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  • Ferramentas Computacionais para Auxiliar no Dimensionamento de Perfis Metlicos Axialmente Comprimidos ou Sujeitos Flexo Simples

    Yuri Tomaz Neves1, Bruno Menezes da Cunha Gomes2, Italo Andrade Vasconcelos3, Jacilndio Adriano de Oliveira Segundo4

    1Universidade Estadual da Paraba/ Departamento de Engenharia Civil/ yuutomaz@gmail.com 2Universidade Estadual da Paraba/ Departamento de Engenharia Civil/ brunomenezes03@hotmail.com

    3Universidade Estadual da Paraba/ Departamento de Engenharia Civil/ italo.chat@gmail.com 4Universidade Estadual da Paraba/ Departamento de Engenharia Civil/ jacilandiosegundo@hotmail.com

    Resumo Os perfis metlicos so elementos fabricados pela indstria com dimenses padronizadas, onde o seu dimensionamento baseia-se na escolha do melhor elemento existente. Dessa forma, o desafio do profissional que trabalha com projetos de estruturas de ao a escolha do perfil que mais se adequa s suas necessidades. Buscando minimizar o tempo gasto e a possibilidade de erros ao realizar o processo, foram desenvolvidas ferramentas computacionais para auxiliar no dimensionamento de perfis metlicos laminados com seo I axialmente comprimidos ou sujeitos flexo simples. Os softwares foram desenvolvidos no ambiente Visual Studio utilizando a linguagem de programao Visual Basic e seguindo todos os critrios e procedimentos fornecidos pela ABNT NBR 8800:2008 Projeto de estruturas de ao e de estruturas mistas de ao e concreto de edifcios. Como resultado foi possvel obter duas ferramentas de fcil manuseio, interface atrativa, e com respostas, validadas com xito, por clculos manuais. Atravs dos resultados obtidos verifica-se que o objetivo principal foi atingido, uma vez que com essas ferramentas capaz determinar a resistncia dos perfis metlicos com grande preciso e em menor tempo, permitindo assim a escolha do perfil ideal e consequentemente uma boa relao custo-benefcio. Palavras-chave Perfis Metlicos; Ferramentas Computacionais; Dimensionamento. Introduo O ao a mais verstil e a mais importante das ligas metlicas, sendo composto principalmente de ferro e pequenas quantidades de carbono. Ele um material que possui uma grande variedade de tipos, formas e composies, que surgiram devido a necessidade de contnua adequao do produto s exigncias de aplicaes especficas. Atualmente existem mais de 3500 tipos diferentes de aos, e cerca de 75% deles foram desenvolvidos nos ltimos 20 anos (CBCA, 2016). O Brasil um dos grandes produtores globais de ao, exportando para mais de 100 pases e sendo considerado o 14 exportador mundial (exportaes diretas) e o 6 maior exportador lquido (exportaes importaes). O pas possui 29 usinas o que reflete em uma capacidade instalada de 48,9 milhes de t/ano de ao bruto (IAB, 2016). O setor de estruturas de ao tem participado de forma ativa na economia brasileira nos ltimos dois anos. Diante de um cenrio macroeconmico no muito favorvel, o setor manteve a estabilidade em relao ao seu volume de produo, empregando hoje aproximadamente 30 mil trabalhadores, faturando cerca de 8,9 bilhes de reais por ano e estimando um crescimento de 5% para o ano de 2015 (CBCA & ABCEM, 2015).

