estruturas secund-rias comparativo entre ter-as treli-adas (barjoist) e ter-as em chapa dobrada

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA

CENTRO DE TECNOLOGIA

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

Estruturas Secundárias: Comparativo entre

Terças Treliçadas (Barjoist) e Terças em Chapa

Dobrada

Tamara Soares

Santa Maria, RS, Brasil

2008

2

Trabalho Conclusão de Curso

_________________________________________

por

Tamara Pereira Soares

Trabalho apresentado à Comissão de Supervisão de

Estágio do Centro de Tecnologia, da Universidade Federal

de Santa Maria (UFSM), como requisito parcial para a

graduação em Engenharia Civil

Santa Maria, RS, Brasil.

2008

3

Universidade Federal de Santa Maria Centro de Tecnologia

Curso de Engenharia Civil

A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova o Trabalho de Conclusão de Curso

elaborado por Tamara Soares

como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil

COMISÃO EXAMINADORA:

JOÃO KAMINSKY JUNIOR, Dr.

(Presidente/Orientador)

GERSON MOACYR SISNIEGAS ALVA

PEDRO SAURIN

Santa Maria, 7 de julho de 2008

4

AGRADECIMENTOS

Durante todo o período de estudo tiveram várias pessoas que me

ajudaram a chegar até aqui.

Na conclusão do curso de Engenharia Civil, gostaria de agradecer a

cada uma dessas pessoas que tanto me apoiaram, me incentivaram e que

principalmente acreditaram no meu potencial.

Quero agradecer aos professores da Universidade Federal de Santa

Maria, que com toda a sua sabedoria conseguiram passar todos os

conhecimentos necessários para o bom desenvolvimento da profissão, em

especial ao meu orientador João Kamiski Júnior.

Agradeço a todos os engenheiros que me deram a oportunidade de

apreender, ao Eng. Elton Pedrozo que me deu a primeira oportunidade de

estágio.

Agradeço também a empresa Medabil pela maravilhosa oportunidade de

desenvolver o meu estágio final.

Aos meus colegas de trabalho, toda a equipe do cálculo, que com muita

paciência e dedicação se esforçaram em me ensinar a ser calculista, em

especial ao Eng. Luiz Carlos Gentil e a Eng. Márcia Carpenedo, que foram

meus orientadores na empresa.

A todos os funcionários das empresas nas quais trabalhei, pois sem eles

seria impossível desenvolver o meu trabalho.

Agradeço aos meus colegas de faculdade, pela amizade e pelo

companherismo desenvolvido neste período.

Gostaria de agradecer a Prof. Margareth Jobim, por todo o apoio

durante a faculdade e principalmente por mostrar que ser engenheiro é muito

mais que apenas fazer engenharia.

Finalmente, agradeço a minha família, meus pais, minha irmã, que

estiveram ao me lado em todos os momentos e nunca deixaram de acreditar na

minha capacidade.

5

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 – Diagrama Tensão Deformação para os Aços Estruturais

Figura 2 – Colunas simples e tesouras

Figura 3 – Colunas simples e treliças

Figura 4 – Pórticos para vãos pequenos e médios

Figura 5 – Pórticos de inércia variável para vãos muito grandes

Figura 6 – Galpão geminado com tesouras se apoiando em vigas centrais

Figura 7 – Estruturas sem colunas intermediárias apoiadas em treliças – Tipo

duas águas em tesoura


duas águas em treliça


luz do norte


dente de serra

Figura 11 – Pórticos com vigas de pórticos intermediários apoiados em vigas

retas

Figura 12 – Perspectiva didática de um galpão industrial com indicação do

nome usual de seus principais componentes

Figura 13 – Tipos de viga de cobertura em alma cheia

Figura 14 – Viga secundária da cobertura

Figura 15 – Tipos de armação

Figura 16 – Colunas submetidas à compressão e flexão

Figura 17 – Seções de colunas treliçadas

Figura 18 – Tipos de Perfil

Figura 19 – Disposição das terças

Figura 20 – Apoio de terças

Figura 21 – Disposição da cumeeira

Figura 22 – Esquemas para colocação de tirantes

Figura 23 – Colocação de tirantes para painéis grandes

Figura 24 – Pórtico Transversal

Figura 25 – Pórtico Longitudinal

6

Figura 26 – Planta de Cobertura do Galpão

Figura 27 – Mapa do vento

Figura 28 – Fator Topográfico S1

Figura 29 – Pórticos que compõem o galpão

Figura 30 – Geometria do Pórtico 1

Figura 31 – Propriedades do Pórtico 1

Figura 32 – Área de influência para o pórtico 1

Figura 33 – Peso Próprio do pórtico 1

Figura 34 – Carga Permanente

Figura 35 – Sobrecarga

Figura 36 – Carga de Utilização

Figura 37 – Deformação do pórtico 1 para a primeira combinação

Figura 38 – Vento à 0º.

Figura 39 – Vento 90º A >

Figura 40 – Vento 90º A <

Figura 41 – Vento 90º B >

Figura 42 – Vento 90º B <

Figura 43 – Croqui de reações e convenção de reações

Figura 44 – Área de influência do pórtico 2

Figura 45 – Geometria do pórtico A

Figura 46 – Pilar de Fechamento

Figura 47 – Estrutura de contravento horizontal

Figura 48 – Corte das terças treliçadas com alturas diferentes

Figura 49 – Perspectiva de uma barjoist apoiada sobre pórtico metálico

Figura 50 – Barjoist de oitão

Figura 51 – Número das propriedades da barjoist do grupo 1

Figura 52 – Barjoist do grupo 1 submetida ao peso próprio

Figura 53 – Barjoist do grupo1 submetida à carga permanente

Figura 54 – Barjoist do grupo1 submetida à sobrecarga

Figura 55 – Barjoist do grupo1 submetida à carga de utilidades

Figura 56 – Barjoist do grupo1 submetida à carga de vento

Figura 57 – Barjoist de oitão lateral


Figura 59 – Barjoist do grupo 2 submetida à carga de vento

7

Figura 60 – Barjoist de cumeeira



Figura 63 – Barjoist típica



Figura 66 – Barjoist lateral



Figura 69 – Perfil C

Figura 70 – Perfil Z 292 x 2,65

Figura 71 – Perfil Z 292 x 3,00

Figura 72 – Desenho esquemático do transpasse de terças nos apoios

Figura 73 – Terça contínua

Figura 74 – Desenho esquemático da terça contínua

Figura 75 – Flecha para a combinação 1 – Seis Vãos

Figura 76 - Comparativo de Peso

Figura 77 – Comparativo de custo de fabricação

Figura 78 – Comparativo de custo de transporte

8

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Perfis Laminados Estruturais (Fonte: Ildony, 1998)

Tabela 2 – Tubos estruturais de aço (Fonte: Ildony, 1998)

Tabela 3 – Perfis Soldados (Fonte: Ildony, 1998)

Tabela 4 – Perfis de chapas dobradas (Fonte: Ildony, 1998)

Tabela 5 – Fator S1 (Fonte: NBR 6123, 1988)

Tabela 6 – Rugosidade do terreno, dimensões da edificação e altura acima do

terreno (Fonte: NBR 6123, 1988)

Tabela 7 - Fator Estatístico (Fonte: NBR 6123, 1988)

Tabela 8 – Coeficientes de pressão e de forma externos, para paredes de

edificações de planta regular (Fonte: NBR 6123, 1988)

Tabela 9 – Coeficientes de pressão e de forma, externos, para telhados com

duas águas de edificações de planta regular (Fonte: NBR 6123, 1988)

Tabela 10 – Tabela de reações

Tabela 11 – Tabela de propriedades da Barjoist do grupo 1





Tabela 16 – Saída de dados do CFS para a combinação 1 – Seis Vãos

Tabela 17 – Saída de dados do CFS para a combinação 2 – Seis Vãos

9

LISTA DE SIGLAS

C – Perfil de chapa dobrada com seção transversal em formato de C

Z – Perfil de chapa dobrada com seção transversal em formato de Z

Ce – Coeficiente de pressão externa do vento

FEM – Fábrica de estruturas metálicas

Ci – Coeficiente de pressão interna do vento

Fu – Limite de resistência a tração do aço

Fy – Limite de escoamento do aço

H – Perfil laminado de seção transversal em formato de H

I – Perfil laminado ou de chapa soldada em formato de I

L – Perfil de chapa dobrada com seção transversal em formato de L

P – Peso

q – Pressão dinâmica do vento

S1 – Fator topográfico

S2 – Fator de rugosidade

S3 – Fator estatístico

U – Perfil de chapa dobrado com seção transversal em formato de U

Vk – Velocidade característica do vento

W – Perfil laminado

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RESUMO

Trabalho de Conclusão de Curso Curso de Graduação em Engenharia Civil

Universidade Federal de Santa Maria

ESTRUTURAS SECUNDÁRIAS: COMPARATIVO ENTRE

TERÇAS TRELIÇADAS (BARJOIST) E TERÇAS EM CHAPA

DOBRADA

AUTOR: TAMARA SOARES ORIENTADOR: JOÃO KAMINSKI JÚNIOR, DR.

Data e Local da Defesa: Santa Maria, 15 de julho de 2008.

A construção em aço tem ocupado um lugar cada vez mais importante

na indústria da construção civil.

Graças ao desenvolvimento de novas tecnologias no setor metalúrgico,

podem-se realizar empreendimentos cada vez mais diferenciados, com

rapidez de fabricação e execução.

Com isso, aliando o cálculo estrutural com um bom projeto, pode-se

conseguir um maior aproveitamento das áreas construídas, bem como uma

economia de material e tempo.

Esse aproveitamento depende também de uma boa escolha para os

sistemas estruturais utilizados no projeto, tanto para a estrutura primária,

como para as estruturas secundárias.

No presente trabalho será feita uma abordagem do desempenho

estrutural e econômico de dois sistemas para as estruturas secundárias, as

terças treliçadas (Barjoist) e as terças em chapa dobrada.

Palavras-chave: terças treliçadas (Barjoist); terças em chapa dobrada.

estrutura metálica.

11

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS....................................................................................... 5 LISTA DE TABELAS...................................................................................... 8 LISTA DE SIGLAS.......................................................................................... 9 1 INTRODUÇÃO................................................................................... 13 1.1 Objetivos................................................................................................ 15 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.......................................................... 16 2.1 Histórico................................................................................................. 16 2.2 Vantagens das estruturas de aço........................................................ 17 2.3 Campos de aplicação............................................................................ 17 2.4 Principais fases na construção de uma obra..................................... 17 2.5 Aços estruturais e seus produtos........................................................ 19 2.5.1 Constantes físicas dos aços estruturais.................................................. 19 2.5.2 Classificação............................................................................................ 20 2.6 Propriedades dos aços industriais...................................................... 22 2.7 Produtos de aço para uso estrutural................................................... 25 2.8 Edifícios industriais............................................................................... 29 2.8.1 Definição.................................................................................................. 29 2.8.2 Tipos de edifícios industriais.................................................................... 29 2.8.3 Edifícios em vãos simples....................................................................... 29 2.8.3.1 Edifícios com colunas simples e tesoura................................................. 29 2.8.3.2 Edifício com colunas simples e treliças................................................... 30 2.8.3.3 Edifícios com pórtico em alma cheia....................................................... 31 2.8.4 Edifícios com vãos múltiplos.................................................................... 32 2.8.4.1 Tesouras suportadas por tesouras.......................................................... 33 2.8.4.2 Pórticos em alma cheia geminados......................................................... 35 2.8.5 Partes componentes dos galpões metálicos........................................... 37 3 DESENVOLVIMENTO...................................................................... 48 3.1 Metodologia............................................................................................ 48 3.2 Características do projeto.................................................................... 49 3.3 Cálculo das reações.............................................................................. 51 3.3.1 Cálculo do vento...................................................................................... 51 3.3.1.1 Velocidade básica do vento..................................................................... 51 3.3.1.2 Fator topográfico – S1.............................................................................. 52 3.3.1.3 Fator de rugosidade – S2......................................................................... 54 3.3.1.4 Fator estatístico – S3............................................................................... 57 3.3.1.5 Velocidade característica......................................................................... 57 3.3.1.6 Coeficientes aerodinâmicos..................................................................... 58 3.3 Sobrecarga e carga de utilidades........................................................ 65 3.4 Cargas permanentes............................................................................ 65 3.5 Reações................................................................................................. 65 3.6.1 Pórtico 1.................................................................................................. 67 3.6.1.1 Peso próprio – PP.................................................................................... 70 3.6.1.2 Carga permanente – CP.......................................................................... 70

12

3.6.1.3 Sobrecarga – SC..................................................................................... 71 3.6.1.4 Carga de utilização – CU......................................................................... 72 3.6.1.5 Carga de vento – CV............................................................................... 73 3.6.2 Pórtico 2.................................................................................................. 78 3.6.3 Pórtico A................................................................................................. 78 3.7 Contraventamento................................................................................ 80 3.7.1 Cargas no contravento............................................................................ 81 3.7.1.1 Vento 0º (1º Cpi) >.................................................................................. 82 3.7.1.2 Vento 0º (1º Cpi) <.................................................................................. 82 3.7.1.3 Vento 0º (2º Cpi) >.................................................................................. 83 3.7.1.4 Vento 0º (2º Cpi) < .................................................................................. 83 3.7.1.5 Vento 90º (1º Cpi) >................................................................................. 84 3.7.7.6 Vento 90º (1º Cpi) >................................................................................. 84 3.7.1.7 Vento 90º (2º Cpi) >................................................................................. 85 3.7.1.8 Vento 90º (2º Cpi) >................................................................................. 85 3.8 Estrutura secundária............................................................................ 86 3.8.1 Terça treliçada – barjoist......................................................................... 86 3.8.1.1 Dimensionamento.................................................................................... 87 3.8.1.2 Estimativa de peso.................................................................................. 99 3.8.2 Terça em chapa dobrada......................................................................... 104 3.8.2.1 Dimensionamento.................................................................................... 106 3.8.2.2 Estimativa de peso.................................................................................. 112 4 COMPARATIVO.................................................................................. 113 5 CONCLUSÃO.......................................................................... 118 6 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................... 119 7 ANEXOS.................................................................................. 120

13

1 INTRODUÇÃO

As estruturas metálicas são soluções construtivas muito usadas, pois

permitem uma grande variabilidade no layout de projeto, economia e rapidez de

execução.

