I-beam

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Esta viga I é usada para suportar o primeiro andar de uma casa.

Uma viga I , também conhecida como viga H (para coluna universal , UC ), viga w (para "flange largo"), viga universal ( UB ), viga de aço laminado ( RSJ ) ou duplo-T (especialmente em Polonês , búlgaro , espanhol , italiano e alemão ), é uma viga com seção transversal em forma de I ou H. Os elementos horizontais do I são flanges, e o elemento vertical é a "web". As vigas I são geralmente feitas de aço estrutural e são usadas na construção e engenharia civil.

A alma resiste às forças de cisalhamento, enquanto os banzos resistem à maior parte do momento fletor experimentado pela viga. A equação da viga de Euler-Bernoulli mostra que a seção em forma de I é uma forma muito eficiente para suportar cargas de flexão e cisalhamento no plano da alma. Por outro lado, a seção transversal tem uma capacidade reduzida na direção transversal, e também é ineficiente em suportar torção , para as quais as seções estruturais ocas são frequentemente preferidas.

História

O método de produção de uma viga I, laminada a partir de uma única peça de aço, foi patenteado por Alphonse Halbou da empresa Forges de la Providence em 1849. [1]

A Bethlehem Steel era um fornecedor líder de aço estrutural laminado de várias seções transversais em pontes e arranha-céus americanos em meados do século XX. [2] Hoje, as seções transversais laminadas foram parcialmente deslocadas em tal trabalho por seções transversais fabricadas .

Visão geral

Seção transversal típica de vigas I.

Existem duas formas padrão de viga I:

As vigas I são comumente feitas de aço estrutural, mas também podem ser feitas de alumínio ou outros materiais. Um tipo comum de viga em I é a viga de aço laminado (RSJ) - às vezes renderizada incorretamente como viga de aço reforçada . Padrões britânicos e europeustambém especificar Vigas Universais (UBs) e Colunas Universais (UCs). Essas seções têm flanges paralelos, em oposição à espessura variável dos flanges RSJ, que raramente são laminados no Reino Unido. Os flanges paralelos são mais fáceis de conectar e dispensam a necessidade de arruelas cônicas. Os UCs ​​têm largura e profundidade iguais ou quase iguais e são mais adequados para serem orientados verticalmente para transportar carga axial, como colunas em construções de vários andares, enquanto os UBs são significativamente mais profundos do que largos são mais adequados para transportar carga de flexão, como vigas elementos em pisos.

As vigas I - vigas I projetadas a partir de madeira com painéis de fibra e/ou madeira laminada - também estão se tornando cada vez mais populares na construção, especialmente residencial, pois são mais leves e menos propensas a empenar do que as vigas de madeira maciça . No entanto, tem havido alguma preocupação quanto à sua rápida perda de força em um incêndio se desprotegida.

Projeto

Ilustração de uma viga I vibrando em modo de torção.

As vigas I são amplamente utilizadas na indústria da construção e estão disponíveis em uma variedade de tamanhos padrão. As tabelas estão disponíveis para permitir a fácil seleção de um tamanho de viga I de aço adequado para uma determinada carga aplicada. As vigas I podem ser usadas tanto como vigas quanto como colunas .

As vigas I podem ser usadas tanto sozinhas quanto atuando em conjunto com outro material, tipicamente concreto . O design pode ser regido por qualquer um dos seguintes critérios:

  • deflexão : a rigidez da viga I será escolhida para minimizar a deformação
  • vibração : a rigidez e a massa são escolhidas para evitar vibrações inaceitáveis, particularmente em ambientes sensíveis a vibrações, como escritórios e bibliotecas
  • falha de flexão por escoamento : onde a tensão na seção transversal excede a tensão de escoamento
  • falha por flexão por flambagem lateral por torção : onde um banzo em compressão tende a flambar lateralmente ou toda a seção transversal flamba-se torcionalmente
  • falha de flexão por flambagem local : onde o flange ou alma é tão esbelta que flamba localmente
  • rendimento local: causado por cargas concentradas, como no ponto de apoio da viga
  • falha de cisalhamento : onde a teia falha. As almas esbeltas falharão por flambagem, ondulação em um fenômeno denominado ação de campo de tensão , mas a ruptura por cisalhamento também é resistida pela rigidez dos flanges
  • flambagem ou cedência de componentes: por exemplo, de enrijecedores usados ​​para dar estabilidade à alma da viga I.

Projeto para dobrar

As maiores tensões () em uma viga sob flexão estão nos locais mais distantes do eixo neutro.

