artigo vigas de rolamento
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7/23/2019 Artigo Vigas de Rolamento
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1. INTRODUO
2. PONTES ROLANTES
3. PREMISSAS PARA DIMENSIONAMENTO
Amplamente utilizadas, as pontes rolantes e suas vigas de rolamentotm-se tornado equipamentos imprescindveis para a movimentaode cargas em galpes industriais e de armazenamento. Compostaspor perfis metlicos, as vigas de rolamento possibilitam odeslocamento longitudinal das pontes rolantes, transmitindo osesforos por elas causados s estruturas (Fig.1).
Fig. 1 Esquema das vigas de rolamento
Em geral, os fornecedores de pontes rolantes disponibilizam emseus catlogos as dimenses do equipamento, a capacidade deiamento e as cargas sobre as rodas do trole. Outras informaes,como o peso do trole, dos dispositivos de iamento e da ponterolante, normalmente no so fornecidas para a fase de oramentoda obra, o que obriga projetistas usarem premissas nessa fase paraestimar as dimenses dos perfis metlicos a serem utilizados nasvigas de rolamento.
Com base nos catlogos de fornecedores de pontes rolantes e nascaractersticas do projeto das vigas de rolamento, seguem asvariveis para o pr-dimensionamento (Fig.2):
vo livre da viga de rolamento comprimento destravado mximo da viga de rolamento capacidade de iamento da ponte rolante carga vertical mxima por roda do trole
espaamento entre rodas do trole peso do trole e dos dispositivos de iamento peso da ponte rolante
Para o dimensionamento do caminho de rolamento, precisodeterminar alguns parmetros descritos pela NBR 8800:2008:
deformao mxima admissvel (vertical e transversal) coeficiente de impacto vertical para ponte rolante coeficientes de ponderao para combinao de carregamentos(permanente e mvel) coeficiente de ponderao da resistncia do ao estrutural paraestado-limite ltimo (ELU) ao escoamento, flambagem e instabilidade
As verificaes realizadas neste artigo so para o perfil metlico aser utilizado como viga de rolamento e no se aplicam s outrasestruturas do conjunto, como a ponte rolante, o trole ou os outrosequipamentos utilizados para o iamento e a movimentao decargas. O exemplo aplica-se para pontes rolantes de controlependente ou controle remoto com capacidade nominal inferior a 20 tf.
Os clculos aqui apresentados esto conforme prescries daNorma Brasileira ABNT NBR 8800, Projeto de estruturas de ao e deestruturas mistas de ao e concreto de edifcios, de setembro de2008. Alm dessa bibliografia, serviu de consulta o Steel DesignGuide nmero 7 Industrial Buildings Roofs to Anchor Rods, doAmerican Institute of Steel Construction(AISC).
Para efeitos de clculo, as vigas de rolamento foram dimensionadascomo vigas biapoiadas sem conteno lateral ou uso deenrijecedores para condies regulares de uso. As soluespropostas so correspondentes srie de Perfis Estruturais Gerdaulaminados em ao ASTM A572 Grau 50 com limite de escoamentomnimo de 3,5 tf/cm e mdulo de elasticidade de 2000 tf/cm.
Fig. 2 Esquema da ponte rolante
VIGAS DE ROLAMENTO COM
PERFIS ESTRUTURAIS GERDAUCamila Da Silveira MachadoEngenheira Civil
PERFIS ESTRUTURAIS GERDAU ARTIGO TCNICO
VO LIVRE DA PONTE ROLANTE
ESPAAMENTO ENTRERODAS DO TROLE
COMPRIMENTO DESTRAVADO DA VIGA
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PERFIS ESTRUTURAIS GERDAU
4. EXEMPLO NUMRICO
A partir das premissas listadas, ser verificado o perfil W 610 x 155 nodimensionamento da viga de rolamento de 8 m de vo, sem contenolateral, para o uso de uma ponte rolante com capacidade de iamentode 10 tf e vo livre de 24 m. Considerou-se que o conjunto trole edispositivos de iamento pesa 2,5 tf.
As variveis da ponte rolante so obtidas a partir de catlogos defabricantes.
