filipe pereira battisti

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Pró-Reitoria de GraduaçãoCurso de Engenharia Civil

Trabalho de Conclusão de Curso

Análise Comparativa dos Diferentes Sistemas Estruturais DeCoberturas em Estrutura Metálica

Autor: Filipe Pereira Battisti

Orientador: Prof. MSc Marco Aurélio Souza Bessa

Brasília - DF2013

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FILIPE PEREIRA BATTISTI

ANÁLISE COMPARATIVA DOS DIFERENTES SISTEMAS ESTRUTURAIS DECOBERTURAS EM ESTRUTURA METÁLICA

Artigo apresentado ao curso de graduação emEngenharia Civil da Universidade Católica deBrasília, como requisito parcial para aobtenção de Título de Bacharel em EngenhariaCivil.

Orientador: Prof. Msc Marco Aurélio SouzaBessa

Brasília2013

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Artigo de autoria de Filipe Pereira Battisti, intitulado ANÁLISE COMPARATIVA DOSDIFERENTES SISTEMAS ESTRUTURAIS DE COBERTURAS EM ESTRUTURAMETÁLICA, apresentado como requisito parcial para obtenção do grau de Bacharel emEngenharia Civil da Universidade Católica de Brasília, em 26 de novembro, defendido eaprovado pela banca examinadora abaixo assinada:

Brasília2013

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Dedico a minha família, especialmente meuspais, Carlos e Rosenícia, aos meus irmãosGabriel e Fabricio pelo amor e apoio irrestritoem todos os momentos.

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AGRADECIMENTOS

A Deus, por vencer mais esta etapa na minha vida e por estar sempre me guiando.

A minha namorada Maísa, que sempre esteve ao meu lado me apoiando com muita

paciência, compreensão e amor.

A todos os meus amigos da faculdade FURB e UCB pelos grandes momentos,

companheirismo e aprendizado conquistado neste período.

Um agradecimento em especial ao grande amigo, mestre, e orientador Marco Aurélio

de Souza Bessa e esposa Giulieny, pela orientação ao longo de todo o trabalho, pelos

conselhos, incentivos e aprendizados.

Aos meus tios e primos que de uma forma ou de outra contribuíram nesta caminhada.

A todos os professores por dividirem seus conhecimentos conosco.

A todos que de alguma forma contribuíram para a realização deste trabalho.

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ANÁLISE COMPARATIVA DOS DIFERENTES SISTEMAS ESTRUTURAIS DE

COBERTURAS EM ESTRUTURA METÁLICA

FILIPE PEREIRA BATTISTI

RESUMO

A utilização de estruturas de aço tem se intensificado no Brasil por se apresentar como

uma alternativa moderna e prática nas construções. Este estudo tem por objetivo avaliar

comparativamente o desempenho de diferentes sistemas estruturais para cobertura de galpões

industriais de uso geral, levando-se em conta o menor custo. Os modelos de cobertura

estudados serão totalmente em estrutura metálica, com perfis formados a frio comparando-se

as diferentes topologias. O cálculo e análise da estrutura em questão serão baseados nas

normas brasileiras e internacionais de construção em aço juntamente com a utilização de

softwares e planilhas eletrônicas desenvolvidas. Os resultados e estimativas de custo obtidos

no dimensionamento da estrutura demonstram que a estrutura pórticos de banzos paralelos

(PBP) mostrou-se mais econômica ao final do dimensionamento.

Palavras-chave: Perfis formados a frio, sistemas estruturais, coberturas.

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Sumário

1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................4

1.1 Justificativa da escolha do tema...................................................................................4

1.2 Objetivo geral ..............................................................................................................5

1.3 Objetivos Específicos ..................................................................................................5

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.........................................................................................6

2.1 Modelos de galpões / coberturas..................................................................................6

2.2 Princípios básicos de sistemas estruturais ...................................................................72.2.1 Tipos de pórticos ....................................................................................................10

2.3 Tipos de fechamento e cobertura ...............................................................................25

2.4 Joist ............................................................................................................................28

2.5 Ações .........................................................................................................................302.5.1 Ação do vento na edificação ..................................................................................302.5.2 Cargas Permanentes ...............................................................................................332.5.3 Cargas acidentais / sobrecarga ...............................................................................34

2.6 Normas para dimensionamento de estrutura em aço .................................................34

2.7 Dimensionamento de perfis conformados a frio ........................................................352.7.1 Uso de perfis formados a frio.................................................................................352.7.2 Comportamento estrutural de perfis de seção aberta .............................................372.7.3 Método da largura efetiva ......................................................................................392.7.4 Tipos de perfis formados a frio ..............................................................................412.7.5 Tipos e aços utilizados ...........................................................................................45

3. MATERIAIS E MÉTODOS...........................................................................................46

3.1 Materiais ....................................................................................................................463.1.4 Computador............................................................................................................473.1.5 Normas ...................................................................................................................473.1.5.1 Dimensionamento e verificação .........................................................................473.1.5.2 Ações do vento ...................................................................................................47

3.2 Metodologia ...............................................................................................................47

4. ANÁLISE ESTRUTURAL.............................................................................................48

4.1 Topologia ...................................................................................................................484.1.1 Treliças de banzos paralelos inclinados (TBP) ......................................................504.1.2 Pórtico com treliças de banzos paralelos inclinados (PBP) ...................................504.1.3 Treliça tipo fink (TTF) ...........................................................................................51