Uma viga sob flexão vê altas tensões ao longo das fibras axiais que estão mais distantes do eixo neutro . Para evitar falhas, a maior parte do material da viga deve estar localizada nessas regiões. Comparativamente, pouco material é necessário na área próxima ao eixo neutro. Esta observação é a base da seção transversal da viga I; o eixo neutro corre ao longo do centro da alma que pode ser relativamente fina e a maior parte do material pode ser concentrada nos flanges.

A viga ideal é aquela com a menor área de seção transversal (e, portanto, requer o mínimo de material) necessária para atingir um determinado módulo de seção . Como o módulo de seção depende do valor do momento de inércia , uma viga eficiente deve ter a maior parte de seu material localizada o mais longe possível da linha neutra. Quanto mais distante uma determinada quantidade de material estiver do eixo neutro, maior será o módulo de seção e, portanto, um maior momento de flexão pode ser resistido.

Ao projetar uma viga I simétrica para resistir a tensões devido à flexão, o ponto inicial usual é o módulo de seção necessário. Se a tensão admissível fore o momento fletor máximo esperado é, então o módulo de seção requerido é dado por [3]

Ondeé o momento de inércia da seção transversal da viga eé a distância do topo da viga ao eixo neutro (consulte a teoria da viga para mais detalhes).

Para uma viga de área de seção transversale altura, a seção transversal ideal teria metade da área à distânciaacima da seção transversal e a outra metade à distânciaabaixo da seção transversal. [3] Para este corte transversal

No entanto, essas condições ideais nunca podem ser alcançadas porque o material é necessário na trama por razões físicas, inclusive para resistir à flambagem. Para vigas de abas largas, o módulo de seção é aproximadamente

que é superior ao alcançado por vigas retangulares e vigas circulares.

Problemas

Embora as vigas I sejam excelentes para dobra unidirecional em um plano paralelo à alma, elas não funcionam tão bem na dobra bidirecional. Essas vigas também apresentam pouca resistência à torção e sofrem empenamento seccional sob carga de torção. Para problemas dominados por torção, vigas caixão e outros tipos de seções rígidas são usadas de preferência à viga I.

Formas e materiais (EUA)

Viga em I de aço rebitado enferrujado

Nos Estados Unidos, a viga I mais comumente mencionada é a forma de flange largo (W). Essas vigas possuem flanges cujas superfícies internas são paralelas na maior parte de sua área. Outras vigas em I incluem formas padrão americano (designadas por S), nas quais as superfícies internas do flange não são paralelas, e estacas H (designadas por HP), que são normalmente usadas como fundações de estacas. Os formatos de flange largo estão disponíveis na classe ASTM A992, [4] que geralmente substituiu as classes ASTM mais antigas A572 e A36. Faixas de força de rendimento:

  • A36: 36.000  psi (250  MPa )
  • A572: 42.000–60.000 psi (290–410 MPa), com 50.000 psi (340 MPa) o mais comum
  • A588: Semelhante ao A572
  • A992: 50.000–65.000 psi (340–450 MPa)

Como a maioria dos produtos de aço, as vigas I geralmente contêm algum conteúdo reciclado.

Padrões

As seguintes normas definem a forma e as tolerâncias das seções de aço de viga I:

Normas Europeias

  • EN 10024 , Seções de flange cônica I laminadas a quente – Tolerâncias na forma e dimensões.
  • EN 10034 , Perfis estruturais de aço I e H – Tolerâncias na forma e dimensões.
  • EN 10162 , Perfis de aço laminados a frio – Condições técnicas de entrega – Tolerâncias dimensionais e de seção transversal

Manual AISC

O Instituto Americano de Construção em Aço (AISC) publica o Manual de Construção em Aço para projetar estruturas de várias formas. Ele documenta as abordagens comuns, Projeto de Resistência Permitida (ASD) e Projeto de Fator de Carga e Resistência (LRFD), (começando com a 13ª ed.) para criar tais projetos.