No caso específico dos galpões, eles são constituídos por dois tipos de

estruturas: estrutura principal e estrutura secundária.

A estrutura principal é aquela formada pelas vigas metálicas da

cobertura ou os chamados pórticos metálicos, oriundos da associação das

vigas e pilares.

A estrutura secundária é formada pelos elementos estruturais que

servem de elo entre as telhas de cobertura e as tesouras (vigas), assim sendo,

transmitem o carregamento aplicado nas telhas às tesouras (ou estrutura

principal).

Telhas → Estrutura Secundária → Tesoura (ou Estrutura Principal) → Pilares → Fundação

Este papel pode ser desempenhado por dois tipos de estrutura

diferentes: as terças, que são perfis de chapa dobrada, cuja seção pode ser em

“Z” ou “C”, e as terças treliçadas (barjoist), também formadas por perfis de

chapa dobrada, soldados entre si.

Dimensionar um elemento ou uma estrutura pode ser entendido como

a escolha correta das seções que vão compô-la, assegurando o desempenho

estrutural e a solução mais econômica possível.

A economia está ligada ao menor consumo de material e de mão-de-

obra, que dependem das condições de fabricação, transporte e de montagem

de cada obra.

O desempenho está ligado à capacidade da estrutura em resistir a

todas as ações que vierem a solicitá-la durante a sua vida útil, sem apresentar

deslocamentos excessivos, escoamento dos seus elementos, perda de

estabilidade, sem que ocorra ruína ou colapso.

14

Desta forma, a escolha correta da estrutura secundária a ser usada,

deve aliar economia e bom desempenho estrutural.

15

1.1 Objetivos

O presente trabalho tem por objetivo realizar um estudo comparativo

de galpões executados em estrutura metálica, utilizando dois tipos de

estruturas secundárias: as treliças metálicas planas (barjoist) e a terça em

chapa dobrada.

Também foram calculadas as reações nos pilares metálicos de um

galpão, valores estes que posteriormente devem ser usados para o

dimensionamento das fundações da obra.

Através do dimensionamento dos perfis necessários para cada um dos

sistemas estruturais, fez-se um comparativo de peso entre elas, avaliando a

estrutura mais econômica, pois o peso é um dos fatores determinantes no

custo do projeto.

Posteriormente, fez-se uma avaliação do custo da fabricação e

transporte destas, avaliando os resultados para obter o sistema mais

econômico.

Além disso, foi feito um estudo para avaliar o bom desempenho das

terça em chapa dobrada submetidas a diferentes valores de cargas de

utilidades, tendo como resultado a faixa de valores em que a utlização destas é

mais vantajosa para o projeto em estudo.

Desta forma, o presente trabalho propõe a análise destes dois

sistemas, apresentando como resultado aquele que possui o melhor

desempenho estrutural e econômico.

16

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Histórico

As primeiras obras em aço datam de 1750, quando se descobriu uma

maneira de produzi-lo industrialmente.

Seu emprego industrial foi feito na França por volta de 1780, na

escadaria do Louvre e no Teatro do Palais Royal, e na Inglaterra, em 1757,

onde foi executada uma ponte de ferro fundido. Porém, a sua grande utilização

nos edifícios deu-se por volta de 1812. Acredita-se que a primeira obra a usar

ferro pudlado, fundido no Brasil, no Estaleiro Mauá, em Niterói, RJ, foi à ponte

de Paraíba do Sul, no estado do Rio de Janeiro, com cinco vãos de 30 metros,

cuja data de construção é de 1857, estando em uso até hoje. A primeira obra

em que se usou aço importado em edifícios no Brasil foi o Teatro Santa Izabel,

em Recife.

Em 1921 foi implantada a Companhia Siderúrgica Belgo-Mineira para

produzir fio máquina, arame farpado, perfis leves, etc. Em 1940 foi instituída no

Brasil a Comissão Executiva do Plano Siderúrgico Nacional, e em plena guerra

(1941) foi fundada a Companhia Siderúrgica Nacional, que entrou em operação

em 12 de outubro de 1946 com a finalidade de produzir chapas, trilhos e perfis

nas bitolas americanas.

Para consolidar o mercado, entraram em operação na década de 60 a

Usiminas e a Cosipa, para a produção de chapas. A partir daí, grandes

expansões foram realizadas no setor siderúrgico, produzindo o Brasil, hoje

cerca de 33,9 milhões de toneladas por ano (Fonte: Folha Online 14/12/2007).

O Brasil, que até a década de 60 era importador de aço, passou hoje a

exportador.

Para ajudar a difundir o uso do aço nas construções, a Companhia

Siderúrgica nacional criou, em 1953, como um dos seus departamentos, a

FEM-Fábrica de Estruturas Metálicas, (desativada em 1998), que iniciou a

formação de mão-de-obra qualificada e do ciclo completo do aço, com a

fabricação de várias obras importantes, como por exemplo, o Edifício Santa

Cruz, em Porto Alegre. (Ildony, 1998)

17

2.2 Vantagens das estruturas de aço

As principais vantagens das estruturas de aço, segundo Ildony (1998)

são:

1. Alta resistência do material nos diversos estados de tensão

(tração, compressão, flexão, etc.), o que permite aos elementos estruturais

suportarem grandes esforços apesar da área relativamente pequena das suas

seções; por isso, as estruturas de aço, apesar da sua grande densidade (7.850

kg/m³), são mais leves que os elementos constituídos em concreto armado;

2. Os elementos de aço oferecem uma grande margem de

segurança no trabalho, o que se deve ao fato do material ser único e

homogêneo com limite de escoamento, ruptura e módulo e de elasticidade bem

definido;

3. Os elementos de aço são fabricados em oficinas, de preferência

seriados, e sua montagem é bem mecanizada, permitindo com isso diminuir a

prazo final da construção;

4. Os elementos de aço podem ser desmontados e substituídos com

facilidade, o que permite reforçar ou substituir facilmente diversos elementos da

estrutura;

5. Possibilidade de reaproveitamento do material que não seja mais

necessário à construção;

6. Fabricação das estruturas com precisão milimétrica, possibilitando

um alto controle de qualidade do produto acabado;

7. Garantia de dimensões e propriedades dos materiais.

2.3 Campo de aplicação

Atualmente, as estruturas de aço são aplicadas em praticamente todos

os setores construtivos.

2.4 Principais fases na construção de uma obra

As principais fases que precedem a construção de qualquer tipo de

edifício, ou mesmo qualquer tipo de obra, são:

18

Arquitetura: Onde é desenvolvido todo o estudo da obra, materiais de

acabamento, dimensões, características de ventilação, iluminação, formato,

etc. uma arquitetura desenvolvida para o aço torna esse material mais

competitivo, tirando partido de sua melhor resistência e menores dimensões

das seções, etc.

Projeto Estrutural: é onde se dá corpo ao projeto arquitetônico,

calculando-se os elementos de sustentação, ligações principais, tipos de aço,

carga nas fundações, especificando se a estrutura será soldada ou parafusada,

etc. É uma das etapas mais importantes, pois um projeto ruim pode causar

prejuízo econômico ao fabricante e a o construtor.

Sondagens do Solo: É de fundamental importância para o

delineamento das estruturas, pois se o solo é de má qualidade o calculista da

estrutura deve evitar engastá-la às fundações, o que as tornaria muito mais

onerosas. Porém se o solo for de boa qualidade pode-se-ia perfeitamente

engastá-las. Portanto o tipo de solo pode definir o esquema estrutural.

Detalhamento: Onde o projeto estrutural é detalhado peça por peça,

visando atender ao cronograma de fabricação e de montagem, dentro das

recomendações do projeto, procurando agrupar ao máximo as peças. Devido

às particularidades de cada fábrica, no que diz respeito aos tipos de

equipamentos e porte, cada fabricante adota o tipo de detalhamento que lhe é

mais adequado.

Fabricação: É onde as diversas partes (peças) que vão compor a

estrutura são fabricadas, usando-se as recomendações de projeto quanto a

solda, parafusos, tolerâncias, controle de qualidade, etc. Cada fabricante tem

sua própria maneira de dar seqüência à fabricação das peças.

Limpeza e Proteção: Após a fabricação, as peças que vão compor a

estrutura são preparadas para receber proteção contra a corrosão e, após a

limpeza, a estrutura deve ser pintada ou galvanizada, ou mesmo deixada no

estado natural, se for feita em um aço resistente ou se sua localização assim

permitir.

Transporte: É preciso, já na fase inicial de projeto e detalhamento,

indicar o tamanho das peças, procurando, dentro do possível, evitar transporte

especial.

19

Montagem: É o momento em que as peças vão se juntar, uma a uma,

para compor uma estrutura, necessitando-se de um planejamento, visando

especificar os equipamentos a serem usados, o ferramental e a seqüência de

montagem. É o coroamento de toda a obra, é quando sabemos se houve ou

não um bom projeto.

A segurança da estrutura pode ser determinada fazendo-se a

combinação de um bom projeto, bom detalhamento, boa habilidade na

fabricação e bons métodos de montagem. Pode-se dizer que uma construção

desaba por causa da falta de estabilidade tridimensional. A maioria das falhas

ocorre durante o processo de montagem e raramente depois que a estrutura

está pronta.

Controle de Qualidade: Atua em todas as fases, estabelecendo os

procedimentos de solda, inspecionando peças, verificando se estão dentro das

tolerâncias de norma, etc.

Manutenção: Após a conclusão da obra, é necessário fazer um plano

de inspeção, o que depende do local e uso das estruturas. Outro requisito de

serviço importante é a média de vida da estrutura, juntamente com os

problemas de corrosão, devido às condições atmosféricas, umidade e outros.

No projeto, o engenheiro deve evitar soluções que acumulem água e sujeira,

para evitar a corrosão. Deve, também, deixar acesso fácil aos locais que

necessitem de manutenção de pintura e inspeção por toda a vida da estrutura.

Toda a estrutura deveria ser visitada e inspecionada pelo projetista ou seu

preposto após um, três, cinco, dez, quinze, vinte e mais anos.

(Ildony, 1998)

2.5 Aços estruturais e seus produtos

2.5.1 Constantes físicas dos aços estruturais

São praticamente constantes, na faixa normal de temperatura

atmosférica, para qualquer aço estrutural, as seguintes propriedades:

Massa Específica..................................................................ρ = 7,85 t/m³

Módulo de Elasticidade...........................E = 210.000 Mpa = 2.100 tf/cm²

20

Coeficiente de Poisson no regime elástico....................................ν = 0,3

Módulo Transversal de Elasticidade.........................................................

..............................................G = E/{2(1+ ν)} = 78.850 Mpa = 788 tf/cm²

Coeficiente de Poisson no regime plástico.................................. νp = 0,5

Coeficiente de dilatação térmica......................................α = 12 x 10-6/ºC

2.5.2 Classificação

O aço é um composto que consiste quase totalmente de ferro (98%),

com pequenas quantidades de carbono, silício, enxofre, fósforo, manganês,

etc. O carbono é o material que exerce o maior efeito nas propriedades do aço.

Suas propriedades são bem definidas. Entre elas, podemos citar: a alta

resistência mecânica (comparada com qualquer material disponível) e a

ductilidade (capacidade que o aço tem de e deformar antes da ruptura). Os

aços utilizados em estruturas são divididos em dois grupos: aços carbono e

aços de baixa liga.

1. Aço carbono:

Os aços carbono são os tipos mais usuais, nos quais o aumento de

resistência em relação ao ferro puro é produzido pelo carbono e, em menor

escala pela adição de manganês. O aumento do teor de carbono eleva a

resistência e a dureza (redução da dutibilidade); porém, o aço resulta mais

quebradiço e sua soldabilidade diminui consideravelmente. Entre os aços-

carbono mais usados em estruturas, podemos citar:

a) ASTM:

a.1) A36:

Aço de uso genérico para perfis laminados, soldados ou dobrados. Sua

resistência é:

21

b) ABNT:

b.1) NBR 6650 – (EB 276-I-II) Chapas finas laminadas a quente, para

uso em estruturas.

b.2) NBR 6648 – (EB 255) Chapas Espessas para uso em estruturas

aço-carbono.

b.3) NBR 6649 – (EB 276-I/II) Chapas finas laminadas a frio, para uso

em estruturas.

b.4) NBR 7007 – (EB 583) Aço para perfis laminados.

c) DIN St37

2. Aços de baixa liga:

Os aços de baixa liga são os carbonos acrescidos de elementos de liga

em pequena quantidade, tais como: nióbio,cobre, manganês, silício, etc. Os

elementos de liga provocam um aumento de resistência do aço, através da

modificação da microestrutura para grãos finos. Graças a este fato, pode-se

obter resistência elevada com um teor de carbono da ordem 0,20%, permitindo

ainda assim, uma boa soldabilidade. Entre estes, podemos citar como mais

usuais:

a) ASTM:

a.1) A441:

Qualquer estrutura que necessite de certo grau de resistência.

a.2) A572 - Qualquer estrutura que necessite de um grau de

resistência.

