A classificação das secções transversais dos elementos estruturais revela a forma como a resistência e a capacidade de rotação de uma secção são influenciadas por fenómenos de encurvadura local. Se numa secção compacta as zonas comprimidas podem plastificar completamente, numa secção esbelta tal poderá não acontecer devido a fenómenos de encurvadura localizada [32].
De acordo com a NP EN 1993-1-1 as secções avaliam-se em função da sua capacidade de rotação e capacidade resistente para formar uma rótula plástica. A Figura 2.31 apresenta o diagrama momento-flexão, demonstrando generalizadamente o comportamento típico de cada uma das
classes. O eixo das ordenadas representa o respetivo momento fletor, visualizando-se na linha a tracejado o nível do momento elástico 𝑀𝑒𝑙 e do momento plástico 𝑀𝑝𝑙.
De acordo com a NP EN 1993-1-1 são definidas quatro classes para a avaliação das secções transversais:
Classe 1 – Secções com possibilidade de formação de uma rótula plástica, evidenciando uma capacidade de rotação suficiente para a realização de uma análise plástica, sem redução da sua capacidade resistente;
Classe 2 - Secções com capacidade de rotação suficiente para a realização de uma análise plástica (podendo, por isso, calcular-se o momento plástico) mas possuem uma capacidade de rotação limitada devido a problemas de encurvadura local;
Classe 3 – Secções que apenas permitem uma distribuição elástica de tensões podendo atingir-se a valor da tensão de cedência, mas em que a encurvadura local pode impedir que o momento resistente plástico seja atingido;
Classe 4 – Secções nas quais ocorrem fenómenos de encurvadura local, impedindo que seja atingida a tensão de cedência nas zonas mais comprimidas da secção.
A classificação de uma secção baseia-se na relação entre a largura (c) e espessura (t) dos componentes total ou parcialmente comprimidos (alma e banzos), nos esforços atuantes (esforço axial e momento fletor) e na classe do aço, segundo a secção 5.5 da NP EN 1933-1-1. A classe de uma secção é dada pela maior classe obtida para os elementos comprimidos que a constituem, estando desta forma do lado da segurança [32]. Em secções em I ou H e tubulares retangulares distinguem-se dois tipos de componentes comprimidos: componentes internos (Tabela 2.3) e banzos em consola (Tabela 2.4), sendo que as cantoneiras e as secções tubulares circulares devem ser classificadas de acordo com a Tabela 2.5. Nestas tabelas as várias colunas referem-se aos tipos de esforços atuantes na componente em causa, refere-se ainda que a classe do aço é contabilizada através do parâmetro 𝜀 = √235/𝑓𝑦, sendo 𝑓𝑦 a tensão de cedência
do aço em N/mm2.
A verificação da segurança de estruturas com secções transversais de classe 4 apresenta uma maior complexidade comparativamente a secções de classe 1, 2 ou 3, uma vez que ocorre encurvadura local da secção antes de se atingir a tensão de cedência do aço num ou mais pontes da secção [46].
Tabela 2.4 – Limites máximos das relações largura-espessura para componentes em consola (adaptado de [46])
Tabela 2.5 – Limites máximos das relações largura-espessura em cantoneiras e secções tubulares (adaptado de [46])
Na secção 5.5 da NP EN 1993-1-1 são ainda previstas algumas exceções ao procedimento geral descrito anteriormente, como por exemplo:
a) Uma secção transversal com a alma de classe 3 e os banzos de classe 1 ou 2, pode ser classificada como uma secção de classe 2, desde que seja adotada uma área efetiva reduzida para a alma, avaliada de acordo com a secção 6.2.2.4 da referida norma; b) Quando no cálculo de uma secção transversal se considera que a alma apenas contribui
para a resistência à flexão e ao esforço normal, a secção pode ser classificada como sendo da classe 2, 3 ou 4, apenas em função da classe dos banzos.
As secções transversais constituídas por perfis laminados a quente (HEA, HEB, IPE, etc…) regra geral pertencem às classes 1, 2 ou 3. As secções transversais de classe 4 são habituais em secções enfornadas a frio ou em secções com banzos soldados às almas (perfis de alma cheia). As secções de classe 4 são caracterizadas pelo facto de os fenómenos de instabilidade local impedirem que se desenvolva toda a capacidade elástica resistente da secção. De modo a evitar a consideração explícita destes fenómenos, a NP EN 1993-1-1 permite que a avaliação da resistência seja realizada com base numa secção efetiva reduzida, onde se desconta a área das partes suscetíveis de instabilizar localmente. Na Figura 2.32 e Figura 2.33 são representadas as áreas efetivas de uma secção em U sujeita a esforço axial de compressão e de uma secção em I sujeita a momento fletor, respetivamente (às áreas a deduzir são indicadas a cheio).
A definição da secção efetiva de uma secção de classe 4 pode conduzir a uma alteração da posição do centro de gravidade e consequentemente do eixo neutro, esta alteração provoca
um acréscimo de esforço referente a um momento fletor dado por ∆𝑀 = 𝑒𝑁𝑁.
(a) (b)
Figura 2.32 - Secção transversal de classe 4 submetida a esforço axial de compressão: (a) Secção transversal total; (b) Secção transversal efetiva (adaptado de [32])
Figura 2.33 - Secção transversal de classe 4 submetida a momento fletor: (a) Secção transversal total; (b) Secção transversal efetiva (adaptado de [32])
Por último refere-se que a classificação de secções transversais torna-se importante para a análise e dimensionamento de estruturas metálicas, cujas razões são [32]:
a) Seleção do tipo de análise da estrutura, entre elástica ou plástica;
b) Decisão acerca do tipo de verificação da resistência das secções transversais dos elementos (plástica ou elástica, com base na secção bruta ou na secção efetiva reduzida);
c) Decisão acerca do tipo de interação (elástica ou plástica) a utilizar na verificação da estabilidade de elementos submetidos a flexão composta.