Para a determinao das deformaes admissveis para a viga derolamento, conforme NBR 8.800/2008, o exemplo em questo
considerou uma ponte rolante de capacidade nominal mxima de20 tf e de aplicao no siderrgica.
Para o clculo das deformaes mximas admissveis, considera-seo carregamento na posio mais desfavorvel, ou seja, quando asrodas do trole esto posicionadas de forma central na viga derolamento (Fig. 3).
Fig. 3 Posicionamento das rodas do trole no vo da viga derolamento para maior deformao
Conforme Anexo B da NBR 8800:2008, item B.7.2, a foratransversal ao caminho de rolamento, decorrente da movimentaoda ponte rolante comandada por controle pendente ou controleremoto, a ser aplicada no topo do trilho, deve ser igual a 10% dasoma da carga iada e do peso do trole e dos dispositivos deiamento.
Devido insuficincia de informaes referentes ponte rolante nafase de pr-dimensionamento da viga de rolamento, pode-se admitira reao transversal como 20% da carga iada. Essa recomendao citada na NBR 8.800/2008, considerando uma ponte rolantecomandada de uma cabine para uso geral. Esse valor atende situao com segurana, e sugere-se seu uso quando, em fase deoramento, no se dispe de dados como o peso do trole e dosdispositivos de iamento.
As verificaes so realizadas para os dois eixos locais da seo doperfil. Para tanto, considere x como eixo local transversal e y comoeixo local vertical.
Para clculo da deformao transversal, considerou-se apenas oflange superior do perfil para resistir aos esforos, visto que a carga aplicada no topo do trilho, conforme recomendao do 7 SteelDesign Guide doAISC.
Para identificar a situao mais desfavorvel para o clculo domomento fletor mximo, considerou-se uma prtica comumenteutilizada e citada no 7 Steel Design Guide doAISC: uma das rodasdo trole encontra-se posicionada a uma distncia equivalente a umquarto do espaamento entre essas rodas a partir do meio do volivre, conforme figura 4. No exemplo, a posio na qual o momentofletor mximo ocorre quando as rodas do trole esto posicionadasa 315 e 655 cm a partir da extremidade esquerda da viga,considerando o espaamento entre rodas do trole de 340 cm.
Caractersticas do perfil W 610x155
M= 155,0 kgf/m
A= 198,1 cmD= 61,1 cm
b = 32,4 cmf
h= 57,3 cm
d= 54,1 cm
t = 1,3 cmw
t = 1,9 cmf
r = 8,5 cmt
4I = 129583 cmx
W = 4242 cmx
r = 25,6 cmx
Z = 4749 cmx4I = 10783 cmy
W = 666 cmy
r = 7,4 cmy
Z = 1023 cmy4J= 200 cm
Critrios de Norma (conforme NBR 8800:2008)
L/600
L/400
25%
1,4
1,5
1,1
Deformao admissvel vertical
Deformao admissvel transversal
Coeficiente de impacto vertical para ponte rolantecomandada de uma cabine
Coeficiente de ponderao para carregamentopermanente
Coeficiente de ponderao para carregamento mvel
Coeficiente de ponderao da resistncia do aoestrutural para ELU ao escoamento, flambagem e
instabilidade ( )a1
Premissas de clculo
L = 800 cmb
0,00155 x 1,4 = 0,002 tf/cm
7,5 x 1,5 x 1,25 = 14,1 tf
0,1 x (1,5 x 10 + 2,5) = 1,8 tf
Comprimento destravado da viga
Carregamento vertical permanente(peso prprio do perfil)