4.2 Dimensionamento da cobertura .................................................................................52

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5. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS.........................................53

5.1 Análise dos banzos.....................................................................................................53

5.2 Análise dos montantes ...............................................................................................54

5.3 Análise das diagonais.................................................................................................56

5.4 Análise das terças.......................................................................................................58

5.5 Análise da mão francesa ............................................................................................58

5.6 Análise dos pilares .....................................................................................................60

5.7 Análise dos acessórios ...............................................................................................62

Fonte: Autor ..........................................................................................................................62

5.8 Análise final do peso..................................................................................................64

5.9 Análise dos deslocamentos ........................................................................................65

6. CONCLUSÃO .................................................................................................................67

7. SUGESTAO PARA TRABALHOS FUTUROS...........................................................68

Referências ..............................................................................................................................69

Bibliografia Complementar ...................................................................................................71

ANEXO I .................................................................................................................................72

ANEXO II..............................................................................................................................113

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1. INTRODUÇÃO

1.1 Justificativa da escolha do tema

A estrutura metálica vem se consolidando no mercado brasileiro. E a construção em

aço vem para superar a cultura de uma sociedade calcada no uso do concreto. As perspectivas

de crescimento nesse nicho de mercado são grandes. A demora na utilização de estruturas

metálicas pelos construtores brasileiros enfrenta, como problema inicial grande aporte

financeiro, já as estruturas de concreto armado demandam investimentos também, mas a

realização se dá em maior espaço de tempo. O Brasil possui o melhor minério de ferro do

mundo (Revista Brasileira do Aço nº 42), mas só a partir de 1940, com a criação da

Companhia Siderúrgica Nacional (CSN), começou a beneficiar uma de suas maiores riquezas,

o minério de ferro, que antes era exportado e importado como produto beneficiado para o

Brasil; acrescida de altas taxas de imposto embutidas, transporte e lucro das empresas, tornou,

assim, a utilização de aço em edificações muito cara.

Acredita-se que a primeira obra a utilizar ferro fundido no Brasil foi a ponte Paraíba

do Sul construída em 1857 na cidade de Niterói, Rio de Janeiro, com 5 vãos de 30 metros

cada (BELLEI, 2010). A produção de estruturas metálicas em escala industrial data de 1750,

sendo que no Brasil só teve início no ano de 1812. De acordo com Pinheiro (2005), o grande

avanço na fabricação de perfis em larga escala ocorreu com a implantação das grandes

siderúrgicas; a tecnologia possibilitou desenvolver aços com qualidade, tornando assim a

construção civil uma de suas maiores consumidoras.

Nesse contexto da construção civil, em que a edificação de galpões é uma dos maiores

consumidoras de estrutura metálica, exigem-se soluções econômicas e versáteis para diversas

configurações e aplicações, como: lojas, ginásios, depósitos, garagens, hangares, fábricas,

entre outros.

As construções em estrutura metálica podem ser compostas por perfis metálicos de

diversas formas, como: perfil I, tipo C, circular, quadrado etc.

Dois tipos básicos de pórticos são utilizados na composição de galpões: pórticos de

perfis de alma cheia que utilizam perfis laminados ou perfis soldado, e pórticos treliçados, que

em geral, utilizam capas dobradas.

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1.2 Objetivo geral

Este trabalho tem como objetivo realizar um estudo comparativo, avaliar as possiveis

soluções estruturais para coberturas construídas por perfis conformados a frio, e realizar uma

revisão bibliográfica do tema proposto.

1.3 Objetivos Específicos

Para a realização dos objetivos gerais, faz-se necessário designar alguns objetivos

específicos:

Especificar topologias de pórticos utilizados na concepção de galpões;

Indicar a taxa de consumo de aço da estrutura;

Utilização de softwares;

Estudos das normas técnicas;

Estudos de ações que agem numa estrutura;

Analisar o modelo dos projetos estruturais com o consumo de aço;

Estimar a eficácia das estruturas calculadas;

Comparar o consumo de aço em função das dimensões e dos modelos da estrutura,

levando em consideração a ação do vento na estrutura.

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2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Modelos de galpões / coberturas

No mercado brasileiro é encontrado um portfolio com os mais variados tipos de

cobertura e galpões de um pavimento. De acordo com o Manual Brasileiro para Cálculo de

Estruturas Metálicas (MIC/STI, 1986), os galpões são geralmente construções de um

pavimento com a finalidade de fechar e cobrir grandes áreas, protegendo as instalações, os

produtos armazenados ou, simplesmente, fornecendo abrigo em relação às condições

climáticas externas. Destinam-se a diversos fins, como fábricas, almoxarifados, feiras,

ginásios, estádios, hangares etc. De acordo com Fisher (1993), a maioria dos edifícios

industriais tem como finalidade abrigar ou encobrir uma área para estocagem ou produção.

Segundo Schulte et. al. (1978), os galpões possuem a função de transmitir aos pilares, através

das treliças / vigas, ações resultantes do peso próprio e as provenientes da cobertura.

Os galpões de uso geral costumam ser obras de um pavimento que se estendem por

grandes áreas ou até mesmo em pequenos terrenos compostos por pórticos planos ou

espaciais, com cobertura na parte superior e fechamento nas laterais e/ou frontais conforme a

Figura 2.1.