22

b) ABNT:

b.1) NBR 7007 – (EB 583) Aço para perfis laminados.

b.2) NBR 5000 – (EB 326) Chapas espessas de alta resistência

mecânica e baixa liga.

b.3) NBR 5004 – (EB 325) Chapas de pouca espessura, de alta

resistência mecânica e baixa liga:

d) DIN St52, etc.

Com uma pequena variação na composição química e com adição de

alguns componentes, tais como vanádio, cromo, cobre, níquel, alumínio, esses

aços podem ter aumentada sua resistência à corrosão atmosférica de duas a

quatro vezes. São chamados aços de baixa liga e alta resistência mecânica e

resistente à corrosão atmosférica, sendo conhecidos também como aços

patináveis. Entre eles podemos citar: o ASTM A588, os ABNT NBR 5920, 5921,

5008.

3. Aços com tratamento térmico:

Tanto os aços-carbono como os de baixa liga podem ter sua

resistência aumentada pelo tratamento térmico. Os parafusos de alta

resistência utilizados na fixação de estruturas são fabricados com aço carbono,

sujeito a tratamento térmico (ASTM A325), bem como o aço de baixa liga

(ASTM A490). (Ildony, 1998)

2.6 Propriedades dos aços industriais

Para compreender o comportamento das estruturas de aços, é

importante conhecer as propriedades dos aços estruturais.

23

Tensão – Deformação:

O conhecimento das características de elasticidade, plasticidade,

fratura e fadiga de um metal é bom para avaliar sua aplicação para a

construção de um membro estrutural e para determinado uso particular.

Elasticidade: é a capacidade que têm os metais de voltar a sua forma

original após sucessivos ciclos de carregamentos e descarregamentos (carga e

descarga).

Fadiga: A fadiga de um metal ocorre quando ele é submetido a cargas

variáveis, podendo entrar em colapso com tensões muito inferiores ao limite de

escoamento, devido à formação e posterior propagação de fissuras que vão,

paulatinamente, reduzindo a seção resistente.

São três os principais fatores que influenciam a fadiga:

1) amplitude de variação de tensões, isto é:

∆f = fmáx - fmín

2) freqüência de aplicação das cargas;

3) tipo de entalhe (furos, recortes, etc) existentes na seção

e que provocam concentração de tensões.

Ductilidade: A ductilidade é a capacidade que tem o metal de se deixar

deformar sem sofrer fraturas na fase inelástica, isto é, além do seu limite

elástico (limite de elasticidade). Submetido a uma carga de tração, e, estado de

tensão simples, ocorre, no aço, um exato limite de escoamento sob uma tensão

levemente superior ao limite elástico.

As propriedades mecânicas do aço estrutural, que descrevem sua

resistência e ductilidade, são dadas em termos do comportamento de um teste

de tração simples.

Este teste de tração fornece um diagrama tensão-deformação

semelhante ao da figura, onde se identificam as seguintes características:

24

(Fonte: Péricles Barreto, 1994)

Fig. 1 – Diagrama tensão deformação para os aços estruturais

- Limite de proporcionalidade (fp): é a tensão máxima do trecho elástico

(trecho onde tensões e deformações são proporcionais).

- Limite de escoamento (fy): é a mais significativa propriedade que

diferencia os aços estruturais para as quais se aplicam as normas.

É a tensão correspondente ao patamar de escoamento (trecho onde a

deformação aumenta e tensão permanece constante).

- Limite de resistência a Tração (fu): é a tensão máxima do diagrama.

- Módulo de elasticidade longitudinal (E): corresponde á tangente do

ângulo α do trecho elástico. Toma-se o valor de E como 2.100 tf/cm² para as

estruturas de aço. ( Péricles Barreto, 1994)

O limite de escoamento do aço varia com a temperatura, rapidez do

ensaio e as características do corpo-de-prova (dimensão, forma e o

acabamento da superfície). Após o escoamento inicial, o corpo-de-prova

alonga-se na fase plástica sem mudança apreciável na tensão aplicada. Por

outro lado, escoamentos ocorrem em muitas regiões localizadas, as quais

encruam o material, devidamente tensionado, de modo a forçar-se

escoamentos em uma nova locação. Depois que todas as regiões elásticas já

25

se exauriram, com deformações na base de quatro a dez vezes a deformação

elástica, a tensão começa a aumentar e um encruamento mais geral ou

tensionamento começa.

Depois que a fase de encruamento começar, durante o ensaio de

tensão, a tração continua a aumentar e a extensão inelástica do corpo-de-

prova continua (sem redução local na área de seção transversal) até a carga

máxima atingida. O corpo-de-prova então experimenta uma estricção local e

diz-se que houve um “estrangulamento” do corpo-de-prova. A tensão nominal

baseada na área original é então classificada como “tensão de ruptura” do

material. A capacidade do aço de resistir á deformação inelástica, sem fraturar,

chama-se dureza, e também lhe permite sustentar a fluência local durante a

fabricação e a construção. Desse modo permite que seja cisalhado,

puncionado, flexionado e martelado sem dano aparente.

(Ildony, 1998)

2.7 Produtos de aço para uso estrutural

Os principais materiais usados como elementos ou componentes

estruturais são: chapas finas a frio, chapas zincadas, chapas finas a quente,

chapas grossas, perfis laminados estruturais, tubos estruturais com e sem

costura, barras redondas e barras chatas, perfis soldados e perfis estruturais

em chapas dobradas.

a) Chapas finas a frio: São produtos com espessuras-padrão de 0,30

mm à 2,65 mm fornecidas nas larguras padrões de 1.000 mm, 1.200 mm e

1.500 mm e nos comprimentos-padrão de 2.000 mm e 3.000 mm, e também

sob a forma de bobinas.

b) Chapas finas a quente: Espessuras-padrão de 1,20 mm a 5,00 mm

fornecidas nas larguras-padrão de 1.000 mm, 1.100 mm, 1.200 mm, 1.500 mm

e 1.800 mm, e nos comprimentos-padrão de 2.000 mm, 3.000 mm e 6.000 mm

e em bobinas.

26

c) Chapas Zincadas: Produtos com espessura-padrao de 0,25 mm a

1,95 mm, fornecidos nas larguras padrão de 1.000 mm e nos comprimentos-

padrão de 2.000 mm e 3.000 mm, e também em bobinas.

d) Chapas Grossas: Espessuras-padrão de 6,3 mm a 102 mm,

fornecidas em diversas larguras-padrão de 1.000 mm a 3.800 mm e nos

comprimentos-padrão de 6.000 mm e 12.000 mm.

e) Perfis Laminados estruturais: Os perfis laminados a quente, mais

comuns para uso estrutural, encontrados no mercado, são os tipos dados na

tabela 1.

(Fonte: Ildony, 1998)

Tab.1 – Perfis laminados estruturais

f) Barras Redondas: Com amplo número de bitolas, as barras

redondas são usadas quase que praticamente na confecção de chumbadores,

parafusos e tirantes.

g) Barras chatas: São encontradas nas dimensões 38 x 4,8 (1 ½ x

3/16) a 304,8 x 50,8 (12” x 2”) e nos aços 1010 a 1020 e A36.

27

h) Barras Quadradas: São encontradas nas dimensões básicas (de

50,8 mm a 152 mm) nos aços 10101/1020 e A36.

i) Tubos Estruturais de aço: Existe grande variedade nas dimensões

dos tubos encontrados no mercado, sendo fornecidos no comprimento-padrão

de 6.000 mm.


Tab.2 – Tubos estruturais de aço

j) Produtos estruturais derivados dos aços planos: São de dois tipos:

perfis soldados e perfis em chapas dobradas. Normalmente fornecidos em

comprimentos menores que 12.000 mm, devido à limitação de transporte.

k) Perfis Soldados: Dada a grande versatilidade de combinações de

espessuras com alturas e larguras, os perfis soldados compostos a partir de

três chapas, são largamente empregados nas estruturas metálicas. A ABNT

(NBR 5884/04) padronizou cinco séries, a saber:

- Série CS para colunas (com d/bf = 1)

- Série VS para vigas (com d/bf <= 4)

- Série CVS para colunas e vigas (com 1 < d/bf <= 1)

- VSA para vigas de rolamento

- VSM para vigas mistas

28

(Fonte: Ildony, 1998) Tab. 3 – Perfis soldados l) Perfis de chapas dobradas: Estes produtos, conformados a frio, estão

sendo aplicados de forma crescente na execução de estruturas leves e,

também, para terças e vigas de tapamento de qualquer tipo de estrutura.

(Fonte: Ildony, 1998) Tab. 4 – Perfis de chapas dobradas

29

2.8 Edifícios industriais

2.8.1 Definição

Edifícios industriais são construções, geralmente de um pavimento, que

têm por finalidade cobrir grandes áreas destinadas a diversos fins, como

fábricas, oficinas, almoxarifados, depósitos, hangares, etc.

Na fabricação destes galpões são usados perfis laminados, soldados e

conformados a frio.

2.8.2 Tipos de edifícios industriais

Os edifícios industriais podem ser em estruturas de vãos simples

(isolados) ou múltiplos, quando grandes áreas cobertas são necessárias.

Dependendo do “layout”, colunas internas podem não ser convenientes, e,

então, são estudados sistemas de cobertura para grandes áreas com um

mínimo de colunas internas.

2.8.3 Edifícios em vãos simples

2.8.3.1 Edifícios com colunas simples e tesoura

Apesar de ser um dos tipos mais antigos, possivelmente ainda é o

sistema mais barato de construções de galpões.

Para inclinações superiores a 15º, a forma da tesoura mostrada pode

ser indicada.

Arranjos internos nas tesouras, diferentes do mostrado, que é próprio

para vãos até 15 m, dependem das distâncias a vencer.

30


Fig. 2 – Colunas simples e tesouras

2.8.3.2 Edifício com colunas simples e treliças

Quando o vão dos edifícios é muito grande, existem vantagens no uso

de menores inclinações associadas a vigas treliçadas, em vez de tesouras. A

figura 3 mostra um exemplo típico.


Fig. 3 – Colunas simples e treliças

31

2.8.3.3 Edifícios com pórtico em alma cheia

Os pórticos em alma cheia espaçados são muito usados. Eles podem

ser executados com bases rotuladas, o que simplifica as fundações ou com

bases engastadas, o que requer fundações mais onerosas. Para vãos médios e

grandes existe pouca vantagem de se engastar as bases.

(Fonte: Ildony, 1998) Fig. 4 – Pórticos para vãos pequenos e médios

O pórtico mais simples tem vigas e colunas de mesma seção em perfis

laminados. Estes são apropriados para pequenos e médios vãos, embora os

últimos sejam frequentemente misulados nos beirais, e, algumas vezes

reforçados nas cumeeiras. Nos pórticos de vãos médios e grandes é comum

adotar-se perfis de diferentes dimensões para as vigas e as colunas. Em vãos

muito grandes eles podem ser compostos ou ter inércia variável para melhorar

a eficiência estrutural. Este modelo é apresentado na figura 5.

32


Fig. 5 – Pórticos de inércia variável para vãos muito grandes

O espaçamento longitudinal dos pórticos reflete no tipo de terça a ser

usado.

2.8.4 Edifícios com vãos múltiplos

Os vários tipos de edifícios anteriormente citados podem se estender

aos vãos múltiplos. Todavia, algumas considerações devem ser feitas. Às

vezes, por questões internas de “layout”, é necessário eliminar algumas

colunas intermediárias, fazendo-se dobrar a distância entre elas e introduzindo-

se vigas centrais para contornar este problema, como mostrado na figura 6.

Nota-se, neste caso, que esta solução pede contraventamentos de

cobertura adicionais para ajudar a distribuir as cargas horizontais de vento.

33


Fig. 6 – Galpão geminado com tesouras se apoiando em vigas centrais

2.8.4.1 Tesouras suportadas por tesouras

Em áreas muito grandes, frequentemente é necessária à adoção de um

sistema de treliças e tesouras suportadas por treliças. São mostrados como

exemplo, quatro arranjos alternativos.

a) Cobertura em múltiplos de duas águas:

- Tipos duas águas em tesoura

Este arranjo, conveniente para um telhado de dupla água, leva ao

menor desperdício de espaço coberto. Desde que exista uma pequena altura

de construção na viga de apoio do eixo central, as tesouras devem ser

projetadas em balanço.

34


Fig. 7 – Estruturas sem colunas intermediárias apoiadas em treliças – tipo duas águas em tesoura.

- Tipo duas águas em treliça

Esta solução dá mais espaço interno, desde que a altura da construção

seja suficiente para acomodar a treliça de apoio do eixo central. Contudo, o

telhado é estável, pode ter aparência muito boa e ser bastante econômico.


Fig. 8 – Estruturas sem colunas intermediárias apoiadas em treliças – tipo duas águas em treliça.

- Estruturas tipo “Shed”

Quando a área a cobrir necessita de ventilação e iluminação natural por

cima, usa-se o tipo “Shed”. Os painéis verticais são orientados no sentido do

quadrante Sul, quando se deseja evitar insolação direta.

