser amplificados multiplicando-os por:

 

 

onde d, h, V e H são definidos no Quadro 2. Quando se usa o método da amplificação dos momentos, podem usar-se, no dimensionamento dos elementos, comprimentos de encurvadura no plano correspondentes ao modo sem deslocamentos laterais.

 

Artigo 15.º

Classificação das estruturas reticuladas, com ou sem deslocamentos laterais

 

1. Uma estrutura é classificada como estrutura reticulada sem deslocamentos laterais se a sua resposta às forças horizontais no plano da estrutura for suficientemente rígida para se poderem desprezar, com rigor aceitável, todos os esforços adicionais resultantes dos deslocamentos horizontais dos nós da estrutura.

 

2. As estruturas reticuladas planas de estruturas de edifícios, constituídas por vigas e pilares, com vigas a ligar cada pilar ao nível de cada piso, podem ser tratados como não possuindo deslocamentos laterais para um dado caso de carga se for satisfeito o critério do Quadro 2.

 

 

Artigo 16.º

Classificação de estruturas reticuladas como contraventadas ou não contraventadas

 

1. Uma estrutura reticulada pode ser classificada como contraventada se a sua resistência aos deslocamentos laterais for proporcionada por um sistema de contraventamento suficientemente rígido para se poder admitir, com rigor aceitável, que irá resistir a todas as acções horizontais no seu plano.

 

2. Uma estrutura reticulada de aço pode ser tratada como contraventada desde que o sistema de contraventamento reduza no mínimo em 80 % os seus deslocamentos horizontais. (ver Quadro 3)

 

CAPÍTULO IV

Materiais

 Artigo 17.º

Características gerais de aços

 

1. As propriedades dos materiais indicadas neste capítulo são valores nominais a adoptar para efeitos de cálculo, como valores característicos.

 

2. As características dos diferentes tipos de aços devem basear‑se na informação relativa às suas propriedades mecânicas (determinadas a partir de ensaios de tracção, ensaios de choque e ocasionalmente ensaios de dobragem) e à sua composição química.

  

Artigo 18.º

Perfis e chapas

 

1. Normas de aços

 

1) As características dos perfis e chapas de aço usadas em elementos estruturais, devem estar de acordo com as seguintes normas:

 

EN10025 –    Produtos laminados a quente de aços de construção não ligados;

EN10113 –    Produtos laminados a quente de aços de construção soldáveis de grão fino.

 

2) Os Quadros 4, 5 e 6 apresentados neste artigo são para projectos de aços de construção não ligados. No respeitante a aços de elevada resistência deve ser consultada a Norma EN10113.

 

2. Resistência nominal

 

1) De acordo com o presente regulamento, os valores nominais da tensão de cedência f_y e da tensão de rotura à tracção f_u para diferentes tipos de aço são apresentados no Quadro 4. Esta classificação é feita de acordo com a tensão de cedência mínima especificada;

 

2) Os valores nominais apresentados no Quadro 4 podem ser adoptados nos cálculos como valores característicos;

 

3) Em alternativa, os valores especificados na norma EN10025, podem ser utilizados para uma gama superior de espessuras;

 

4) Podem adoptar-se valores semelhantes para secções tubulares com tratamento térmico a quente.

 

3. Qualidade de aços

 

A classificação de aços apresentada no Quadro 4 é ainda designada pelas letras JR, JO, J2 e K2 que representam o nível de qualidade do aço no respeitante à soldabilidade e aos valores especificados do ensaio de choque. A qualidade aumenta para cada designação de JR a K2. Para uma descrição mais detalhada da qualidade de aços, deve-se consultar a norma EN10025.

 

4. Dimensões, massas e tolerâncias

 

As dimensões e massas dos perfis laminados a quente, chapas e perfis tubulares, e respectivas tolerâncias, devem estar de acordo com as seguintes normas: EN10024, EN10029, EN10034, EN10055, EN10056, EN10210-2, conforme o produto.

 

5. Valores de referência das propriedades dos materiais

 

Os valores de referência das propriedades dos materiais, a adoptar nos cálculos, para os aços a que se refere este regulamento, são os seguintes:

 

Módulo de elasticidade	E = 210x103 N/mm2
Módulo de distorção	G = E/2(1+n) N/mm2
Coeficiente de Poisson	n = 0,3
Coeficiente de dilatação térmica linear	a = 12 x 10-6 oC-1
Massa volúmica	r = 7 850 kg/m3

 

6. Propriedades mecânicas e composição química

 

As propriedades mecânicas e composição química dos aços devem estar de acordo com os requisitos dos Quadros 4 e 5. Os valores apresentados no Quadro 5 são determinados por análise de vazamento. Para análise de produto de aços deve ser consultada a norma EN10025. Para definição de CEV, consultar o artigo 21.º.

 

7. Outros aços para além daqueles apresentados neste regulamento

 

Podem ser utilizados aços estruturais além daqueles apresentados neste regulamento desde que existam informações adequadas, tais como propriedades mecânicas e composição química, que justifiquem a aplicação das regras de projecto e fabrico desses aços. Os métodos de ensaio e a análise de resultados devem ser efectuados de acordo com as seguintes normas:

 

EN10002 1994 – Materiais metálicos. Ensaio de tracção;

EN10045 1990 - Materiais metálicos. Ensaio de choque em provete entalhado Charpy;

EN10036 – Análise química de materiais metálicos.