Figura: 2.1 - Galpão industrial com indicação do nome usual de seus principais componentes

Fonte: Bellei (2010).

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Quanto a sua forma, os galpões podem ser agrupados em pórticos simples, pórticos

múltiplos e sheds. Os de pórticos simples são empregados sempre que se consiga vencer o vão

economicamente, sem a necessidade de serem utilizados pilares intermediários, ou exigência

de projeto. A utilização de pórticos múltiplos vem da necessidade de se cobrir grandes áreas

ou, ainda, utilizar pórticos múltiplos estaiados para se obterem vãos ainda maiores. O shed é

um tipo de galpão cuja cobertura é constituída por face de iluminação, normalmente vertical

onde é usual colocar-se lanternins com abertura fixa para ventilação, e outra de cobrimento,

inclinada (AÇOMINAS GALPOES EM ESTRUTURA METÁLICA, 1980).

A estrutura metálica traz como a opção de ser montada no local da obra ou no pátio de

empresas do ramo metalúrgico e, posteriormente, ser levada ao local de montagem.

Uma das características da estrutura metálica é a possibilidade de se industrializar a

fabricação das peças. Somente sendo viável se houver uma padronização dos elementos

estruturais, com isso garantindo qualidade, rapidez, segurança, e economia no processo de

fabricação.

2.2 Princípios básicos de sistemas estruturais

Os sistemas estruturais podem ser empregados em projetos de galpões, pois

apresentam vasta possibilidade de concepção ao propósito a que se destinam. Dentre os

sistemas estruturais mais utilizados estão os de pórticos planos transversais (Figuras 2.2 e

2.3), compondo a estrutura principal, estabilizados por estrutura secundárias em sua extensão.

O pórtico plano, para o qual será dado uma maior ênfase neste trabalho, é uma

estrutura reticulada constituída por barras existentes em um único plano, ou seja,

bidimensional. As ligações entre as barras são rígidas. As forças atuantes e o deslocamento do

pórtico estão no mesmo plano da estrutura; todos os binários que atuam no pórtico

têm seus vetores-momento normais ao plano. Os esforços internos resultantes que atuam em

qualquer seção de uma barra de um pórtico plano consistem em um "momento fletor", uma

"força cortante" e uma "força axial". O deslocamento geralmente é uma translação ou rotação

em algum ponto numa estrutura, causados pelos efeitos acumulados das deformações de todos

os elementos. Nos pórticos planos, as deformações significativas são por flexão e axiais. As

deformações produzidas pelo cortante são normalmente pequenas (MANUAL SOFTWARE

CALCULO ESTRUTURAL MUDADOS, 2012 p.7).

Figura: 2.2 - Galpão industrial com pórticos plano de alma cheia

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Fonte: Arquivo Medabil. Acesso em 08 ago. 2013. Disponível em:

<http://www.flickr.com/photos/medabil/sets/72157626513797419/show/>

Figura: 2.3 - Galpão formado por pórtico plano treliçado

Fonte: Arquivo metalúrgica Emanuel. Acesso em 08 ago. 2013. Disponível em:

<http://www.metalurgicaemanuel.com.br/item/itens.aspx?scid=1>

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Os pórticos espaciais (Figuras 2.4 e 2.5) são os tipos mais comuns de estruturas

reticuladas, visto que não há restrições na posição dos nós, direções dos membros ou direções

das cargas. Os membros individuais de um pórtico espacial podem suportar forças axiais

internas, binários torsores, binários fletores em ambas as direções principais da seção

transversal, bem como forças cortantes em ambas as direções principais da seção transversal

(GERE E WEAVER 1987).

Figura: 2.4 - Pórtico espacial

Fonte: Arquivo SPcom obras metálicas. Acesso em 09 ago. 2013. Disponível em:

<http://www.spcom.eng.br/espaciais.htm>

Figura: 2.5 - Pórtico espacial arena Buesa Espanha

Fonte: Arquivo Lanik do Brasil. Acesso em 09 ago. 2013. Disponível em:

<http://www.lanikdobrasil.com.br/br/estruturas-espaciais.html#>

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2.2.1 Tipos de pórticos

Os pórticos planos transversais para galpões de uso geral podem ser compostos de

varias maneiras. Um pórtico plano característico é composto por dois pilares e uma viga de

cobertura. As variações estruturais basicamente ocorrem nos pilares e vigas que compõem a

estrutura principal.

Em função da combinação das soluções entre colunas e vigas de cobertura, pode-se

conseguir uma maior ou menor transmissão de momentos fletores, o que determina o grau de

continuidade entre estes elementos estruturais. Outro aspecto importante na concepção dos

pórticos transversais é a definição do tipo de vinculação das colunas com a fundação. O tipo

de vínculo das colunas com a base altera os esforços transmitidos para as fundações e

influência, de maneira importante, o deslocamento horizontal da estrutura (NOGUEIRA,

2009, p.10).

Ao se trabalhar com um pórtico engastado nas bases, (Bellei 2006, p. 233) afirma que

é possível obter uma melhor redistribuição de esforços e um dimensionamento mais

econômico, com uma maior facilidade de montagem. Isso só é possível se o terreno de

fundação for capaz de suportar os esforços adicionais de momento fletor transmitidos pelo

pórtico.