35

Para dar maior acesso à luz, podem-se usar, em vez de painéis

verticais, painéis suficientemente inclinados.


Fig. 9 – Estruturas sem colunas intermediárias apoiadas em treliças – tipo luz do norte.

Este método nos dá a opção de escolhermos a solução adequada ente

os vários tipos de elementos estruturais, como mostra a figura 10.

(Fonte: Ildony, 1998) Fig. 10 – Estruturas sem colunas intermediárias apoiadas em treliças – tipo dente de serra.

2.8.4.2 Pórticos em alma cheia geminados

A construção em pórticos de alma cheia pode ser usada em edifícios

de vãos múltiplos, desde que não exista objeção para as pernas internas em

cada pórtico.

36

(Fonte: Ildony, 1998) Fig. 11 – Pórticos com vigas de pórticos intermediários apoiados em vigas retas.

Outra solução é usar uma série de vigas de pórtico suportadas por

colunas externas e vigas centrais.

37

2.8.5 Partes componentes dos galpões metálicos

A seguir são mostradas as partes principais do tipo mais comum de

galpão metálico com o nome usual de seus principais componentes.


Fig.12 – Perspectiva didática de um galpão industrial com indicação do nome usual de seus principais componentes

A estrutura é dividida em estrutura primária (que suporta a estrutura

secundária) e estrutura secundária (suporta as telhas).

1. Estrutura primária:

A estrutura primária pode ser composta por pórticos (vigas e pilares)

produzidos em perfis de alma cheia ou treliçados ou por vigas de cobertura

apoiadas sobre pilares de concreto.

38

a) Vigas de cobertura:

Para receber as cargas de cobertura (telhas, terças, chuvas, poeiras e

sobrecargas em geral) e transmiti-las as colunas, são empregadas vigas que

ao mesmo tempo servem para dar estabilidade às estruturas, que podem ser

em alma cheia ou vazada, ou em tesoura e treliças (fig.13).


Fig.13 – Tipos de viga de cobertura em alma cheia

Quando o espaçamento entre colunas é muito grande (> 8m), é comum

a colocação de uma viga intermediária com a finalidade de se reduzir o vão das

terças, chamando-as de vigas secundárias da cobertura.

39

(Fonte: Ildony, 1998) Fig. 14 – Viga secundária da cobertura

a.1 ) Vigas de cobertura em alma cheia:

São formadas por perfis laminados, soldados ou vazados, originados

de ambos. Podem ser com altura constante, para vãos até 30 m, ou variáveis –

muito usados em grandes vãos, acima de 30 m.

Para vigas de cobertura em alma cheia, existem somente dois pontos

principais a serem analisados: ligação viga com viga e viga coluna.

a.2) Vigas de cobertura em armações (tesouras ou treliças)

As armações são as mais antigas formas de solução para qualquer tipo

de cobertura. As armações podem ser compostas por meio de ligações

parafusadas ou soldadas. As ligações parafusadas, devido à necessidade de

espaçamento entre furos e extremidades, representam um peso maior do que

as soldadas, da ordem de 5 a 10%.

A principal característica desse tipo de estrutura é que as suas barras

trabalham normalmente a tração ou compressão.

Existe uma grande variedade de tipos de tesouras e treliças. Algumas

são apresentadas na figura 15. A tesoura mais simples é biapoiada (fig. 15 (a)).

Quando se deseja uma maior rigidez para suportar as forças laterais de vento,

usa-se colocar uma mão-francesa indo da coluna até o primeiro montante (fig.

15 (b)), ou se adota uma solução como a indicada na figura 15 (c), que

proporciona excelente rigidez às colunas para qualquer tipo de carregamento.

40

As soluções em treliças, com as cordas paralelas, também é uma ótima

opção para inclinações de 0º a 10º.

(Fonte: Ildony, 1998) Fig. 15 – Tipos de armação

b) Colunas

São elementos estruturais cuja finalidade é levar às fundações as

cargas originárias dos elementos da cobertura. Sob o ponto de vista estrutural,

as colunas podem ser divididas em: principais, que suportam a maior parcela

das cargas, e secundárias, que suportam menor parcela da carga (colunas de

tapamento). Basicamente, cada coluna é composta de três partes principais:

fuste, que é o elemento portante básico da coluna; ponto de ligação, que serve

de apoio para as outras partes da estrutura e a base, que tem finalidade de

distribuir as cargas nas fundações, além de fixá-la. Com relação à fixação das

bases, as colunas se subdividem em rotuladas e engastadas.

As colunas podem estar sujeitas a esforços de compressão;

compressão com flexão; tração com flexão. Nas colunas sujeitas às cargas de

compressão, podemos dividi-las em compressão centrada, em que as cargas

estão aplicadas diretamente no centro da seção da coluna ou de forma

simétrica em relação ao eixo do fuste e compressão excêntrica, em que as

cargas estão aplicadas descentradas em relação ao eixo do fuste.

Nos dois casos também pode ocorrer à flexão simultânea, típica de

colunas de galpões industriais (fig. 16).

41


Fig. 16 – Colunas submetidas à compressão e flexão

b.1) Colunas de alma cheia e altura constante

O tipo de fuste de uma coluna de alma cheia e altura constante é formado por

um ou vários perfis laminados ou soldados, ligações por solda ou parafusos.

b.2) Colunas treliçadas de altura constante

O fuste de uma coluna treliçada ou travejada é composto de vários

perfis laminados, ligados por chapas ou cantoneiras situadas nos planos das

mesas. A figura 17 mostra uma série de seções típicas para estas colunas.

A vantagem básica das colunas treliçadas é a possibildade de ser

obtida resistência equivalente às de alma cheia, embora tenha um acréscimo

de mão-de-obra na fabricação.

A seção do fuste é normalmente formada por dois “Us” laminados com

abas orientadas para dentro (fig. 17 (a))). A solução indicada na figura 17 (b),

com os “Us” tendo as abas orientadas para fora, é menos vantajosa que a

anterior, pois se gasta mais material para se obter a mesma inércia. Esta

solução era adotada para ligações rebitadas, pois facilitava a cravação de

rebites. A seção em duplo I (fig.17 (c)) é utilizada para grandes cargas quando

não é possível utilizar o duplo U. Uma seção muito utilizada é a composta por

quatro cantoneiras (fig. 17 (d)) para colunas de grandes dimensões, como

42

mastros, lança de guindastes etc. É uma seção muito econômica em material,

mas bastante trabalhosa na fabricação.


Fig. 17 – Seções de colunas treliçadas

2. Estrutura secundaria

Peças secundárias que complementam a estrutura primária, com o

mesmo grau de importância da estrutura primária.

a) Terças

São vigas colocadas na cobertura, situadas entre vigas principais ou

secundárias de pórticos ou tesouras, com a finalidade de suportar as chapas

de cobertura. Estão normalmente sujeitas às solicitações de flexão dupla e

excepcionalmente a flexão simples (caso do telhado plano), provocadas pelas

cargas que atuam sobre as telhas, como: cargas acidentais (chuva, poeira,

pessoas na cobertura) e pelas cargas provocadas pelo vento, que podem ser

de pressão ou de sucção.

a.1 Vigas de tapamento

São vigas situadas entre pórticos ou colunas com a finalidade de servir

de apoio para as chapas de tapamento. Estão sujeitas a solicitações de flexão

dupla: no sentido da maior inércia, provocada pela pressão ou sucção do

43

vento, e no sentido da menor inércia, provocada pelo peso próprio das vigas e

chapas de tapamento.

Como as vigas de tapamento nada mais são do que terças colocadas

na horizontal, com inclinação dupla, tudo o que se disser daqui para frente vale

para ambas.

Os tipos de materiais mais empregados são:


Fig. 18 – Tipos de perfil

É comum, para diminuir o vão das terças no sentido da maior inércia, a

colocação de tirantes intermediários aos apoios e, com isso, ter-se uma terça

mais econômica.

Normalmente coloca-se um tirante para vãos até 5m a 6m das terças e

acima disso, dois tirantes.

44


Fig. 19 – Disposição das terças

Os tipos de fixação mais usuais para as terças nos apoios são:


Fig. 20 – Apoio de terças

45

a.2 Cumeeira:

A cumeeira é formada pelas duas terças localizadas no topo do pórtico,

interligadas por meio de chapas, ou outro tipo de armação. Está também

sujeita a solicitações de flexão simples ou dupla, mas recebe aproximadamente

a metade da carga.


Fig. 21 – Disposição da cumeeira

a.3 Tirantes das terças e das vigas de tapamento (corrente)

São barras redondas colocadas entre apoios destas vigas, com

finalidade de reduzir o comprimento de flambagem das mesmas. Estão

unicamente sujeitas a esforços de tração.

Os diâmetros normalmente usados são de 16 mm, para ficarem

coerentes com o diâmetro dos parafusos. Pode-se adotar em galpões

pequenos e leves um diâmetro menor, em torno de 12,5 mm.

Coloca-se normalmente, um tirante para distâncias entre apoios de

vigas até 6 m e dois para vãos maiores.

46

(Fonte: Ildony, 1998) Fig. 22 – Esquemas para colocação de tirantes

Quando o painel do tapamento é muito grande, ultrapassando a

resistência do diâmetro estabelecido, pode-se usar uma distribuição como a da

figura 30.

47


Fig. 23 – Colocação de tirantes para painéis grandes

48

3 DESENVOLVIMENTO

3.1 Metodologia

Os galpões em estruturas metálicas são compostos pelas estruturas

primárias e estruturas secundárias, como foi citado anteriormente. Porém, as

estruturas secundárias podem ser feitas em terça em chapa dobrada, ou terças

treliçadas (barjoist), sendo este último produto da Medabil Sistemas

Construtivos.

Estas estruturas foram dimensionadas com o auxílio de dois softwares,

o Strap, que apresentou como resultado as reações nos pilares metálicos e o

dimensionamento da terça treliçada (barjoist), e o CFS, que permitiu o

dimensionamento das terça em chapa dobrada.

Para o desenvolvimento dos cálculos, primeiramente a obra em estudo

foi dividida em dois pórticos transversais, formados pelas vigas de cobertura e

pilares, e os pórticos longitudinais, formados pela estrutura de

contraventamento.

- Pórtico Transversal: São os pórticos verdadeiros, responsáveis por receber as

cargas da cobertura, como mostrado na figura 24.

49

Fig. 24 – Pórtico transversal

- Pórticos Longitudinais: estabilizado pelo sistema de contraventamentos

horizontais, absorvendo somente as forças devidas ao vento, como

apresentado na figura 25.

Fig. 25 – Pórtico longitudinal

Após o cálculo das reações nos pilares destes pórticos, fez-se o

lançamento e cálculo dos esforços na estrutura de contravento, proveniente da

ação do vento. Com esses esforços, pode-se fazer o dimensionamento das

terças treliçadas (barjoist).

Com o dimensionamento das terças treliçadas, obteve-se a estimativa

de peso da estrutura secundária, fazendo-se o mesmo estudo para a utilização

de terças na cobertura do projeto.

Através da estimativa de peso, pode-se fazer um comparativo entre os

custos de fabricação e transporte, caracterizando a melhor solução construtiva

para a obra em questão.

Também foi feito um estudo da máxima carga de utilização que as

terça em chapa dobrada resistem, para as condições do projeto em estudo.

3.2 Características do projeto

O galpão esta localizado na cidade de Blumenau, estado de Santa

Catarina.

50

O sistema estrutural adotado são pórticos metálicos, que serão os

responsáveis por levar as cargas até as fundações.

Estes pórticos metálicos são feitos em chapas soldadas de seção

variável e pilares metálicos engastados na base e no topo. A estrutura

secundária para cobertura é formada inicialmente pelas terças treliçadas

(barjoist).

A seguir serão mostradas as características da obra:

Prédio Principal:

a) Largura: 41,00 m;

b) Comprimento: 87,53 m;

c) Espaçamento entre vigas: 14,590 m;

d) Altura Mínima livre: 10 m;

e) Inclinação de cobertura: 5,00 %;

f) Quantidade de águas: 2

Fig. 26 – Planta de cobertura do galpão

51

3.3 Cálculo das reações

Existem três cargas básicas que atuam na estrutura. A primeira é a

carga permanente, que corresponde ao peso próprio da estrutura e de todos os

elementos permanentes, como terças, telhas, etc.

A segunda corresponde à sobrecarga de utilização, que é composta

por uma sobrecarga de norma de 25 kg/m2 (NBR 8800) e uma carga de

utilização, que vai depender das características da obra, como por exemplo, a

quantidade e o peso de equipamentos que serão pendurados na cobertura.

Por último, temos as cargas devido ao vento que incide na edificação.

Através da combinação destas cargas, serão feitas as verificações da

estrutura e a determinação das deformações da mesma. As combinações são:

1) CP + SC + SU

2) CP + CV onde CP = Carga Permanente;

SC = Sobrecarga de Norma;

SU = Sobrecarga de Utilização;

CV = Força do Vento.

Para iniciar o cálculo, será determinada a velocidade média

característica do vento, para posteriormente determinar a pressão dinâmica do

vento sobre o galpão.

3.3.1 Cálculo do vento

3.3.1.1 Velocidade básica do vento

A velocidade básica do vento (V0), é a velocidade de uma rajada de

três segundos de duração, ultrapassada em média uma vez a cada 50 anos, a

10 m de altura, em campo aberto e plano.