Carregamento vertical mvel(por roda do trole)
Carregamento transversal mvel
Capacidade da ponte rolante
Vo livre da ponte rolante
Carga vertical mxima por roda do trole
Peso do trole e dispositivos de iamento
Espaamento entre rodas do trole
10 tf
24 m
7,5 tf
2,5 tf
3400 mm
Caractersticas da ponte rolante
d
Y
Y
XX
tw
R
bf
d
tf
tf
h
Deformao vertical (eixo local y)
Ref. ao pesoprprio
Ref. cargavertical por
roda
Deformaototal
Verificao
= = = 0,0319 cm384 xExIx 384 x 2000 x 129583
5 xPxL 4 5 x 0,00155 x 8004
y
y
= = 0,38 1 ok800/600L/600
0,5057
=
= 0,0319 + 0,4738 = 0,5057 cm
x (3 xL 4 x a) =24 x ExIx
Px a
x (3 x 800 4 x 230) = 0,4738 cm
24 x 2000 x 129583
7,5 x 230
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ARTIGO TCNICO
Deformao transversal (eixo local x)
= x (3 xL 4 x a) =24 x ExIy
Px a
x (3 x 800 4 x 230) = 0,9577 cm
24 x 2000 x 5385
0,63 x 230
x= = 0,48 1 ok
800/400L/400
0,9577
Ref. a cargatransversalpor roda(deformaototal)
Verificao
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Considerando a posio mais desfavorvel das rodas do trole, osmomentos fletores com relao ao eixo local vertical so calculadostanto para os carregamentos permanentes e mveis, atuando deforma independente entre si, como tambm atuando combinadosentre si com os coeficientes de ponderao. J em relao ao eixolocal transversal, considera-se a reao como 10% da soma dacapacidade de iamento e do peso do trole e dispositivos deiamento, no majorando pelo coeficiente de impacto, apenas pelocoeficiente de ponderao para o carregamento mvel.
Para o clculo do momento fletor resistente da seo em relao aoeixo local x, conforme Anexo G da NBR 8800:2008, considerou-seseo I com dois eixos de simetria fletida em relao ao eixo demaior momento de inrcia.
Momento fletor resistente (eixo local x)
Flambagem lateral com toro
Flambagem local da mesa comprimida
Flambagem local da alma
Verificao
= / r = 800/7,4 = 108,1yLb
= 1,76 x E/ = 42,3fyp
1,38 x I xJy = x 1 + 1 + = 120,7rr xJy x 1 Iy
2
27 x 1C xw
= xE xJ
fy rW = 0,03x
C = 1b
M =Z xf = 163,8 tf.mpl x y
1
M= (f ) x W = 102,4 tf.mr y r x
= x x 1 + 0,039 x = 121,7 tf.mMCr2
Lb Iy
Cw
Cw
Jx 2Lb C x xExb Iy
p
pr
M = x (Rd C / M M M ) xb a1 pl pl r rp
= 101 tf.m 149 tf.m=M /pl a1
p
= b / ( 2 x t) = 8,5f f
= 0,38 x E/f = 9,1p y
= 0,83 x E/ (f ) = 23,9r y r
M =M / = 149 tf.mRd pl a1
p
= d/ t = 42,6w
= 3,76 x E/f = 90,5p y
= 5,70 x E/f = 137,2r y
M =M / = 149 tf.mRd pl a1
M = 101 tf.mRd
M /M = 36,8 / 101 = 0,36 1 okSd Rd
Fig. 4 Posicionamento das rodas do trole no vo da viga derolamento para maior flexo
Para o esforo cortante solicitante, a configurao de carregamentomais desfavorvel ocorre quando uma das rodas do trole estexatamente sobre o apoio. Para efeitos de clculo, as rodas esto a10 e 350 cm a partir da extremidade esquerda da viga (Fig. 5).
Fig. 5 Posicionamento das rodas do trole no vo da viga derolamento para maior esforo cortante
Para a verificao dos esforos cortantes, considerou-se a seofletida em relao ao eixo de maior inrcia e a alma sem o uso deenrijecedores transversais.