Quando se trata de pórticos rotulados nas bases obtêm-se fundações mais econômicas

se comparadas aos pórticos engastados na base, favorecendo a implantação dessas estruturas

em terrenos de baixa capacidade de suporte (BELLEI, 2006, p.232). Todavia, as ações na

estrutura são maiores quando comparados com pórtico de base engastada. Sendo assim os

deslocamentos horizontais em pórticos de base engastada são maiores que os analisados. A

distância entre pórticos transversais é outro parâmetro importante na definição dos sistemas

estruturais e na topologia (Tabela 2.1). Não havendo restrições, escolhe-se o espaçamento

entre pórticos que oferece à maior economia no custo global da topologia.

Elementos secundários são beneficiados quando o espaçamento entre pórticos

transversais são menores. Neste caso, as ações em cada pórtico são reduzidas, mas ocorre um

aumento no número de pórticos e, consequentemente, no número de bases. Por outro lado,

espaçamentos maiores aumentam os elementos secundários da cobertura, mas reduzem o

número de pórticos e de bases (NOGUEIRA, 2009, p.11).

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Tabela: 2.1 - Espaçamento das estruturas entre vãos

Vão Espaçamentoentre pórticos

Pequeno: até 15 m 3 a 5Médio : 16 a 25 m 4 a 7

26 a 35 m 6 a 8Longo: 36 a 45 m 8 a 10Inércia variável: 46 a 60 m 9 a 12

Fonte: BELLEI, 1998, p.116

2.2.1.1 Estabilização da estrutura / contraventamentos horizontais e verticais

Apesar de o aço ser um material muito resistente, as peças estruturais são muito

esbeltas. Isso é uma grande vantagem, que por outro lado, as vezes, pode se tornar muito

inconveniente. Devido às esbeltes das estruturas metálicas este tipo de estrutura apresenta

grande instabilidade. Mesmo quando não sujeita a esforços de ventos, pode apresentar

deformações indesejáveis, fora dos planos de esforços principais. Como solução afim de

evitar a flambagem ou a falta de rigidez da estrutura ocasionada pela atuação do vento, são

utilizados contraventamentos.

A utilização do contraventamento pode ser de duas maneiras: temporariamente,

quando da montagem da estrutura, ou em definitivo. Como não se sabe em qual direção

poderá ocorrer o deslocamento do conjunto estrutural, o contraventamento deverá garantir a

imobilidade em todas as direções. Para que ele não se torne um elemento pesado, tanto do

ponto de vista visual como físico, deve-se, sempre que possível, fazer com que trabalhe a

tração axial (o mais favorável dos esforços). O método mais fácil de concebê-lo é fazendo o

em forma de X, pois assim as barras que compõem o X estarão submetidas à tração (Figura

2.7 e 2.8). A estrutura deverá ser estabilizada tanto no plano horizontal como no plano

vertical. Em cobertura de galpões a estabilização horizontal é realizada com

contraventamentos no plano inclinado do telhado.

O contraventamento horizontal é composto pelas barras em X, pelo banzo superior

das tesouras e pelas terças (figura 2.9). Esse conjunto forma uma grande treliça de banzos

paralelos que é responsável por levar qualquer força horizontal para os pilares (GALPÕES

EM ESTRUTURA DE AÇO CBCA MODULO 6, 2009, p16).

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Figura: 2.7 - Contraventamento de telhados

Fonte: Galpões em estrutura de aço CBCA modulo 6, 2009, p.16

Figura: 2.8 - Contraventamento de cobertura com tirantes

Fonte: Autor

A forças horizontais longe da região do contraventamento, as forças horizontais,

devido aos deslocamentos fora do plano da estrutura principal, são transmitidas a ele pelas

terças. Se a distância entre contraventamentos for muito grande, a eficiência de transmissão de

forças pelas terças fica muito prejudicada, devido ao fato de ficarem muito longas. Para maior

eficiência, os contraventamentos horizontais deverão ser previstos com afastamentos

convenientes, proporcionais a cada projeto.

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Figura: 2.9 - Contraventamento de telhados

Fonte: Galpões em estrutura de aço CBCA modulo 6, 2009, p16

A experiência mostra que, os contraventamentos mostram-se mais eficazes se

colocados a cada três ou quatro pórticos (Figura 2.10). Em outras palavras: os

contraventamentos não devem ser afastados mais que 25 m um do outro (GALPÕES EM

ESTRUTURA DE AÇO CBCA MÓDULO 6, 2009, p16).

Figura: 2.10 - Contraventamentos a cada 3 pórticos mostram mais eficiência

Fonte: Galpões em estrutura de aço CBCA módulo 6, 2009, p16

Os contraventamentos horizontais são necessários, mas não suficientes. As forças

horizontais que chegam aos pilares devem ser transmitidas às fundações. Para isso são

previstos contraventamentos verticais (Figura 2.11), executados no plano vertical e entre

pilares (GALPÕES EM ESTRUTURA DE AÇO CBCA MÓDULO 6, 2009, p16).

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Figura: 2.11 - Contraventamento no plano vertical entre pilares

Fonte: Galpões em estrutura de aço CBCA modulo 6, 2009, p18)

O contraventamento vertical representa, muitas vezes, um elemento de difícil

adaptação à arquitetura. Por isso, é necessário ser previsto na concepção do projeto

arquitetônico, quando se pode, inclusive, usá-lo como elemento estético. Constituem-se

elementos possíveis de serem usados como contraventamento vertical:

paredes de alvenaria;

paredes de concreto;

aporticamento entre pilares e vigas;

“X” metálico.