A obra em questão localiza-se no estado de Santa Catarina, possuindo

segundo o mapa de isopletas da figura, uma velocidade básica de 43 m/s.

52

(Fonte: NBR 6123, 1988) Fig. 27 – Mapa de isopletas

3.3.1.2 Fator topográfico – S1

Este valor leva em consideração as grandes variações na superfície do

terreno, ou seja, aumento da velocidade perto de colinas, proteções conferidas

por vales profundos e os efeitos de afunilamento em vales.

Existe uma tabela que classifica a localização das obras e baseado

nisso determina-se o fator topográfico.

Essa localização pode ser:

53

(Fonte: NBR 6123, 1988)

Fig. 28 – Fator topográfico S1

Com isso, através da tabela a seguir podemos determinar o fator S1,

considerando que a obra encontra-se nos casos A ou B.

(Fonte: NBR 6123, 1988)

Tab. 5 – Fator S1

54

No ponto B, S1 é uma função de z:

Θ <= 5º � S1 (z) = 1,0

6º <= θ <= 17º : S1 (z) = 1,0 + (2,5 – z/d) tg (θ) >= 1

Θ >= 40º: S1 (z) = 1,0 + (2,5 – z/d) 0,33 >=1

Para valores com Θ entre 5 e 6º ou entre 17 e 40º, devemos interpolar

linearmente. Isso também vale para localizações entre A e B e entre B e C.

A obra localiza-se em um talude alongado onde o fluxo de ar é

bidimensional, o que nos leva a um valor de S1 = 1,00.

3.3.1.3 Fator de rugosidade – S2

Este é um fator que depende das condições da vizinhança da

construção (rugosidade), da altura acima do terreno e das dimensões da

edificação ou do elemento em consideração.

O fator S2 considera o efeito combinado de três parâmetros. Em ventos

fortes, a sua velocidade aumenta com a altura Z acima do terreno e este

aumento depende da rugosidade (número e dimensão dos obstáculos naturais

ou artificiais) do terreno e do intervalo de tempo considerado na determinação

da velocidade. O intervalo de tempo está relacionado com as dimensões da

edificação, sendo que as edificações pequenas e os elementos componentes

de edificações são mais afetados por rajadas de curta duração (mais velozes)

do que grandes edificações.

Quanto à rugosidade do terreno, que é o primeiro parâmetro, a Norma

considera cinco categorias:

Categoria I – Superfícies lisas de grandes dimensões, com mais de 5 km de

extensão, medidas na direção e no sentido do vento incidente.

Ex.: mar calmo; lagos e rios; pântanos sem vegetação.

Categoria II – Terrenos abertos em nível ou aproximadamente em nível, com

poucos obstáculos isolados, como árvores e edificações baixas.

55

Ex.: zonas costeiras planas; pântanos com vegetação rala; campos de aviação;

fazendas sem sebes ou muros.

A cota média do topo dos obstáculos é considerada inferior ou igual a 1,0 m.

Categoria III – Terrenos planos ou ondulados com obstáculos como sebes e

muros, poucos quebra-ventos de árvores, edificações baixas e esparsas.

A cota média do topo dos obstáculos é considerada igual a 3,0 m.

Categoria IV – Terrenos cobertos por obstáculos numerosos e pouco

espaçados, em zona florestal, industrial ou urbanizada.

Ex.: zonas de parques e bosques com muitas árvores; cidades pequenas e

seus arredores; subúrbios densamente construídos de grandes cidades; áreas

industriais plena ou parcialmente desenvolvidas.

A cota média do topo dos obstáculos é considerada igual a 10 m.

Esta categoria também inclui zonas com obstáculos maiores, e ainda não

possam ser consideradas na categoria V.

Categoria V – Terrenos cobertos por obstáculos numerosos, grandes,altos e

pouco espaçados.

Ex.: florestas com árvores altas de copas isoladas; centros de grandes cidades;

complexos industriais bem desenvolvidos.

A cota média do topo dos obstáculos é considerada igual ou superior a 25 m.

A escolha de categoria a qual pertence à obra depende basicamente

do conhecimento do local onde a obra será executada.

Através destes critérios, classificou-se a obra em questão como

categoria IV, pois ela localiza-se em uma zona industrial bem desenvolvida.

O segundo parâmetro refere-se às dimensões da edificação, pois estas

interferem na maneira como o vento incide sobre a edificação. De acordo com

o segundo parâmetro, as edificações são classificadas em:

Classe A – Todas as unidades de vedação, seus elementos de fixação

e peças individuais da estruturas sem vedação. Toda a edificação na qual a

maior dimensão horizontal ou vertical não exceda 20 metros.

56

Classe B – Toda edificação ou parte de edificação para qual a maior

dimensão horizontal ou vertical esteja entre 20 e 50 metros.

Classe C – Toda edificação ou parte de edificação para a qual a maior

dimensão horizontal ou vertical exceda 50 metros.

A obra possui 87,53 x 41 m, por isso encaixa-se na classe C. A partir

daqui, o valor de S2 pode ser encontrado através de uma tabela, que reunindo

os dois parâmetros com a altura da edificação irá fornecer o S2, para vários

valores diferentes de Z.

(Fonte: NBR 6123, 1988)

Tab. 6 – Rugosidade do terreno, dimensões da edificação e altura acima do terreno.

Através da tabela, podemos chegar a um valor para S2 de 0,80. Com a

Norma, podemos calcular este valor, através da equação (categoria IV, Classe

C):

57

S2 = b*Fr*(Z/10)p onde Fr = 0,95

B = 0,84

Z = 10 m

P = 0,135

S2 = 0,84*0,95*(10/10)0,135

S2 = 0,84

A altura Z acima do terreno influencia diretamente o modo como a

força do vento atinge a edificação.

3.3.1.4 Fator estatístico – S3

O fator estatístico S3 considera o grau de segurança requerido e a vida

útil da edificação, tendo por base o período de recorrência de 50 anos para a

determinação da velocidade de V0 e a probabilidade de 63% de que esta

velocidade seja igualada ou excedida neste período.

A determinação do fator S3 é feita através da tabela 12, e para o caso

da obra, o valor deste é 1,00, pois se trata de uma edificação para indústria

com alto fator de ocupação.

(Fonte: NBR 6123, 1988)

Tab. 7 - Fator estatístico

3.3.1.5 Velocidade característica

Através da velocidade básica do vento e dos fatores S1, S2 e S3,

podemos chegar à velocidade característica do vento, o que nos dará a

58

pressão dinâmica exercida pelo vento sobre as faces e a cobertura da

edificação.

Vk = V0 x S1 x S2 x S3

Vk = 40 x 1,00 x 0,84 x 1,00 = 35,4 m/s

q = 0,0613*(Vk)2

q = 76,60 kgf/m2 **

3.3.1.6 Coeficientes aerodinâmicos

Quando incide sobre uma edificação, o vento pode provocar pressões

ou sucções. A face da edificação que sofre uma sobrepressão do vento é

chamada de barlavento e a face que sofre uma sucção é chamada de

sotavento.

A representação numérica destas sobrepressões ou sucções são os

chamados coeficientes de pressão externo e interno e coeficientes de forma

internos e externos.

a) Coeficientes de pressão e de forma externos

Para o cálculo do coeficiente externo de pressão e de forma para

paredes da edificação, utiliza-se a tabela 8, onde através das características

geométricas do galpão pode-se chegar a esses valores para a face que

corresponde à largura e para a face que corresponde ao comprimento da obra.

Considera-se o vento à 0º incidindo sobre a largura da edificação e

vento à 90º incidindo sobre o comprimento.

59

a = 87,53 m

b = 41 m

h = 10 m

h/b = 10/41 = 0,24 e a/b = 2,13

(Fonte: NBR 6123, 1988)

Tab. 8 – Coeficientes de pressão e de forma externos, para paredes de edificações de planta regular.

60

� Para vento à 0º:

O comprimento de A1 e B1 é dado pela seguinte relação:

b/3 = 41/3 = 13,66 O maior dos dois valores ( porém <= 2h = 20 ).

a/4 = 87,53/4 = 21,84

A1 = 20 m = B1

O valor de A3 e B3 é dado por:

● a/b = 1; mesmo valor que as partes A2 e B2

● a/b >= 2; Ce = -0,2

● 1 < a/b < 2; interpolar linearmente.

Neste caso a/b = 2,13 m, >= 2, portanto Ce = -0,2.


2h = 20 m O menor dos dois valores.

b/2 = 87,53/2 = 20,50 m

61

Após a determinação dos coeficientes de pressão externos para as

paredes do galpão, vamos determinar os coeficientes de pressão externos para

a cobertura da edificação.

A altura relativa é dada por h/b = 10/ 87,53 = 0,11 e a inclinação da

cobertura θ = 5º.

Através da tabela 9 chegamos aos coeficientes de pressão e de forma

externos para a cobertura da edificação.

62

(Fonte: NBR 6123, 1988)

Tab. 9 – Coeficientes de pressão e de forma, externos, para telhados com duas águas de edificações de planta regular.

Os valores dos intervalos de influência são:

X = b/3 = 13,66 m O menor dos dois valores <= 2h = 20 m

a/4 = 87,53/4 = 21,88 m

y = h = 10 m O menor dos dois valores.

y = 0,15b = 6,15 m

O valor dos coeficientes nas regiões I e J é obtido da seguinte forma:

● a/b = 1; mesmo valor para as partes F e H;

● a/b >=2; Ce = -0,2.

Neste caso a/b = 2,13 m,>= 2, portanto Ce = -0,2.

63

a) Coeficiente de pressão interna

O coeficiente de pressão interna depende da permeabilidade das

paredes, relacionadas com a maior ou a menor área da abertura que a

edificação possui. Esse índice é definido pela relação entre a área das

aberturas existentes em cada parte da edificação e a área total da parte

correspondente.

Para o caso da edificação em estudo, consideramos as paredes

internas permeáveis, sendo a pressão interna considerada uniforme.

Neste caso, devem ser adotados os seguintes valores para o

coeficiente de pressão interna Cpi:

a) Construções com duas faces opostas igualmente permeáveis e as

outras faces impermeáveis:

a.1) Para vento perpendicular a uma face permeável - Cpi = +0,2

a.2) Para vento perpendicular a uma face impermeável - Cpi = - 0,3

Para obtermos os coeficientes que devem ser usados para calcular o

vento incidindo sobre as paredes e a cobertura da edificação, é necessário

fazer a combinação dos coeficientes de pressão externos e internos. Com esta

combinação, temos o seguinte resultado

64


Cpe+(2°) Cpi (-0,30) Cpe+(1°) Cpi (0,20)


Cpe+(1°)Cpi Cpe+(2°)Cpi

65

Com isso podemos iniciar o cálculo dos pórticos.

3.4 Sobrecarga e carga de utilidades

A sobrecarga utilizada na obra é 25 kg/m2, que é a carga estipulada

pela NBR 8800. A carga de utilização é de 15 kg/m2, que é estipulada de

acordo com as cargas que a cobertura deverá suportar, englobando todos os

possíveis usos desta e equipamentos que poderão ser pendurados nela.

3.5 Cargas permanentes

As cargas permanentes englobam o peso próprio da estrutura, assim

como o peso das terças, telhas, isolamentos, etc.

O peso próprio da estrutura vai depender do perfil escolhido para o

elemento estrutural.

3.6 Reações

Para conhecimento das cargas que atuam nos pilares, serão

calculadas as reações nestes pilares.

O cálculo das reações foi feito com o Strap, que além de permitir o

conhecimento dos esforços e deslocamentos dos pórticos que compõem a

estrutura, permite também o dimensionamento dos elementos estruturais, tais

como vigas, treliças, pilares, etc.

66

Para o cálculo, a estrutura foi dividida em dois pórticos transversais,

que são os pórticos verdadeiros (Pórticos 1 e 2), compostos pelas vigas da

cobertura e pilares metálicos, e um pórtico longitudinal (Pórtico A), formado

pelos pilares metálicos e a estrutura de contravento vertical.

Fig. 29 – Pórticos que compõem o galpão

67

3.6.1 Pórtico 1

Inicialmente foi feito o lançamento da estrutura no Strap:

(Fonte: Strap 12) Fig. 30 – Geometria do pórtico 1

Após o lançamento, é feita a definição das propriedades dos elementos

estruturais. As propriedades escolhidas foram:

� Para os pilares de extremidades:

- Propriedade 1:

Pilar de secção I (Unidade em mm):

68

A = 0,7844E+0,2 ;I2 = 0,5546E+03; I3 = 0,4572E+05; J = 0,4333E+02

Material = Steel (Aço)

Perímetro = 168,73 mm

h2 = 60; h3 = 12,5; e2 = 30 e e3 = 6,250

� Para os pilares de centro:

- Propriedade 2:

Pilar de Secção I:

A = 0,6745E+0,2 ;I2 = 0,44286E+03; I3 = 0,2068E+04; J = 0,1036E+02



h2 = 25; h3 = 60,0; e2 = 12,50 e e3 = 30,0

� Para a viga de cobertura:

- Viga Soldada – VS 300 x 23

A = 0,2877E+0,2 ;I2 = 0,1817E+03; I3 = 0,4201E+04; J = 0,3021E+02



h2 = 30; h3 = 12,0; e2 = 15,00 e e3 = 6,0

Este pré-dimensionamento é baseado na experiência do calculista e

posteriormente testado pelo programa.