y
x
2,1 tf.m
35,1 tf.m
1,7 tf.m
36,8 tf.m
1,1 tf
17,1 tf
0,9 tf
18,1 tf
Momentos
fletoresmximos
Esforos
cortantesmximosCarregamentoEixo
local
Vertical mvel
Transversal mvel
Transversal permanente
Transversal mvel epermanente
Esforo cortante resistente
Eixo local x
Eixo local y
= h / t = 45,1w
= 1,10 x k x E / = 59,2v fy
= 1,37 x k x E / = 73,8v fy
p
p
V =Rd V /pl a1p
V = 0,6 xpl A xf = 0,6 x dx t xf = 142,2 tfw y w y
V = / xRd V /pl a1rp p
V = 142,2/1,1 = 129,2 12Rd tf tf = Vsdp
V = 0,6 xpl b x t x f = 127,4 tff f y
V = 127,4/1,1 = 115,8 0,7Rd tf tf = Vsdp
V = 1,24 x ( / ) xRd V /pl a1r p
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PERFIS ESTRUTURAIS GERDAU ARTIGO TCNICO
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Para o momento fletor resistente em relao ao eixo local y,considerou-se apenas o flange superior do perfil para resistir aosesforos, ou seja, dimensionou-se como seo slida retangularfletida em relao ao eixo de maior momento de inrcia.
A verificao da flambagem local de barras axialmentecomprimidas, realizada conforme Anexo F da NBR 8800:2008,considerou a esbeltez dos elementos do perfil para o clculo dofator de reduo total associado flambagem local. Para tanto, a
mesa do perfil, elemento comprimido com duas bordas longitudinaisvinculadas, foi classificada no Grupo 4 da Tabela F.1 da mesmaNorma. Enquanto a alma do perfil, elemento comprimido comapenas uma borda longitudinal vinculada, teve a tenso atuanteadotada como = X x f considerando, para o clculo do fator deyreduo associado resistncia compresso, que o fator dereduo Q tem valor unitrio, a forca axial de flambagem elastica foicalculada conforme Anexo E da NBR 8800:2008.
Considerou-se ainda, conforme NBR 8800:2008, a atuaosimultnea da fora axial de compresso e de momentos fletores.
Fora longitudinal
Q = Q x Q = 1s a
N = = 333,6 tfe
= = 2,0550
(KxL)
Ne
xExI
Q fyxA x
1,5 = 0,877 / = 0,2080 0
N = x Q xA xf 1,4 = 101,4 tfRd y
N = 1,5 x 0,10 x 2 x 7,5 = 2,3 tfSd
N / N = 2,3 / 101,4 = 0,02 1 okSd Rd
A alma do perfil, solicitada por compresso decorrente da foralocalizada que atua sobre a mesa, deve ser verificada para oestado-limite ltimo (ELU) de enrugamento de alma. Para tanto,determinou-se que o comprimento de atuao da fora longitudinalda viga igual soma da altura do trilho e da espessura da mesa.Estimou-se que um trilho comumente utilizado na configurao depontes rolantes mea 10 cm de altura.
A alma da barra, quando solicitada por compresso provocada poruma fora localizada que atue na mesa comprimida, deve serverificada para o estado-limite ltimo de flambagem da alma sobcarga concentrada. No entanto, considerando que a rotao da
mesa comprimida no est impedida e que as relaes entre alturae largura no satisfizeram o limite recomendado em Norma, no ha possibilidade de o ELU de flambagem lateral da alma ocorrer.
O estado-limite ltimo de escoamento local da alma deve serverificado, j que a alma do perfil est comprimida por uma foralocal atuante na mesa. Considera-se como situao maisdesfavorvel quando a fora est a uma distncia da extremidadeda barra inferior ou igual altura da seo transversal.