Apesar de possível, o uso das paredes de alvenaria como contraventamento não é

recomendado, em vista de sua possível eliminação quando de reformas. As paredes de

concreto mais permanentes são mais usadas, principalmente em edifícios altos. Especial

atenção deve ser dada ao processo construtivo, pois a diferença de velocidade de execução

dos dois materiais, quando não levado em conta, pode provocar atraso na execução da

estrutura metálica. As paredes de concreto podem formar o denominado núcleo rígido. Este

núcleo de concreto pode ser constituído das áreas de caixas de elevadores e escadas, que, se

construído com formas deslizantes, acompanha melhor a velocidade de estrutura de aço. O

aporticamento e o contraventamento em “X” são outras formas de enrijecer a estrutura. São

normalmente as mais usadas. O aporticamento consiste em enrijecer a ligação entre vigas e

pilares, diminuindo a deslocabilidade da estrutura. Os pórticos, entretanto, não tornam a

estrutura totalmente indeslocável, com isso os pilares passam a apresentar um comprimento

real de flambagem maior que à distância entre as vigas dos pavimentos contíguos, o que se

traduz na necessidade de pilares de maiores dimensões, aumentando o custo da estrutura.

Além disso, os pórticos são estruturas que apresentam momento fletor nos pilares, o que tende

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a aumentar ainda mais o seu custo. O uso do contraventamento em “X” é bem mais

econômico que o pórtico. Por outro lado, cria barreira formada pelo “X”, o que muitas vezes

impede o seu uso. Enfim, a decisão pelo uso do tipo mais adequado de contraventamento

vertical ficará, sempre, na dependência das possibilidades arquitetônicas, econômicas e

construtivas (Figura 2.12 ate 2.18) (EDIFÍCIOS RESIDENCIAIS E COMERCIAIS EM AÇO

CBCA MÓDULO 7, 2009, p15).

Figura: 2.12 - Contraventamento em forma de X

Fonte: Galpões em estrutura de aço CBCA módulo 6, 2009, p19

Figura: 2.13 - Contraventamento em forma de V

Fonte: Arquivo Vitruvius. Acesso em 10 ago. 2013. Disponível em:

<http://www.vitruvius.com.br/revistas/read/arquitextos/05.055/520>

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Figura: 2.14 - Contraventamento em forma de K

Fonte: Autor

Figura: 2.15 - Contraventamento em forma de Y

Fonte: Acesso em 10 ago. 2013. Disponível em: www.arq.ufsc.br)

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Figura: 2.16 - Contraventamento com parede

Fonte: Edifícios residenciais e comerciais em aço CBCA módulo 7, 2009, p14

Figuras: 2.17 - Modelos de contraventamento para edifícios com ponte rolante

Fonte: BELLEI 2010, 6ª ed. P153

2.2.1.2 Terças

São vigas colocadas na cobertura, situadas entre vigas principais ou secundárias de

pórticos ou tesouras (figura 2.18), com a finalidade de suportar as chapas de cobertura. Estão

normalmente sujeitas às solicitações de flexão composta e excepcionalmente a flexão simples

(caso de telhado plano), provocadas pelas cargas que atuam sobre as telhas, como: cargas

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acidentais (chuva, poeira, pessoas na cobertura) e pelas cargas provocadas pelo vento que

podem ser de pressão ou de sucção (BELLEI, 1998, p.139).

Figura: 2.18 - Terças para apoio das telhas

Fonte: Autor

Quando a distância entre apoios é muito grande (> 8m) outro artificio muito

empregado é a colocação de “mãos francesas” (Figura 2.19) um artificio muito utilizado e que

além de diminuir a vão dão um travamento na mesa inferior das vigas do pórtico ou do banzo

inferior das treliças (BELLEI, 1998, p.141).

19

Figura: 2.19 - Utilização de mão francesa

Fonte: Autor

2.2.1.3 Travamento em terças

São barras redondas ou retangulares entre apoios das terças (Figura 2.20) com a

finalidade de reduzir o vão entre elas no sentido da menor inércia. Estão unicamente sujeitos a

esforços de tração.

Coloca-se, normalmente, um tirante para distâncias entre apoios de vigas ate 6 m e

dois para vãos maiores que 6 m.

20

Figura: 2.20 - Barras para travamento das terças

Fonte: Autor

2.2.1.4 Tipos de conexões na estrutura

Existem dois tipos de ligações que podem ser permanentes ou desmontáveis, sendo

que as peças ligadas não tenham danos. As ligações do tipo permanente são executadas com

soldas ou rebites e as removíveis com parafusos ou pinos.

É fundamental que uma ligação transmita as cargas atuantes às peças e restrinja as

deformações na estrutura a limites admissíveis. (COLETÂNIA TÉCNICA DO USO DO AÇO

VOLUME III, 1989, p.9).