69

O software especifica as propriedades de cada barra:

(Fonte: Strap 12) Fig. 31 – Propriedades do pórtico 1

Após a definição das propriedades, podemos fazer o lançamento das

cargas no pórtico, que irão depender também da área de influência

correspondente a cada pórtico. Esta área corresponde ao espaço da cobertura

que possui os elementos, cujas cargas serão suportadas pelo pórtico em

questão.

Fig. 32 – Área de influência para o pórtico 1

70

3.6.1.1 Peso próprio – PP

(Fonte: Strap 12) Fig. 33 – Peso Próprio do pórtico 1

3.6.1.2 Carga permanente - CP

Terça treliçada (Barjoist) = 7,56 kg/m2 x 7,295 m = 55,15 kg/m

Telhas = 5,00 kg/m2 x 7,295 m = 36,48 kg/m

Total = 91,63 kg/m

71

(Fonte: Strap 12) Fig. 34 – Carga permanente

3.6.1.3 Sobrecarga - SC

Norma = 25 kg/m2 x 7,295 m =182,38 kg/m

(Fonte: Strap 12) Fig. 35 – Sobrecarga

72

3.6.1.4 Carga de utilização - CU

15 kg/m2 x 7,295 m = 109,43 kg/m

(Fonte: Strap 12) Fig. 36 – Carga de utilização

Estas cargas vão dar origem à primeira combinação, CP + SC + SU.

Deve-se tomar cuidado com a deformação (flecha) do pórtico, pois segundo a

NBR 8800, esta não deve ser superior à L/200. Para efeitos de

dimensionamento, caso essa deformação seja superior a este valor, deve-se

escolher um perfil mais rígido, que provoque o menor deslocamento possível.

Neste caso, essa deformação está dentro do esperado, pois:

L/200 = 68 mm >= 51,4 mm OK!

73

(Fonte: Strap 12) Fig. 37 – Deformação do pórtico 1 para a primeira combinação

Após a primeira combinação, fez-se o lançamento das cargas de vento

no pórtico 1.

3.6.1.5 Carga de vento - CV

Estas cargas de vento são obtidas multiplicando a pressão dinâmica do

vento (80 kg/m2) pela área de influência e pelos coeficientes anteriormente

obtidos para as paredes e para a cobertura.

Para os pórticos transversais existem cinco combinações para as

cargas de vento, sendo uma combinação CP + Vento 0º e quatro combinações

para CP + Vento à 90º.

a) Vento 0º:

Como se pode notar, sempre se deve adotar a situação mais

desfavorável, por isso os coeficientes menores de vento à 0º foram

descartados.

74

a.1 ) Cobertura:

80 kg/m2 x 1,00 x 7,295 m = 558,797 kg/m

Comb. 2

a.2) Paredes:

80 kg/m2 x 1,00 x 7,295 m = 558,797 kg/m

(Fonte: Strap 12) Fig. 38 – Vento à 0º

a) Vento à 90º:

Para os coeficientes do vento à 90º não tem como saber qual a

combinação mais desfavorável, por isso todas elas devem ser testadas.

b.1 ) Cobertura:

80 kg/m2 x 0,56 x 7,295 m = 272,07 kg/m

80 kg/m2 x 0,10 x 7,295 m = 48,58 kg/m

75

b.2) Paredes:

b.2.1) Comb. 3 = CP + Vento 90º A >

A >: (Entrando) - 80 kg/m2 x 1,00 x 7,295 m = 558,80 kg/m

(Saindo) - 80 kg/m2 x 0,20 x 7,295 m = 111,76 kg/m

(Fonte: Strap 12) Fig. 39 – Vento 90º A >

b.2.2) Comb. 4 = CP + Vento 90º A <

A <: (Saindo) - 80 kg/m2 x 0,20 x 7,295 m = 111,76 kg/m

(Entrando) - 80 kg/m2 x 1,00 x 7,295 m = 558,80 kg/m

(Fonte: Strap 12) Fig. 40 – Vento 90º A <

76

b.3 ) Cobertura:

80 kg/m2 x 1,06 x 7,295 m = 515,00 kg/m

80 kg/m2 x 0,60 x 7,295 m = 291,51 kg/m

b.3.1) Comb. 5 = CP + Vento 90º B >

B >: (Entrando) - 80 kg/m2 x 1,06 x 7,295 m = 279,40 kg/m

(Saindo) - 80 kg/m2 x 0,60 x 7,295 m = 391,16 kg/m

(Fonte: Strap 12) Fig. 41 - Vento 90º B >

b.3.2) Comb. 6 = CP + Vento 90º B <

B >: (Saindo) - 80 kg/m2 x 0,70 x 7,295 m = 391,16 kg/m

(Entrando) - 80 kg/m2 x 0,50 x 7,295 m = 274,40 kg/m

(Fonte: Strap 12) Fig. 42 - Vento 90º B <

77

Com estas combinações, obtiveram-se as deformações do pórtico para

cada uma delas:

Após o lançamento, o carregamento e o cálculo, são obtidas as

reações para os pilares metálicos. Estas reações são dadas para cada um dos

nós, localizados nas bases dos pilares.

Estas reações obtidas são as cargas verticais (X2 = Vz), cargas

horizontais (X1 = Hy) e momento em torno de x (X6 = Mx) para cada pilar.

O sentido das reações é dado de acordo com uma convenção adotada

no início do cálculo. Para este caso foi adotada a seguinte convenção:

Fig. 43 – Croqui de reações e convenção de reações

78

3.6.2 Pórtico 2

O cálculo para as reações nos pilares metálicos do pórtico 2 é muito

semelhante ao cálculo efetuado para o pórtico 1. Porém, a área de influência

do pórtico 2 é maior que a do pórtico anterior.

Fig. 44 – Área de influência do pórtico 2

Após o lançamento e cálculo dos pórticos transversais, parte-se para o

cálculo dos pórticos no sentido longitudinal, o que irá ter como resultado as

reações horizontais (Hx).

3.6.3 Pórtico A

O pórtico A é aquele responsável pela estabilidade da estrutura na

direção longitudinal. Não possui a função de suportar nenhuma carga vertical,

pois não se trata de um pórtico verdadeiro, somente é assim calculado para

efeito de reações em decorrência da ação do vento.

(Fonte: Strap 12) Fig. 45 – Geometria do pórtico A

79

A geometria do pórtico A mostra que as barras devem ser rotuladas e

mostra também a existência de uma estrutura de contravento.

Os contraventos são barras colocadas nas estruturas com a finalidade

de garantir a estabilidade do conjunto durante a sua vida útil e durante a fase

de montagem, além de conferir ao galpão uma rigidez espacial.

No caso do pórtico A, trata-se de um contravento vertical, trabalhando

somente à tração, que também são responsáveis pela condução das cargas

superiores de vento até as fundações.

Para o cálculo das reações neste pórtico existe uma peculiaridade. Os

pórticos B e C, na verdade são pilares de fechamento, o que faz com que a

carga de vento que incide sobre eles seja transferida diretamente para os

pórticos que possuem os contraventos (Pórtico A = Pórtico B).

� Pilar de fechamento

Este pilar é lançado no Strap possuindo restrições de movimentos no

topo, no sentido da força horizontal (x), pois é nesse sentido que precisa-se da

reação do vento. Retringindo os movimentos do pilar no topo, obtém-se a

reação que deve ser jogada no pórtico.

(Fonte: Strap 12) Fig. 46 – Pilar de Fechamento

80

Após a determinação da reação do pilar de fechamento no pórtico A é

feito o lançamento destas cargas, juntamente com as cargas de vento. Com

isso, obtiveram-se as reações que irão fornecer a carga horizontal no sentido

de X (Hx).

Após o calculo das reações, monta-se o que chamamos de tabela de

reações, que nada mais é do que o resumo de todos os resultados obtidos.

Tab. 10 – Tabela de reações

3.7 Contraventamento

Para fazer o dimensionamento da estrutura secundária, é necessário o

conhecimento das reações no contravento da cobertura, pois estas serão as

cargas que a estrutura secundária deverá suportar.

Estas reações serão obtidas através do lançamento das cargas de

vento sobre a estrutura de contravento horizontal, que se localiza no plano da

cobertura.

81

A figura abaixo mostra a disposição das barras de contravento na

cobertura do galpão.

Fig. 47 – Estrutura de contravento horizontal

O sistema adotado é o contraventamento em “X”, que apresenta

melhor resultado, tanto em termos de funcionalidade, quanto em termos de

economia. É formado por barras de ferro redondo, que podem ser travadas

tanto na estrutura secundária, quanto nas vigas de cobertura.

3.7.1 Cargas no contravento

Foram lançadas oito combinações de vento para a estrutura de

contravento:

82

3.7.1.1 Vento 0º (1º Cpi) >

3.7.1.2 Vento 0º (1º Cpi) <

83

3.7.1.3 Vento 0º (2º Cpi) >

3.7.1.4 Vento 0º (2º Cpi) <

84

3.7.1.5 Vento 90º (1º Cpi) >

3.7.1.6 Vento 90º (1º Cpi) <

85

3.7.1.7 Vento 90º (2º Cpi) >

3.7.1.8 Vento 90º (2º Cpi) <

Com isso obteve-se a força axial na estrutura secundária,

possibilitando agora o dimensionamento destas.

86

3.8 Estrutura secundária

3.8.1 Terça treliçada - barjoist

A barjoist é uma estrutura secundária dimensionada como uma terça

treliçada simplesmente apoiada. São compostas por chapas em perfil “C” no

banzo superior e inferior, assim como nas diagonais e nos montantes.

Podem ter alturas variadas, sendo as treliças da obra em questão de

um metro de altura.

(Fonte: Manual de Especificações Técnicas da Medabil, 2007) Fig. 48 – Corte das terças treliçadas com alturas diferentes

Elas também são normalmente utilizadas como travamento para as

vigas principais, como podemos ver na figura a seguir:

87

(Fonte: Manual de Especificações Técnicas da Medabil, 2007) Fig. 49 – Perspectiva de uma barjoist apoiada sobre pórtico metálico

Os principais benefícios deste sistema são:

- baixo custo para grandes vão livres, podendo ser usadas para vãos

de 14 a 18 m;

- permite passagem de dutos e instalações;

- alívio nas fundações.

Existem vários perfis que podem ser utilizados na execução destas

treliças, sendo todos eles perfis “C” dobrados, com grande variabilidade de

possibilidades geométricas.

3.8.1.1 Dimensionamento

Para o galpão em questão, foram calculados cinco tipos diferentes de

barjoist. A principal diferença entre elas foram às cargas axiais a que elas

foram submetidas, cargas essas oriundas das reações do sistema de

contraventamento. Entretanto, para todas elas, a carga devido às telhas, a

sobrecarga e a carga de vento é a mesma, pois a área de influência é igual.

88

Essas treliças forma calculadas pelo programa Strap, utilizando o aço

A572 Gr.50 e foram dimensionadas pela norma americana AISI-ASD

(Allowable Strees Design), considerando segundo a NBR 8800, flecha máxima

de L/200.

a) Barjoist de Oitão (Grupo 1):

(Fonte: Strap 12) Fig. 50 – Barjoist de oitão

As cargas lançadas são:

Q1 = Peso Próprio, que depende das propriedades escolhidas para a barjoist;

(Fonte: Strap 12) Fig. 51 – Número das propriedades nas barras da barjoist do grupo 1

89

(Fonte: Strap 12) Tab. 11 – Tabela de propriedades da barjoist do grupo 1

(Fonte: Strap 12) Fig. 52 – Barjoist do grupo1 submetida ao peso próprio

Q2 = Carga Permanente

É composta pela carga das telhas: 7 kg/m2 x 1,75 m = 12,25 kg/m.

(Fonte: Strap 12) Fig. 53 – Barjoist do grupo1 submetida à carga permanente

90

Q3 = Sobrecarga

25 kg/m2 x 1,75 m = 43,75 kg/m

(Fonte: Strap 12) Fig. 54 – Barjoist do grupo1 submetida à sobrecarga

Q4 = Carga de Utilidades

15 kg/m2 x 1,75 m = 26,25 kg/m

Esta carga deve ser lançada no banzo inferior, pois será neste

elemento que os futuros equipamentos serão pendurados.

(Fonte: Strap 12) Fig. 55 – Barjoist do grupo1 submetida à carga de utilidades

Q5 = Ação do Vento

76,60 kg/m2 x 1,75 m = 134,05 kg/m

(Fonte: Strap 12) Fig. 56 – Barjoist do grupo1 submetida à ação do vento

91

Det.1:

Aqui cabe salientar que juntamente com a ação do vento no banzo

superior, devem ser combinadas as forças axiais nas barras do banzo inferior,

obtidas através dos esforços do contravento na cobertura.