  • De acordo com BELLEI (2006) as principais vantagens das estruturas de ao so: 1 - Alta resistncia do material nos diversos estados de tenso (trao, compresso, flexo etc.), o que permite aos elementos estruturais suportarem grandes esforos apesar da rea relativamente pequena das suas sees. Por isso, as estruturas de ao, apesar da sua grande densidade (7.850 kg/m), so mais leves do que elementos produzidos em concreto armado; 2 - Os elementos de ao oferecem uma grande margem de segurana no trabalho, o que se deve ao fato de o material ser nico e homogneo, com limite de escoamento, ruptura e mdulo de elasticidade bem definidos; 3 - Os elementos de ao so fabricados em oficinas, de preferncia seriados, e sua montagem bem mecanizada, permitindo com isso diminuir o prazo final de construo; 4 - Os elementos de ao podem ser desmontados e substitudos com facilidade, o que permite reforar ou substituir facilmente diversos elementos da estrutura; 5 - Possibilidade de reaproveitamento do material que no seja mais necessrio construo. No que tange as desvantagens tem-se: dependendo do planejamento da obra, pode custar mais caro que uma estrutura de concreto equivalente; exige mo de obra altamente especializada; em algumas regies, s vezes difcil encontrar determinados aos e perfis; muitas regies do Brasil no tm tradio em utilizar estruturas de ao; necessita de mercado de componentes desenvolvidos (fachada pr-moldada, dry-wall, entre outros); viabiliza somente elementos lineares, para lajes necessita da associao com concreto (PRAVIA et al., 2013). Dentre as principais aplicaes das estruturas de ao na atualidade, tem-se: pontes ferrovirias e rodovirias, edifcios industriais, comerciais e residenciais, galpes, hangares, coberturas de grandes vos, torres de transmisso e para antenas, plataformas off-shore, construo naval, tanques e tubulaes e estacas prancha (PRAVIA et al., 2013). Sendo as estruturas de ao elementos fabricados pela indstria com dimenses padronizadas, seu dimensionamento baseia-se na escolha do melhor elemento existente, no na elaborao da geometria ideal para cada caso. Dessa forma, o desafio do profissional que trabalha com projetos desses elementos a escolha do perfil que mais se adequa s suas necessidades. A seleo do perfil ideal parte da premissa de que os esforos resistentes devem sempre ser superiores aos solicitantes. A parcela dos esforos solicitantes conhecida e a dos esforos resistentes exige um processo iterativo, que varia de acordo com o tipo de solicitao e com o tipo de seo estudada. Nessa tica, o presente trabalho tem como objetivo apresentar ferramentas computacionais desenvolvidas para automatizar o processo de dimensionamento de perfis metlicos laminados com seo I axialmente comprimidos ou sujeitos flexo simples, seguindo todos os critrios e procedimentos fornecidos pela ABNT NBR 8800:2008 Projeto de estruturas de ao e de estruturas mistas de ao e concreto de edifcios. Aspectos Metodolgicos Para o desenvolvimento dos softwares, primeiramente realizou-se um estudo da ABNT NBR 8800:2008, com o objetivo de adquirir conhecimento de todos os procedimentos e critrios exigidos no dimensionamento de estruturas metlicas. Em seguida definiu-se que os softwares seriam desenvolvidos no ambiente Visual Studio, utilizando a linguagem Visual Basic. Essa linguagem foi escolhida pois alm de possuir uma sintaxe familiar para o autor, facilitaria a utilizao dos usurios finais, uma vez que ela possibilita o desenvolvimento de um ambiente atrativo, tornando o uso da ferramenta bastante intuitivo pela presena abundante de botes e caixas de texto.

  • Na sequncia determinou-se as condies de contorno e a melhor forma de apresentar tanto os dados de entrada como os de sada. Definido isso, foi realizado o incremento das rotinas de clculo no software. Concludo o programa, realizou-se testes comparando os resultados da ferramenta com os obtidos atravs de clculos manuais para a sua validao. No caso de divergncia de resultados ou falhas, foram realizadas as devidas correes. Dimensionamento de Perfis Metlicos Laminados com Seo I Axialmente Comprimidos Elementos axialmente comprimidos apresentam distribuio constante de tenses quando solicitados. O colapso caracterizado por instabilidade ou flambagem provocadas pela flexo. Esses elementos so encontrados em sistemas de trelias, travejamentos, contraventados e comumente em colunas de edificaes quaisquer. A instabilidade pode ocorrer entre as extremidades dos elementos, denominada flambagem global, ou se localizar em pontos especficos ao longo da barra, flambagem local. Esta ltima caracterizada pelo aparecimento de deslocamentos transversais chapa (elemento da seo), formando ondulaes. A esbeltez da chapa o fator determinante do limite de resistncia flambagem local (PRAVIA et al., 2013). Para o seu dimensionamento, a ABNT NBR 8800:2008 exige que seja atendida a seguinte condio:

    RdCSdC NN ,,

    Onde:

    SdCN , - Fora axial de compresso solicitante de clculo;

    RdCN , - Fora axial de compresso resistente de clculo.

    A fora axial de compresso solicitante de clculo determinada pela anlise estrutural, j a fora axial de compresso resistente de clculo determinada pela seguinte equao:

    ygRdC

    fQAN =,

    Onde:

    - Coeficiente de ponderao relacionado a escoamento, flambagem e instabilidade;

    - Fator de reduo associado resistncia compresso;

    Q - Fator de reduo total associado flambagem local;

    gA - rea bruta da seo transversal da barra;

    yf - Resistncia ao escoamento do ao.

    Para se obter o valor da fora axial de compresso resistente de clculo, primeiramente calcula-se o fator de reduo total associado flambagem local que est definido no Anexo F da ABNT NBR 8800:2008 e que se trata de um termo responsvel pela reduo da resistncia da barra em funo da esbeltez dos elementos que compe a seo. Para que os efeitos locais de flambagem no reduzam a capacidade global da barra, os elementos devem ser verificados quanto sua esbeltez, sendo o fator Q igual a 1,0 quando a relao entre largura e espessura

    (1)

    (2)

  • )/( tb de todos os elementos componentes da seo transversal no superarem os valores de

    lim)/( tb fornecidos pelas Figuras 1 e 2:

    Caso a relao )/( tb for superior a lim)/( tb o fator de reduo total associado flambagem local ser dado por:

    aSQQQ =

    Onde:

    SQ - Fator de reduo que leva em conta a flambagem local dos elementos AL;

    aQ - Fator de reduo que leva em conta a flambagem local dos elementos AA.

    Se a seo possuir apenas elementos AL, Q fica sendo igual a SQ , j se a seo possuir

    apenas elementos AA, Q fica sendo igua