A rigidez das ligações, ou seja, sua capacidade de impedir a rotação relativa local das

peças ligadas é responsável pelo comportamento final da estrutura em termos de rotações e

deslocamentos. Isto quer dizer que, além das barras que compõem a estrutura, também as

ligações deverão estar convenientemente concebidas e dimensionadas, sob pena da estrutura

não se comportar, em termos de deslocamentos e rotações, conforme desejado. Dessa forma,

as ligações deverão ser projetadas conforme as hipóteses feitas para os nós das barras na

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análise estrutural (BIBLIOGRAFIA TÉCNICA PARA O DESENVOLVIMETO DA

CONSTRUÇÃO METÁLICA VOLUME II CBCA, 2003, p.12):

Nos locais que forem previstas ligações rígidas, deverão ser prenunciados detalhes que

efetivamente evitem a rotação relativa das partes (Figuras. 2.21 e 2.23 a).

Figura: 2.21 - Ligação de coluna com viga de pórtico

Fonte: Bibliografia técnica para o desenvolvimento da construção metálica volume II CBCA

Nos locais que se permita a rotação alusiva de ambas as partes, os detalhes e as peças

devem trabalhar com o mínimo de restrição possível possibilitando a rotação destas.

(Figuras. 2.22 e 2.23 b).

Figura: 2.22 - Ligação flexível de viga com coluna


22

Figura: 2.23 - Ligação rígida e flexível


Dependendo do grau de impedimento da rotação alusiva de ambas as partes, as

ligações podem ser classificadas de três seguintes tipos:

A ligação rígida entre elementos estruturais que se interceptam é tal que o ângulo entre

elas após carregamento da estrutura permanece o mesmo, com uma restrição à rotação

da ordem de 90% ou mais daquela teórica necessária à ocorrência de nenhuma rotação

(Figuras 2.23 a).

As ligações flexíveis devem ter rotação pequena para que se consiga obter na prática

entre os elementos estruturais. Em vigas sujeitas à flexão simples a força cortante

exercida por ela é devido à ligação flexível. Se a rotação em uma peça carregada for

maior ou igual a 80% da teoricamente esperada, caso a conexão seja totalmente livre

de rotacionar a ligação, é então considerada flexível (figuras. 2.23 b).

No caso de ligações semirrígidas a restrição à rotação está entre 20 e 90% da

teoricamente necessária para evitar qualquer rotação. Então, o momento transmitido

através da conexão não é nem zero (ou próximo de zero) como no caso de ligações

flexíveis nem o momento máximo (ou próximo dele) como no caso de conexões

rígidas. Para que se possa utilizar a ligação semirrígida, deverá ser conhecido primeiro

a relação de dependência entre o momento resistente e a rotação. As ligações

semirrígidas são raramente utilizadas, devido à dificuldade de se estabelecer esta

relação (BIBLIOGRAFIA TÉCNICA PARA O DESENVOLVIMETO DA

CONSTRUÇAO METÁLICA VOLUME II CBCA, 2003, p.12).

23

Na utilização de ligações soldadas e/ou aparafusadas na maioria das vezes, o cálculo

da ligação implica na verificação de grupos de parafusos e de linhas de solda. Os parafusos

devem resistir a esforços de tração e/ou cisalhamento como nas Figura 2.24 a e b, ao passo

que as soldas devem resistir a tensões de tração, compressão e/ou cisalhamento (Figura 2.24 c

e d). (BIBLIOGRAFIA TÉCNICA PARA O DESENVOLVIMETO DA CONSTRUÇAO

METÁLICA VOLUME II CBCA, 2003, p.13).

Figura: 2.24 - Esforços em parafusos e soldas


Dependendo dos esforços solicitantes e das posições relativas desses esforços e dos

grupos de parafusos ou linhas de solda resistentes as ligações podem ser dos seguintes tipos

básicos:

Cisalhamento centrado (Figura 2.25)

24

Cisalhamento excêntrico (Figura 2.26)

Tração ou compressão (Figura 2.27)

Tração ou compressão com cisalhamento (Figura 2.28)

Figura: 2.25 - Cisalhamento centrado


2003, p15

Figura: 2.26 - Cisalhamento excêntrico


2003, p15

Figura: 2.27 - Tração centrada


2003, p15

25

Figura: 2.28 - Tração com cisalhamento


2003, p15

2.3 Tipos de fechamento e cobertura

Os galpões de usos gerais podem ser destinados a vários tipos de usos, com isso alguns

dos empreendimentos necessitam ter fechamento lateral. Podem ser empregados vários

sistemas de fechamento como:

Alvenarias de tijolos maciços de barro, blocos cerâmicos, blocos de concreto

ou concreto celular;

Painéis pré-fabricados de concreto, de fibrocimento, de aço e do tipo dry wall;

Telhas metálicas, translúcidas e etc;

Fechamentos mistos (Figura 2.33).

O peso de fechamento lateral com telhas ou placas pode ser estimado entre 6,00 e

12,00 Kg/m² dependendo de cada projeto.