Após o lançamento das cargas, são feitas as combinações para o

cálculo das reações nas barras e dimensionamento da barjoist:

a) Combinação 1 – Q1 + Q2 + Q3 + Q4

b) Combinação 2 – Q1 + Q2 + Q5

Com a análise estrutural da treliça, fez-se o dimensionamento desta:

- Banzo Superior e Banzo Inferior: Perfil BN – 120 – 120 x 54 x 3

- Diagonal: Perfil BN – 100 – 94 x 34 x 2

- Montante: Perfil BN – 100 – 94 x 34 x 2

Tanto o banzo superior quanto o inferior devem ser dimensionados

preferencialmente com um perfil de mesma seção, pois por tratar-se de uma

chapa dobrada, a fabricação neste caso é mais rápida e econômica, utilizando

uma chapa com espessura única na confecção do perfil.

b) Barjoist de oitão lateral (Grupo 2):

(Fonte: Strap 12) Fig. 57 – Barjoist de oitão lateral

92




(Fonte: Strap 12) Tab. 12 – Tabela de propriedades da Barjoist do grupo 2 Q5 = Ação do Vento

76,60 kg/m2 x 1,75 m = 134,05 kg/m

93

(Fonte: Strap 12) Fig. 59 – Barjoist do grupo 2 submetida à ação do vento

Det.1

Det.2

Det.3

Det. 4

94


- Banzo Superior e Banzo Inferior: Perfil BN – 100 – 92 x 37 x 3



c) Barjoist de cumeeira (Grupo 3):

(Fonte: Strap 12) Fig. 60 – Barjoist de cumeeira




95



76,60 kg/m2 x 1,75 m = 134,05 kg/m


96

Det.1

Neste caso, todos os esforços no banzo inferior da treliça possuem o

mesmo valor, portanto Det. 1 = Det. 2 = Det. 3 = Det. 4.


- Banzo Superior e Banzo Inferior: Perfil BN – 120 – 120 x 53 x 2,65



d) Barjoist típica (Grupo 4):

(Fonte: Strap 12) Fig. 63 – Barjoist típica



(Fonte: Strap 12) Fig. 64 – Número das propriedades da barjoist do grupo 4

97



76,60 kg/m2 x 1,75 m = 134,05 kg/m


A barjoist típica não possui cargas axiais, pois estas são absorvidas

pelas barras das treliças localizadas nas extremidades.





98

e ) Barjoist lateral (Grupo 5):

(Fonte: Strap 12) Fig. 66 – Barjoist lateral



(Fonte: Strap 12) Fig. 67 – Número das propriedades da barjoist do grupo 5


99


76,60 kg/m2 x 1,75 m = 134,05 kg/m


Det.1

Neste caso, todos os esforços no banzo inferior da treliça possuem o

mesmo valor, portanto Det. 1 = Det. 2 = Det. 3 = Det. 4.





Após o dimensionamento das barjoist, podemos fazer um levantamento

total do peso da estrutura secundária com este sistema.

3.8.1.2 Estimativa de peso

Com os perfis definidos, podemos fazer o cálculo da estimativa de

peso da estrutura secundária.

100

Todas as treliças possuem um vão de 15 m** no banzo superior e 14,

372 m no banzo inferior.

a) Grupo 1:

Fig. 69 – Perfil C

� Cálculo do peso dos perfis do grupo 1:

- Banzo Superior: BN – 120 x 54 x 3

Lperfil x tchapa x Peso Esp. do Aço

(0,12 + 0,054 + 0,054 – 4 x 0,003) x 0,003 x 7850 kg/m3 = 5,09 kg/m

5,09 kg/m x 15 m = 76,35 kg

- Banzo Inferior: 5,09 kg/m x 14,372 m = 73,15 kg

- Diagonal: BN – 100 – 94 x 34 x 2,00


(0,094 + 0,034 + 0,034 – 4 x 0,002) x 0,002 x 7850 kg/m3 = 2,56 kg/m

2,56 kg/m x 1,319 m = 3,38 kg (Cada diagonal)

3,38 kg x 21 unidades = 70,98 kg

** - Embora o vão entre vigas seja de 14,590 m, no cálculo da barjoist foi utilizado um vão de

15 m, em função da fixação desta na estrutura principal.

101

- Montante: BN – 100 – 94 x 32 x 2,00

2,56 kg/m x 1 m = 2,56 kg (Cada montante)


Total = 76,35 kg + 73,15 kg + 70,98 + 10,24 kg = 230,72 kg ( Cada

barjoist deste grupo)

Total do Grupo 1 = 230,72 kg x 17 unidades = 3922,24 kg

b) Grupo 2:




(0,092 + 0,037 + 0,037 – 4 x 0,003) x 0,003 x 7850 kg/m3 = 3,63 kg/m

3,63 kg/m x 15 m = 54,45 kg


- Diagonal: BN – 100 – 94 x 34 x 2,00


(0,094 + 0,034 + 0,034 – 4 x 0,002) x 0,002 x 7850 kg/m3 = 2,56 kg/m



- Montante: BN – 100 – 94 x 32 x 2,00






102

c) Grupo 3


- Banzo Superior: BN – 120 x 53 x 2,65


(0,12 + 0,053 + 0,053 – 4 x 0,00265) x 0,00265 x 7850 kg/m3 = 4,49

kg/m

4,49 kg/m x 15 m = 67,35 kg


- Diagonal: BN – 100 – 94 x 34 x 2,00


(0,094 + 0,034 + 0,034 – 4 x 0,002) x 0,002 x 7850 kg/m3 = 2,56 kg/m



- Montante: BN – 100 – 94 x 32 x 2,00






d) Grupo 4




(0,12 + 0,054 + 0,054 – 4 x 0,003) x 0,003 x 7850 kg/m3 = 5,09 kg/m

5,09 kg/m x 15 m = 76,35 kg

103


- Diagonal: BN – 100 – 94 x 34 x 2,00


(0,094 + 0,034 + 0,034 – 4 x 0,002) x 0,002 x 7850 kg/m3 = 2,56 kg/m



- Montante: BN – 100 – 94 x 32 x 2,00






e) Grupo 5




(0,12 + 0,054 + 0,054 – 4 x 0,003) x 0,003 x 7850 kg/m3 = 5,09 kg/m

5,09 kg/m x 15 m = 76,35 kg


- Diagonal: BN – 100 – 94 x 34 x 2,00


(0,094 + 0,034 + 0,034 – 4 x 0,002) x 0,002 x 7850 kg/m3 = 2,56 kg/m



104

- Montante: BN – 100 – 94 x 32 x 2,00






Total de peso para a estrutura secundária da obra, utilizando terças

treliçadas (barjoist):

30318,62 kg

31 ton

3.8.2 Terça em chapa dobrada em chapa dobrada

Após o cálculo da estrutura secundária utilizando as terças treliçadas

(barjoist), foi feita substituição deste sistema por terças metálicas em chapa

dobrada.

As terças transferem as cargas da cobertura para a estrutura principal

(pórticos), que por sua vez transferem as cargas para as fundações.

O dimensionamento delas, assim como as terças treliçadas, é efetuado

em função das cargas a que a cobertura está projetada, utilizando o aço A572

Gr.50.

São utilizados na sua fabricação perfis em chapa dobrada, nos

formatos “Z” e “C”.

Suas principais vantagens são:

- Possibilidade de ampliações;

- Rápida construção;

- Baixo custo.

105

As terças em perfil “Z” podem ser dimensionadas como vigas

secundárias simplesmente apoiadas ou contínuas. Já as terças em perfil “C”,

podem ser projetadas exclusivamente como vigas simplesmente apoiadas.

Estes perfis apresentam uma maior rigidez flexional, porém, devido à sua

geometria, não podem ser transpassados. Este fato impede a transmissão de

momento fletor entre as barras nos apoios. Por isso, estes perfis precisam ser

verificados com a utilização de um modelo estrutural bi-apoiado.

A obra em estudo possui seis vãos, por isso as terça em chapa

dobrada foram dimensionadas com um perfil “Z”, pois o modelo adotado foi de

uma viga contínua. Este modelo permite em seus apoios a solidarização dos

elementos. Esta solidarização é garantida pelo transpasse dos elementos no

apoio, apresentando adicionalmente um aumento de rigidez nesta região.

Para o cálculo das terças foi utilizado um programa chamado CFS

(Cold Formed Steel), próprio para o dimensionamento tanto das terças de

cobertura, como para as terças de fechamento.

Análises estruturais com a utilização do CFS necessitam de uma prévia

definição da seção transversal do perfil utilizado na estrutura. Inicialmente

foram escolhidos dois perfis para serem usados no dimensionamento no

programa: Z 292 x 2,65 e Z 292 x 3,00.

O vão das terças é de 15 m**, conforme o projeto e, foram utilizadas

cinco correntes ao longo do vão, para impedir o deslocamento destas.

106

3.8.2.1 Dimensionamento

Inicialmente foram escolhidos os perfis:

(Fonte: CFS) Fig. 70 – Perfil Z 292 x 2,65

(Fonte: CFS) Fig. 71 – Perfil Z 292 x 3,00

Para o dimensionamento, as cargas utilizadas foram:

- CP – Carga Permanente = Carga das telhas + Carga das Correntes

7 kg/m2 x 1,75 m = 12,25 kg/m

- SC – Sobrecarga – 25 kg/m2 x 1,75 m = 43,75 m

107

- SU – Carga de Utilidades - 15 kg/m2 x 1,75 m = 26,25 m

- CV – Carga de Vento – 76,60 kg/m2 x 1,75 m = 134,05 kg/m

Devido aos valores de momento fletor e esforço cortante serem

máximos no apoio, utilizamos o artifício do transpasse, de maneira racional,

duplicando a seção transversal somente onde necessário, visto que a seção é

unida por parafusos, formando uma seção única.

Os transpasses utilizados nos apoios possuem valores variados, sendo

que as terças da obra em questão foram dimensionadas com transpasses

0,305 mm e 0,914 mm.

Fig. 72 – Desenho esquemático do transpasse de terças nos apoios

Para o cálculo é necessário especificar as distâncias entre os apoios,

entre as correntes e principalmente o tamanho das terças, incluindo o

transpasse. O CFS adota uma nomenclatura para estas distâncias, onde:

- XYT: apoio na direção vertical, horizontal, e torção. Em outras palavras é o

apoio propriamente dito.

- XT: Apoio na direção x e torção, utilizado para simular correntes rígidas nas

terças de cobertura.

Devido a um padrão de cálculo, a distância entre o apoio e a primeira

corrente deve ser de 2,438 m.

** - Embora o vão entre vigas seja de 14,590 m, no cálculo das terças foi utilizado um vão de

15 m, em função da fixação desta na estrutura principal.

108

Com isso temos:

a) Comprimento das terças:

1. 0 m; 15,914 m

2. 14,086 m; 30,305 m

3. 29,695 m; 45,305 m

4. 44,695 m; 60,305 m

5. 59,695 m; 75,914 m

6. 74,086 m; 90 m

b) Distância entre apoios e correntes:

XYT - 0 m

XT – 2,438 m

XT – 4,969 m

XT – 7,500 m

XT – 10,031 m

XT – 12,562 m

XYT – 15 m

XT - 17,438 m

XT – 19,969 m

XT – 22,500 m

XT – 25,031 m

XT – 27,562 m

XYT – 30 m

XT - 32,438 m

XT – 34,969 m

XT – 37,500 m

XT – 40,031 m

XT – 42,562 m

XYT – 45 m

XT - 47,438 m

XT – 49,969 m

XT – 52,500 m

XT – 55,031 m

XT – 57,562 m

XYT – 60 m

XT - 62,438 m

XT – 64,969 m

XT – 67,500 m

XT – 70,031 m

XT – 72,562 m

XYT – 75 m

XT – 77,438 m

XT – 79,969 m

XT – 82,500 m

XT – 85,031 m

XT – 87,562 m

XYT – 90 m

109

O programa CFS fornece o desenho da terça, assim que é feito o

lançamento dos dados.

(Fonte: CFS)

Fig. 73 – Terça contínua

Com as cargas e a definição da geometria desejada da terça, são

feitas as combinações para posteriormente ser feito o dimensionamento

- 1º Combinação – CP + SC + SU

- 2º Combinação – CP + CV

Com isto, o programa calcula os esforços na terça e fornece como

resultado se a estrutura secundária resiste às cargas as quais está sendo

submetida.

Para que o elemento esteja bem dimensionado, o resultado das

combinações deve ser segundo a norma americana de chapa dobrada, uma

relação de tensões inferior a 1,000 ( ASD ) e a deformação deve ser inferior a

L/200 (NBR 8800).

O dimensionamento forneceu a seguinte configuração para a terça em

estudo:

110

Fig. 74 – Desenho esquemático da terça contínua

Com o cálculo foram obtidos os seguintes resultados: pela tabela pode-

se perceber que para a primeira combinação, a relação de tensões possui um

valor inferior a 1,000, caracterizando o bom dimensionamento da terça.

Member Check - 1999 AISI Specification (ASD) � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �� Load Combination: Combination 1

Design Parameters at 59,695 m, Left side:

Lx 15,000 m Ly 2,438 m Lt 2,438 m

Kx 1,0000 Ky 1,0000 Kt 1,0000

Section: Z292x3.00.sct

Cbx 1,5305 Cby 1,0000 ex 0,0000 mm

Cmx 1,0000 Cmy 1,0000 ey 0,0000 mm

Braced Flange: None Moment Reduction, R: 0,0000

Loads: P Mx Vy My Vx

(kgf) (kgf-m) (kgf) (kgf-m) (kgf)

Total 0,0 -2177,2 -927,3 0,0 0,0

Applied 0,0 -2177,2 -927,3 0,0 0,0

Strength 454,1 2309,3 5994,1 405,6 6344,7

Effective section properties at applied loads:

Ae 1477,52 mm^2 Ixe 18534212 mm^4 Iye 2299758 mm^4

Sxe(t) 126947 mm^3 Sye(l) 22916 mm^3

Sxe(b) 126947 mm^3 Sye(r) 22916 mm^3

Interaction Equations

AISI Eq. C5.2.1-1 (P, Mx, My) 0,000 + 0,943 + 0,000 = � � � � �

<= 1.0

AISI Eq. C5.2.1-2 (P, Mx, My) 0,000 + 0,943 + 0,000 = � � � � �

<= 1.0

AISI Eq. C3.3.1-1 (Mx, Vy) 0,799 + 0,024 = � � � � �

<= 1.0

AISI Eq. C3.3.1-1 (My, Vx) 0,000 + 0,000 = 0,000 <= 1.0

(Fonte: CFS) Tab. 16 – Saída de dados do CFS para a combinação 1 – Seis Vãos

111

(Fonte: CFS) Fig. 75 – Flecha para a combinação 1 – Seis Vãos A maior deformação obtida foi 41,273 mm. A flecha admitida para esse vão é : L/200 = 15000 / 200 = 75 mm > 41,273 mm OK!