Outro

Designação e terminologia

Viga I de abas largas.
  • Nos Estados Unidos , as vigas I de aço são comumente especificadas usando a profundidade e o peso da viga. Por exemplo, uma viga "W10x22" tem aproximadamente 10 pol (254 mm) de profundidade (altura nominal da viga I da face externa de um flange até a face externa do outro flange) e pesa 22 lb/ft (33 kg/m). As vigas de seção de flange largo geralmente variam de sua profundidade nominal. No caso da série W14, eles podem ter até 22,84 pol. (580 mm). [6]
  • No Canadá , as vigas I de aço são agora comumente especificadas usando a profundidade e o peso da viga em termos métricos. Por exemplo, uma viga "W250x33" tem aproximadamente 250 milímetros (9,8 pol) de profundidade (altura da viga I da face externa de um flange até a face externa do outro flange) e pesa aproximadamente 33 kg/m (22 lb/pé; 67 lb/yd). [7] As vigas I ainda estão disponíveis em tamanhos americanos de muitos fabricantes canadenses.
  • No México , as vigas I de aço são chamadas de IR e comumente especificadas usando a profundidade e o peso da viga em termos métricos. Por exemplo, uma viga "IR250x33" tem aproximadamente 250 mm (9,8 pol.) de profundidade (altura da viga I da face externa de um flange até a face externa do outro flange) e pesa aproximadamente 33 kg/m (22 lb/pé). [8]
  • Na Índia , as vigas I são designadas como ISMB, ISJB, ISLB, ISWB. ISMB: viga de peso médio padrão indiano, ISJB: vigas júnior padrão indiano, ISLB: vigas de peso leve padrão indiano e ISWB: vigas de flange largo padrão indiano. As vigas são designadas conforme a respectiva referência abreviada seguida pela profundidade da seção, como por exemplo ISMB 450 , onde 450 é a profundidade da seção em milímetros (mm). As dimensões dessas vigas são classificadas conforme IS:808 (conforme BIS ). [ citação necessária ]
  • No Reino Unido , essas seções de aço são comumente especificadas com um código que consiste na dimensão maior (geralmente a profundidade)-x-a dimensão menor-x-a massa por metro terminando com o tipo de seção, todas as medidas sendo métricas. Portanto, um 152x152x23UC seria uma seção de coluna (UC = coluna universal) de aproximadamente 152 mm (6,0 pol) de profundidade 152 mm de largura e pesando 23 kg/m (46 lb/yd) de comprimento. [9]
  • Na Austrália , essas seções de aço são comumente chamadas de Vigas Universais (UB) ou Colunas (UC). A designação para cada um é dada como a altura aproximada da viga, o tipo (viga ou coluna) e, em seguida, a taxa de unidade de metro (por exemplo, um 460UB67.1 é um feixe universal de aproximadamente 460 mm (18,1 pol) de profundidade que pesa 67,1 kg /m (135 lb/yd)). [5]

Feixes celulares

As vigas celulares são a versão moderna da tradicional " viga castelada ", que resulta em uma viga aproximadamente 40-60% mais profunda que sua seção original. A profundidade exata do acabamento, o diâmetro da célula e o espaçamento da célula são flexíveis. Uma viga celular é até 1,5 vezes mais forte do que sua seção principal e, portanto, é utilizada para criar construções eficientes de grandes vãos. [10]

Veja também

Referências

  1. ^ Thomas Derdak, Jay P. Pederson (1999). Diretório internacional de histórias de empresas . Vol. 26. St. James Press. pág. 82. ISBN 978-1-55862-385-9.
  2. ^ A chamada da manhã (2003). "Forjando a América: A História da Bethlehem Steel" . Suplemento de Chamada da Manhã . Allentown, PA, EUA : The Morning Call. Um histórico detalhado da empresa por jornalistas da equipe do Morning Call.{{cite journal}}: CS1 maint: postscript (link)
  3. ^ a b Gere e Timoshenko, 1997, Mecânica dos Materiais , PWS Publishing Company.
  4. ^ "ASTM A992?A992M Especificação Padrão para Formas Estruturais de Aço" . Sociedade Americana para Testes e Materiais . 2006. doi : 10.1520/A0992_A0992M-06A .
  5. ^ a b Produtos laminados a quente e de aço estrutural – Quinta edição Arquivado em 2013-04-10 na Wayback MachineOnesteel . Recuperado em 18 de dezembro de 2015.
  6. ^ Manual de construção em aço AISC 14ª edição
  7. ^ Handbook of Steel Construction (9ª ed.). Instituto Canadense de Construção em Aço . 2006. ISBN 978-0-88811-124-1.
  8. ^ Manual IMCA de construção de aço, 5ª edição.
  9. ^ "Seções estruturais" (PDF) . Corus Construção & Industrial. Arquivado a partir do original (PDF) em 2010-02-15.
  10. ^ "Vigas celulares - Kloeckner Metals UK" . kloecknermetalsuk . com . Recuperado em 13 de maio de 2017 .

Leitura adicional

  • Ashby, MF (2005). Seleção de Materiais em Projeto Mecânico (3ª ed.). Oxford; Boston: Elsevier Butterworth-Heinemann. ISBN 9780750661683.Consulte o capítulo 8, seções 8.4 ("Vigas de piso: madeira ou aço?") e 8.5 ("Aumentar a rigidez da chapa de aço").

Links externos