Para o fechamento da cobertura de galpões de usos gerais podem ser utilizados

diversos tipos de telhas:

Zipado (Figura 2.29)

Fibrocimento (Figura 2.30)

Metálica (Figura 2.31)

26

Sanduíche (Figura 2.32)

Figura: 2.29 - Telha zipada 360°, de modo que a emenda lateral das telhas fica impermeável

Fonte: Arquivo Mclean. Acesso em 12 ago. 2013. Disponível em:

<http://www.mclean.ind.br/produto/detalhar/Sistemas-de-Cobertura>

Figura: 2.30 - Modelos de telhas fibrocimento

Fonte: Arquivo Eternit. Acesso em 15 ago. 2013. Disponível em:

<http://www.eternit.com.br/produtos/coberturas/telhas-metalicas/index.php?>

27

Figura: 2.31 - Modelos de telhas metálicas

Fonte: Arquivo Eternit. Acesso em 15 ago. 2013. Disponível 3:

<http://www.eternit.com.br/produtos/coberturas/telhas-metalicas/index.php?>

Figura: 2.32 - Telha sanduíche

Fonte: Arquivo Açometal. Acesso em 15 ago. 2013. Disponível em:

<http://www.acometal.com/termo_acustica/>

28

Figura: 2.33 - Fechamento misto de galpões alvenaria e telha

Fonte: Arquivo Portal estruturas metálicas. Acesso em 19 ago. 2013. Disponível em:

<http://www.portalestruturasmetalicas.com.br/galpoes>

2.4 Joist

Joist é uma denominação para especificar treliças planas ou espaciais, muito utilizada

nos Estados Unidos da América (EUA) (Figura 2.34).

Esta tecnologia é utilizada há muito tempo em todo o mundo, porém foi normalizada

sob a forma de um código técnico pela primeira vez no brasil no ano de 1928, quando foi

constituído o Steel Joist Institute (SJI). Essa organização composta por fabricantes de

estruturas de aço tem como principal função, padronizar produtos e qualificar fabricantes de

joists através do desenvolvimento de tecnologia de cálculo, projeto, fabricação e montagem.

Para o cálculo dos joists podem ser utilizadas as normas americanas (AISC specification for

structural steel buildings) e a norma brasileira (NBR 14762/2001) (MANUAL CBCA JOIST,

2007, p.10).

29

Fatos Históricos

1928 – Fundação do SJI.

1929 – Criação da primeira tabela de cargas.

1953 – Incremento de vigas para ate 30 metros.

1959 – Novas tabelas de carga para aços com limite de escoamento de 234 Mpa.

1961 – Novas tabelas de carga para aços com limite de escoamento de 253 MPa

(ASTM A36).

1962 – Novas tabelas de carga para ações com limite de escoamento entre 253 e 350

Mpa.

1965 – Desenvolvimento da unificação de especificações como o AISC.

1970 – Incremento de vigas para até 44 metros e desenvolvimento de novas séries.

Aplicações dos joists na construção civil:

Coberturas de supermercados;

Coberturas de galpões industriais;

Coberturas de estabelecimentos comerciais;

Coberturas para estádios, ginásios, praças esportivas em geral, etc.

Fechamentos laterais;

Vigas de piso para apoio de laje.

Os joists têm sua maior eficiência quando utilizados em sistemas estruturais de

cobertura fechamentos laterais e pavimentos de edificações, em geral apresentando as

seguintes vantagens (MANUAL CBCA JOIST, 2007, p.12):

Eficiência do aço de alta resistência (ASTM A 36, ASTM A572-50, ASTM A 588);

Baixo peso das estruturas, fruto de uma eficiente relação entre peso próprio x

sobrecarga, o que ocasiona menores colunas e fundações;

Velocidade e facilidade de montagem;

Aumento das dimensões da construção, com redução do número de colunas e aumento

de flexibilidade do layout da edificação;

30

Otimização do pé direito da edificação, conseguida pela passagem de dutos através do

sistema treliçado de joist;

Em pisos de concreto armado, quando combinadas com forma, laje ou steel deck,

elimina-se completamente a utilização de escoramento;

Aplicação possível nos mais variados sistemas estruturais, sejam metálicos ou mistos

de concreto ou alvenaria.

Figura: 2.34 - Joist Isométrica esquemática – módulo padrão

Fonte: Manual CBCA joist, Rio de Janeiro, 2007, pg. 26

2.5 Ações

2.5.1 Ação do vento na edificação

Devido às ações do vento é comum a ruina total ou parcial de edificações. Segundo

Blessmann (2001,p11) “o vento não era problema em construções baixas, pesadas e de

grossas paredes, mas passou a ser em medida crescente quando as construções foram

tornando-se mais esbeltas, e as estruturas usadas constituídas com menos quantidade de

material”.

A maioria dos acidentes ocorre em construções leves, principalmente de grandes vãos

livres, tais como hangares, pavilhões de feira, cobertura de estádios, entre outros. Além de

prejuízos materiais, comprometem também a integridade humana.

31

Os acidentes ocorrem em construções mal executadas como, por exemplo, telhas leves

mal ancoradas, paredes mal construídas, estruturas sem contraventamentos, concreto de má

qualidade, tesouras de telhados mal dimensionadas e/ou ancoradas, etc. Se as normas

correspondentes à ação do vento e ao dimensionamento estrutural forem rigorosamente

seguidas, tem-se menor probabilidade de ocorrer acidentes devido às ações do vento

(BLESSMANN, 2001, P.23).

A velocidade do vento (V0) é responsável por vários efeitos danosos em edificações a

Figura 2.35 apresenta o gráfico das isopletas da velocidade básica no Brasil. Os ventos de

maiores intensidades são de interesse na engenharia estrutural. Assim, como a rugosidade do

terreno, os obstáculos naturais e artificiais serão objetos de considerações para sua

determinação (BLESSMANN, 2001, P.16).