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ARTIGO TCNICO
Verificao
Momento fletor resistente (eixo local y)
Flambagem lateral com toro
M = 13,9Rd tf.mrp
4
I = bx t 12 = 5385 cmyf f f
W = t x b 6 = 332 cmyf f f
4Z = b x t 4 = 499 cmyf f f
r = I / A = 9,4 cmyf yf f
= 0,13 xE/M x I x A = 10,2p p l tf f
= 2 xE/M x I x A = 235,5r r t f f
4I = b x t 3 = 74,1 cmtf f f
=L / r = 85,5b yf
M =f x Z = 17,2 tf.mpl y yf
M /M = 2,1 / 13,9 = 0,15 1 okSd Rd
Foras combinadas
N / N 0,2 + + 1Sd RdNSd MxSd MySd
MxRd MyRd2 xNRd
2,3 36,8 2,1
2 x 101,4 101 13,9+ + = 0,53 1 ok
ELU de enrugamento de alma
l = d + t = 11,9 cmn trilho f
F = 2 x 7,5 x 1,5 x 1,25 = 28,1 tfSd
F / F = 28,1 / 64,9 = 0,43 1 okSd Rd
0,2 = 0,19 F = x 1 + 3 x xRda1
tw
0,33 x tw
d d
ln ln
E f ty fx x
tf
tw
11,9
61,1
2
x = 64,9 tf
ELU de escoamento local da alma
k = r + t = 3,5 cmf
F = = 90,5 tfRd
F / F = 28,4 / 90,5 = 0,31 1 okSd Rd
a1
1,10 x (2,5 x +k l ) xf x tn y w
PERFIS ESTRUTURAIS GERDAU
ELU de flambagem da alma sob carga concentrada
tw
h
bf
I= = 1,78 1,70 ELU no ocorre
57,3 / 1,3
800 / 32,4
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Para os clculos de fadiga, no considerado o impacto.O coeficiente e a tenso so obtidos na NBR 8800:2008, anexo K,tabela K.1. Para a determinao dos ciclos de variao de tensesdurante a vida til da estrutura, estimou-se, a favor da segurana,uma mdia de 100 aplicaes dirias em 50 anos.
Para o clculo da reao horizontal, necessrio informar o pesodo conjunto trole e dispositivos de iamento. Contudo, no h umapadronizao da geometria desses equipamentos; a capacidade deiamento e as dimenses variam entre os fabricantes, variandoainda entre os tipos do trole existentes, manual ou eltrico, e alturade elevao de carga. A situao ideal que se tivesse a definiodas caractersticas do trole e demais dispositivos de iamento antesda determinao do perfil que o suportar. Visto nem sempre se teressas informaes na fase de oramento, a tabela abaixoapresenta uma estimativa desse valor obtida a partir dos catlogosde fabricantes.
PERFIS ESTRUTURAIS GERDAU ARTIGO TCNICO
Todas as verificaes de clculo desse artigo no levam emconsiderao a necessidade de utilizao de enrijecedorestransversais intermedirios nas vigas de rolamento. Recomenda-se,no entanto, a utilizao de enrijecedores transversais apenas nasextremidades das vigas de rolamento. No dimensionamento foiconsiderado que o trilho sobre a viga de rolamento estcentralizado com o eixo longitudinal da viga. Para os casos dealma esbelta em que haja excentricidade entre o trilho e a viga derolamento, deve-se analisar a necessidade da utilizao de
enrijecedores transversais intermedirios. A NBR 8800:2008, nositens 5.4.3.1.3 e 5.7.9, define recomendaes a respeito dasdimenses e do posicionamento dos enrijecedores transversais.
Na busca de uma soluo alternativa, pode-se optar ainda pelacustomizao dos perfis estruturais utilizados nas vigas derolamento atravs da diminuio do comprimento de flambagem oupela associao das sees de perfis. Utilizando travamentos aolongo da viga de rolamento, diminui-se o comprimento destravado,ao a favor da segurana estrutural, que pode resultar no uso deum perfil mais econmico. Essa alterao de comprimentodestravado interfere diretamente no momento fletor de flambagemelstica, o que, por conseguinte, altera o valor do momento fletorresistente de clculo para a flambagem lateral com toro (FLT).Essa reduo do comprimento destravado produz ainda alteraes
nas foras combinadas de compresso e no estado-limite ltimo deflambagem da alma sob carga concentrada. Quando o perfilestrutural no atender aos esforos de solicitao, pode-se utilizarum reforo com perfil U laminado na mesa superior da viga derolamento para aumentar a inrcia do conjunto, j que se consideraapenas a mesa superior para determinao da resistncia edeformao devida atuao da carga lateral da ponte.Os exemplos dessas estruturas de reforo so apresentados nafigura 6, conforme sugesto de Ildony Bellei, em sua obra EdificosIndustriais em Ao.
Fig. 6 Sugesto de estrutura de conteno lateral (itens a e b);sugesto de reforo com perfil laminado U para viga de rolamento(item c).