Design Parameters at 29,695 m, Left side:

Lx 15,000 m Ly 2,438 m Lt 2,438 m

Kx 1,0000 Ky 1,0000 Kt 1,0000

Section: Z292x3.00.sct

Cbx 1,5300 Cby 1,0000 ex 0,0000 mm

Cmx 1,0000 Cmy 1,0000 ey 0,0000 mm

Braced Flange: None Moment Reduction, R: 0,0000

Loads: P Mx Vy My Vx

(kgf) (kgf-m) (kgf) (kgf-m) (kgf)

Total 0,0 1962,9 836,0 0,0 0,0

Applied 0,0 1962,9 836,0 0,0 0,0

Strength 454,1 2309,2 5994,1 405,6 6344,7

Effective section properties at applied loads:

Ae 1477,52 mm^2 Ixe 18534212 mm^4 Iye 2299758 mm^4

Sxe(t) 126947 mm^3 Sye(l) 22916 mm^3

Sxe(b) 126947 mm^3 Sye(r) 22916 mm^3


AISI Eq. C5.2.1-1 (P, Mx, My) 0,000 + 0,850 + 0,000 = � � � � �

<= 1.0

AISI Eq. C5.2.1-2 (P, Mx, My) 0,000 + 0,850 + 0,000 = � � � � �

<= 1.0

AISI Eq. C3.3.1-1 (Mx, Vy) 0,649 + 0,019 = � � � � �

<= 1.0

AISI Eq. C3.3.1-1 (My, Vx) 0,000 + 0,000 = � � � � �

<= 1.0

(Fonte: CFS) Tab. 17 – Saída de dados do CFS para a combinação 2 – Seis Vãos

112

Através da análise dos resultados, pode-se verificar que a terça está

bem dimensionada, pois todas as condições impostas pela norma foram

satisfeitas.

3.8.2.2 Estimativa de peso

Em cada terça, o perfil utilizado foi “Z” 292 x 3,00”. A seguir será

apresentado o cálculo do peso das terça em chapa dobrada:

� Para uma terça:

- Z 292 x 3,00:

Ltotal = 15,914 m + 16,219 + 15,610 m + 15,610 m + 16,219 m + 15,914

m = 95,486 m

Peso por m: 11,480 kg/m

Peso = 11,480 kg/m x 95,486 m = 1096,179 kg

Como as terças são espaçadas a cada 1,75 m, a obra em estudo

possui um total de 25 terças. O peso total para a estrutura secundária feita em

terça em chapa dobrada é dado por:

1096,179 kg x 25 terças = 27419,75 kg

27,42 t

113

4 COMPARATIVO

Neste trabalho foram calculados dois tipos diferentes de sistemas

estruturais para as estruturas secundárias, as terças treliçadas (barjoist) e as

terça em chapa dobrada.

Através deste peso, será feita uma seleção entre os dois sistemas

estruturais.

A seleção pode ser definida como a escolha de um sistema construtivo,

subsistema, componente ou material, a partir de um conjunto de alternativas

possíveis e respeitando necessidades estabelecidas. Para tanto, é necessário

o julgamento segundo critérios pré-definidos.

Estes critérios devem abranger o maior número possível de requisitos,

permitindo a avaliação de alternativas do ponto de vista dos diversos aspectos

envolvidos.

Os critérios utilizados na avaliação das estruturas secundárias foram:

a) Peso total da estrutura

0

1

2

3

4

Peso (kg)

Treliça Plana Terças

Estrutura secundária

Comparativo de Peso

Série10

Fig. 76 – Peso das estruturas

114

Através do peso total, pode-se perceber que a estrutura secundária

executada com terça em chapa dobrada é 8,6% (Fonte: ABCEM – Associação

brasileira da construção metálica) mais leve, o que implica em menores

reações nos pilares metálicos e, conseqüentemente um menor custo na

execução das fundações.

b) Comparativo de fabricação

Como já foi dito, as terça em chapa dobrada são perfis com seção em

forma de “Z”, feitas com chapas dobradas. Desta forma, utiliza-se uma chapa

de mesma espessura na confecção de toda a estrutura, eliminando a troca de

material na purling (máquina que confecciona as terças).

Já as terças treliçadas, por se tratarem de uma composição de vários

perfis, perfis estes que formam o banzo inferior, o banzo superior, a diagonal e

o montante, possui um custo de fabricação superior as terça em chapa

dobrada. Isso também se deve ao fato das treliças serem estruturas que além

de necessitarem de chapas de espessuras diferentes, ainda precisam que os

seus elementos sejam soldados entre si.

Com isso, pode-se fazer um comparativo de custo na fabricação das

duas estruturas, levando em consideração que o custo na fabricação das

treliças por kilo é 7,49% (Fonte: ABCEM – Associação brasileira da construção

metálica) mais caro que a fabricação de terças. Assim, para a fabricação da

estrutura de toda o obra, nos dois sistemas, temos que:

115

Fig. 77 – Comparativo de custo

Através do gráfico, pode-se perceber que o custo na fabricação das

terças é 18,7% inferior ao custo na fabricação das treliças.

c) Comparativo de transporte

Por se tratarem de estruturas especiais, com vãos muito elevados, é

necessário um transporte especial, o que acarreta custo elevado em relação às

estruturas padrão.

Todas as treliças possuem o mesmo vão, 15 m, porém, as terças,

devido ao transpasse possuem vãos diferentes entre si, onde a maior delas

tem um vão de 16, 219 m.

Desta forma, pode-se determinar que um caminhão especial transporta

no máximo 6000 kg de treliças e 23000 kg de terça em chapa dobrada (Fonte:

ABCEM – Associação brasileira da construção metálica).

Isso ocorre porque além de serem mais pesadas, as treliças ocupam

um espaço maior na carroceria do caminhão, diminuindo a quantidade de

peças em cada um deles.

0,0%

5,0%

10,0%

15,0%

20,0%

Custo



Comparativo de fabricação

Série1

116

Com isso, o número de caminhões necessários para o transporte de

cada uma delas é:

- Treliças: 31000 kg / 6000 kg = 5 caminhões

- Terças: 27420 kg / 23000 kg = 2 caminhões

Fig. 78 – Comparativo de custo de transporte

Através do gráfico, pode-se perceber que o custo no transporte das

terças é 40% inferior ao custo do transporte das treliças.

d) Sobrecarga

Para uma carga de utilização de 15 kg/m2, para um vão de 15 m, como

é o caso do projeto em estudo, pode-se perceber que as terças atendem ao

critério de dimensionamento, além de serem soluções construtivas mais

baratas.

Porém para cargas de utilização superiores a 35 kg/m2, o que é

bastante comum para os galpões metálicos, as terças não possuem uma boa

resposta, tendo uma relação de tensões de 1,065 e uma deformação de 102,78

mm, o que torna o seu uso inviável.

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

Custo



Comparativo de transporte

Série1

117

Com isso pode-se perceber que embora as terças sejam soluções mais

econômicas, possuem uma limitação de vão e de cargas de utilidades, ao

contrário das terças treliçadas, que possuem um bom desempenho tanto para

vãos maiores, quanto para sobrecargas elevadas.

Esta conclusão foi obtida à partir do cálculo das terças com o CFS,

testando várias cargas de utilização, até atingir o limite de resistência estrutural

destas.

118

5 CONCLUSÃO

Este trabalho realizou um comparativo entre duas estruturas

secundárias para um mesmo galpão metálico.

Estas estruturas foram dimensionadas com o auxílio de dois softwares

comerciais, o Strap, que apresentou como resultado as reações nos pilares

metálicos e o dimensionamento da terça treliçada (barjoist), e o CFS, que

permitiu o dimensionamento das terça em chapa dobrada.

Com desse dimensionamento foi feito um comparativo de peso entre

os dois sistemas para as estruturas secundárias.

Com os resultados obtidos podemos chegar às seguintes conclusões:

através de um comparativo de peso, pode-se concluir que as terça em chapa

dobrada são soluções mais leves, o que acarreta uma economia de aço,

influenciando diretamente nos custo da obra.

Também se concluiu que as terça em chapa dobrada, possuem um

menor custo de fabricação e transporte, pois, por se tratarem de perfis simples

dobrados, podem ser fabricadas com chapas de mesma espessura e

transportadas em número maior em cada caminhão.

Com isso, para o projeto em questão, conclui-se que as terças são as

soluções construtivas mais viáveis, tanto do ponto de vista financeiro, com na

fabricação e no transporte.

Porém cabe salientar, que essa vantagem no projeto em estudo só é

observada para cargas de utilização inferiores a 35 kg/m2, pois a partir deste

valor, para este mesmo vão, as terças não apresentam um bom desempenho

estrutural, tendo uma relação de tensões superior a 1,00 e uma deformação

excessiva.

Assim, pode-se perceber que, embora as terças sejam mais vantajosas

neste caso, possuem limitações estruturais, o que torna importante o uso de

estruturas treliçadas na elaboração de projetos com vãos e cargas especiais.

119

6 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BELLEI, I. H. Edifícios industriais em aço. São Paulo: Pini, 1998. PFEIL, W.; PFEIL, M. Estruturas de aço – dimensionamento prático. Rio de Janeiro: Livros técnicos e científicos editora S.A., 1995 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8800: projeto e execução de estruturas de aço em edifícios. Rio de Janeiro, 1986. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6123: forças devido ao vento em edificações. Rio de Janeiro, 1988. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14762: Dimensionamento de Estruturas de Aço constituídas por perfis formados a Frio. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6120: cargas para o cálculo de estruturas de edificações. Rio de Janeiro, 1980. MEDABIL SISTEMAS CONSTRUTIVOS S.A. – manual de especificações técnicas. Nova Bassano, 2006. PINHEIRO, A. C. B. Estruturas Metálicas, 2º edição, 2005 MANUAL BRASILEIRO PARA CÁLCULO DE ESTRUTURAS METÁLICAS, Volume III, Brasília, 1989 ANDRADE, P. B. Curso básico de estruturas de aço, 1994

MANUAL DE CONSTRUÇÕES METÁLICAS – Galpões para uso geral

120

7 ANEXOS Abaixo são apresentadas as tabelas com as espessuras e peso por m2 para diversos produtos de aço de uso estrutural

(Fonte: Ildony, 1998) Tab. 1 – Chapas finas à frio

121

(Fonte: Ildony, 1998) Tab. 2 – Chapas finas a quente

(Fonte: Ildony, 1998) Tab. 3 – Chapas zincadas

122

(Fonte: Ildony, 1998) Tab. 4 – Chapas grossas

(Fonte: Ildony, 1998) Tab. 6 – Barras redondas A tabela a seguir mostra uma orientação para o espaçamento a ser usado para diferentes tipos de vãos.

123

(Fonte: Ildony, 1998) Tab. 7 - Espaçamentos e vãos de pórticos

Memória de cálculo de uma terça com carga de utilidades de 35 kg/m2:


Design Parameters at 15,914 m, Right side:

Lx 15,000 m Ly 2,438 m Lt 2,438 m

Kx 1,0000 Ky 1,0000 Kt 1,0000


AISI Eq. C5.2.1-1 (P, Mx, My) 0,000 + 1,065 + 0,000 = � � � � � <= 1.0

AISI Eq. C5.2.1-2 (P, Mx, My) 0,000 + 1,065 + 0,000 = � � � � � <= 1.0

AISI Eq. C3.3.1-1 (Mx, Vy) 0,991 + 0,024 = � � � � � <= 1.0

AISI Eq. C3.3.1-1 (My, Vx) 0,000 + 0,000 = � � � � �

<= 1.0

(Fonte: Ildony, 1998) Tab. 8 – Saída de dados do CFS para a combinação 1

Deformação da terça:

124

(Fonte: CFS) Tab. 9 – Flecha para a combinação 1


Design Parameters at 15,914 m, Right side:

Lx 15,000 m Ly 2,438 m Lt 2,438 m

Kx 1,0000 Ky 1,0000 Kt 1,0000


AISI Eq. C5.2.1-1 (P, Mx, My) 0,000 + 0,961 + 0,000 = 0,961 <= 1.0

AISI Eq. C5.2.1-2 (P, Mx, My) 0,000 + 0,961 + 0,000 = 0,961 <= 1.0

AISI Eq. C3.3.1-1 (Mx, Vy) 0,806 + 0,019 = 0,825 <= 1.0

AISI Eq. C3.3.1-1 (My, Vx) 0,000 + 0,000 = 0,000 <= 1.0

(Fonte: CFS) Tab. 10 – Saída de dados do CFS para a combinação 2

estruturas secund-rias comparativo entre ter-as treli-adas (barjoist) e ter-as em chapa dobrada

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