 

Apresenta-se de seguida o Quadro 6 de modo a que se possa estabelecer a correspondência entre a designação deste regulamento e outras normas habitualmente utilizadas. Deve ser dada especial atenção ao facto de que o aço da norma Chinesa GB700-88 só é válido em termos de resistência mecânica. No caso de outras propriedades serem consideradas relevantes, devem ser verificadas cuidadosamente com os requisitos apresentados neste regulamento.

 

 

Artigo 19.º

Parafusos, porcas e anilhas

 

1. Os parafusos, porcas e anilhas devem satisfazer as condições estabelecidas nas seguintes normas:

 

1)    Parafusos não pré-esforçados (parafusos ordinários)

Parafusos –ISO4014, 4016, 4017, 4018, ISO 7411, 7412

Porcas –       ISO4032~4034, ISO7413, 7414, 4775

Anilhas –     ISO7089~7091, ISO7415, 7416

 

2)   Parafusos pré-esforçados (parafusos de alta resistência)

Parafusos –ISO7411

Porcas –       ISO4775

Anilhas –     ISO7415, 7416

 

2. Os valores nominais da tensão de cedência f_yb e da tensão de rotura à tracção f_ub para parafusos, são apresentados no Quadro 7. Para outras propriedades mecânicas deve ser feita referência à norma ISO898.

  

 

3. Os parafusos de classe inferior a 4,6 ou superior a 10,9 não devem ser utilizados a não ser que se disponha de resultados que provem a sua aceitabilidade para determinada aplicação.

  

Artigo 20.º

Consumíveis de soldadura

 

1. Todos os consumíveis de soldadura devem satisfazer as condições estabelecidas na norma BS639 ou na norma AWSD1.1.2.

 

2. Os valores da tensão de cedência, tensão de rotura à tracção, extensão na rotura e valor mínimo de energia obtido no ensaio de choque Charpy de provete entalhado, especificados para o metal de adição, devem ser iguais ou superiores aos correspondentes valores especificados para o tipo de aço a ser soldado.

 

3. Devem ser executados testes de verificação (tais como ensaios de tracção e de flexão) nos consumíveis para soldadura diferentes dos referidos nas normas atrás mencionadas, de modo a que se verifique que estes satisfazem as exigências do projecto. Os requisitos e procedimentos de ensaio devem estar de acordo com as normas atrás mencionadas.

  

Artigo 21.º

Soldabilidade

 

1. Os aços que satisfaçam os requisitos mencionados no artigo 17.º são considerados aços estruturais soldáveis. No entanto, não existe um critério único que defina a soldabilidade de um aço para os diferentes procedimentos de soldadura, visto que o comportamento de um aço durante e após a soldadura não depende unicamente do material mas igualmente das dimensões e da forma, assim como da fabricação e das condições de serviço dos elementos de construção.

 

2. Os aços das qualidades JR, JO, J2, K2 são em geral aptos a serem soldados. A soldabilidade vai crescendo para cada classe das qualidades JR a K2. Deve ser assegurado que a soldabilidade é suficiente para os objectivos estipulados.

 

3. Uma medida da soldabilidade é o denominado valor de carbono equivalente (CEV) segundo a análise de vazamento e é definido como:

 

 

Valores baixos de CEV implicam melhor soldabilidade. O valor máximo de CEV para cada classe é apresentado no Quadro 5.

 

4. Outro factor que afecta a soldabilidade é a energia obtida no ensaio de choque Charpy de provete entalhado quando se mede a tenacidade à fractura de aços. Os requisitos para a energia de impacto a temperaturas de teste especificadas são apresentados no Quadro 4.

 

CAPÍTULO V

Verificação da segurança em relação aos estados limites de utilização

 Artigo 22.º

 Generalidades

 

1. De acordo com o RSA, a verificação de segurança em relação aos estados limites de utilização deve considerar os estados limites de muito curta, curta, e de longa duração. Estes tipos de estados limites correspondem, respectivamente, aos seguintes tipos de combinações: combinação rara, combinação frequente e combinação quase permanente.

 

2. De acordo com o RSA, para estados limites de utilização, o coeficiente de segurança g_f, relativamente a acções (permanente e variável) e o coeficiente de segurança g_M, relativamente às propriedades dos materiais, devem tomar o valor de 1.

 

Artigo 23.º

Valores limites

 

1. Deslocamentos

 

1) Os limites recomendados para os deslocamentos verticais e horizontais em edifícios são os indicados nos Quadros 8 e 9;

 

2) Os deslocamentos devem ser calculados tendo em conta os efeitos de segunda ordem e a rigidez rotacional de qualquer deformação plástica no estado limite de utilização.

 

2. Vibrações do pavimento

 

A oscilação e vibração das estruturas sobre as quais o público pode passar devem ser limitadas de forma a evitar desconforto aos utentes. Caso a frequência e deformações apresentadas no Quadro 10 não sejam excedidas, considera-se que as condições de conforto foram satisfeitas.

 

3. Acumulação de águas pluviais

 

De modo a garantir a correcta descarga de águas pluviais numa cobertura plana ou quase plana, o cálculo de coberturas com um declive inferior a 5% deve ser executado de modo a garantir que não exista acumulação de águas pluviais. Este cálculo deve tomar em conta possíveis imprecisões de construção, o assentamento das fundações, as deformações dos materiais da cobertura, as deformações de elementos estruturais e os efeitos das contra-flechas. Isto também é aplicável a pavimentos de parqueamento de veículos automóveis e a outras estruturas abertas lateralmente.

 

Quando o declive da cobertura é inferior a 3%, devem ser executados cálculos adicionais de modo a prevenir o colapso da cobertura devido ao peso das águas acumuladas.