Uma vez discutidos os itens envolvidos no dimensionamento devigas de rolamento, a tabela a seguir apresenta sugestes de PerfisEstruturais Gerdau quando aplicados como caminho de rolamentopara pontes rolantes. Cabe ressaltar que as recomendaes dasbitolas esto conforme todas as premissas citadas neste artigo eso vlidas para as dimenses das pontes rolantes e dos trolesapresentadas na tabela. Essas dimenses dos equipamentos foramobtidas em catlogos disponveis no mercado. Qualquer variaodelas pode ocasionar alterao da bitola da viga de rolamento.
A tabela uma ferramenta indicada para utilizao durante a fase deoramento, quando comum no se possuir todas as informaesnecessrias para o dimensionamento de vigas de rolamento. Com asugesto de Perfil Estrutural, possvel estimar a viabilidade tcnicae econmica da obra. O projeto estrutural definitivo deve ser
desenvolvido por um profissional habilitado.
Fadiga
Em relao ao eixo local x
Em relao ao eixo local y
Fadiga ao cisalhamento
8
C = 250 x 10f
N
327 xCf
M = 35,1 1,5 = 23,4 tf.mSd
= M W = 55,1 MPaSd x
55,1 / 228 = 0,24 1 okx x lim
22 / 228 = 0,10 1 oky y lim
0,333
N = 100 x 50 anos x 365 dias = 1825000,0 ciclos
= = 0,66 xf = 228 MPay
= = 165 MPa 165 MPa =
y lim
THSR
x
y lim
M = 2,1 1,5 = 1,4 tf.mSd
= M W = 22 MPaSd yy
= 0,4 xf = 138 MPalim y
Q = V 1,5 = 7,4 tfSd Sd
= Q A = 9,6 MPaSd w
9,6 / 138 = 0,70 oklim
Capacidadede iamento
da ponterolante
Peso dotrole e
dispositivosde iamento
0,5 tf
0,8 tf
1,3 tf
1,5 tf
2,0 tf
2,5 tf
3,2 tf
3,3 tf
3,8 tf
4,0 tf
5,0 tf
2 tf
3,2 tf
5 tf
6,3 tf
8 tf
10 tf
12,5 tf
13 tf
15 tf
16 tf
20 tf
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Tel. (41) 3314-3646Fax (41) 3314-3615
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10141822
2610141822268
121620248
12162024121620
2481216202410141822268
12162024101418
22268
121620248
12162024
3100310036003600
4200310031003600360042002400280032003200340024002800320032003400280032003200
3400240028003200320034003100310036003600420028002800320032003400310031003600
360042002800280032003200340028002800320032003400
W 250 x 32,7W 250 x 32,7W 250 x 32,7W 250 x 38,5
W 250 x 38,5W 250 x 44,8W 250 x 44,8W 250 x 44,8W 250 x 44,8W 250 x 44,8W 310 x 52,0W 310 x 52,0W 310 x 52,0W 310 x 52,0W 310 x 52,0W 410 x 60,0W 410 x 60,0W 410 x 60,0W 410 x 60,0W 410 x 60,0W 360 x 64,0W 360 x 64,0W 360 x 64,0
W 360 x 72,0W 360 x 72,0W 360 x 72,0W 360 x 72,0W 360 x 72,0W 360 x 72,0W 360 x 72,0W 360 x 72,0W 360 x 79,0W 360 x 79,0W 360 x 79,0W 360 x 79,0W 360 x 79,0W 360 x 79,0W 360 x 79,0W 360 x 79,0W 360 x 79,0W 460 x 97,0W 460 x 97,0
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1,902,102,303,20
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10,7011,40
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10,5011,2010,4011,1011,8012,6013,30
2
3,2
5
6,3
8
10
12,5
13
15
20
16
12/12
Ponte Rolante Trole Viga de rolamento
Distncia entre apoios (m)
Capacidade
deiamento
(tf)
Volivre
(m)
Distncia
entrerodas
(mm)
Reao
verticalmx.
porroda(tf)
5 6 7 8 10 12