A ação de vento no Brasil é calculada segundo a NBR 6123/1988 dependendo

necessariamente de dois aspectos: meteorológico e aerodinâmicos. A velocidade a ser

considerada no projeto de uma edificação é valida a partir das considerações como

(GONÇALVES et al., 2004, p.12):

Fator topográfico S1 que leva em consideração as variações na superfície do

terreno tabela 2.2.

Tabela: 2.2 - Fator S1

Topografia S1a) Terreno plano ou fracamente acidentado. 1,0

b)

Taludes e morros: taludes e morros alongados, nos quais podeser admitido um fluxo de ar bidimensional soprando no sentidoindicado na figura 2.36. No ponto A (morros) e nos pontos A eC (taludes)

1,0

c) Vales profundos, protegidos de vento e qualquer direção. 0,9

Fonte: Bellei 2010, p.93

Fator rugosidade S2 que depende das condições da vizinhança e das dimensões

da edificação em questão. O fator S2 vizinhança se divide em 5 tipos de

categoria onde os terrenos contem ou não obstáculos, sendo com pouco ou

muito, dependendo do espaçamento entre estres obstáculos; e o fator dimensão

da obra varia da classe A à C.

32

Fator estatístico S3 que leva em consideração a durabilidade “vida útil” e a

segurança da edificação conforme tabela 2.3.

Tabela 2.3: Fator S3

Grupo Descrição S3

1

Edificações cuja ruína total ou parcial pode afetar a segurança oupossibilidade de socorro a pessoas após uma tempestade destrutiva (hospitais,quartéis de bombeiros e de forças de segurança, centrais de comunicaçãoetc.)

1,10

2 Edificação para hotéis e residências. Edificações para comércio e indústriacom alto fator de ocupação 1,00

3 Edificação e instalações industriais com baixo fator de ocupação (depósitos,silos, construções rurais etc) 0,95

4 Vedação (telhas, vidros, painéis de vedação etc. 0,885 Edificações temporárias. Estruturas dos grupos 1 a 3 durante construção. 0,83

Fonte: BELLEI 2010, p.96

Figura: 2.35 - Isopletas da velocidade básica do vento Vo (m/s)

Fonte: NBR 6123/1988 ABNT

33

Figura: 2.36 - Fator topográfico S1

Fonte: NBR 6123/2013 ABNT

Após encontrados os fatores S1,S2 e S3 e possível calcular a velocidade característica

do vento (Vk) no local onde será construído a edificação através da formula 2.1 .

= 0. 1. 2. 3 (2.1)2.5.2 Cargas Permanentes

A carga permanente é uma carga vertical composta pelo peso próprio da estrutura e

pelo peso dos materiais de acabamento, como chapas de piso, cobertura, tapamento,

instalações elétricas etc. A sua correta avaliação depende acima de tudo da experiência

profissional ou da facilidade de comparação com obras similares. Deve ser avaliada por

partes, à medida que se dimensionam as peças. A variação nesta avaliação deve ficar abaixo

de 10%, de acordo com o prescrito nas normas, como margem de segurança. Caso contrário,

dever-se-á acrescentar ou retirar o excedente e fazer nova verificação no dimensionamento

(BELLEI, 2010, p.85).

34

2.5.3 Cargas acidentais / sobrecarga

São as cargas que podem atuar ou não na estrutura. Em geral, em galpoes de porte

pequeno e médio, fora de zonas de acúmulo de poeira, adota-se, para sobrecarga nas

coberturas, 15 Kgf/m² para cobrir chuvas etc, e para galpões em zonas siderúrgicas adota-se

um mínimo de 50Kgf/m². A NBR 6120/80 preconizar no item 2.2.1.4 que para elementos

isolados de cobertura, com terça e banzos superiores de treliças, seja feita verificação

adicional para uma carga concentrada de 1,00 KN = 100 kgf aplicada na posição mais

desfavorável, além da carga permanente. Portanto, neste caso devem ser feitas ambas as

verificações. Outras cargas eventuais podem atuar na estrutura, sendo fruto da análise do

projetista (BELLEI, 2010, p. 85).

2.6 Normas para dimensionamento de estrutura em aço

Existem várias normas técnicas para o dimensionamento de galpão de uso geral, será

baseado nas normas brasileiras e internacionais de dimensionamentos, ações, cargas etc.:

A NBR 14762, “Dimensionamento de Estruturas de Aço Constituídas por Perfis

Formados a Frio”, foi desenvolvida pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) e

está baseada no método dos estados limites. Estabelece os princípios gerais para o

dimensionamento de perfis formados a frio, com espessura máxima igual a 8mm.

Esta norma foi elaborada tendo em vista a maior compatibilidade possível com as

normas brasileiras voltadas ao projeto de estruturas, como, a NBR 8800 e a NBR 8681 (ações

e segurança nas estruturas). A norma base adotada foi a norma americana AISI/96, o

EUROCODE 3/93 – parte 1.3 e, a norma Australiana AS/NZS 4600/96. Uma das

características fundamentais desta norma é que ela não restringe sua utilização a estruturas

civis, permitindo sua utilização para qualquer tipo de estrutura, como estrutura de veículos,

desde que sejam verificados os tipos de solicitações especiais a que a estrutura está

submetida; por exemplo, cargas dinâmicas ou fadiga.

NBR – 6120/1980 - Cargas Para o Cálculo de Edificações;

NBR – 6123/2013 - Forças Devidas ao Vento em Edificações;

NBR – 14762/2010 - Dimensionamento de Estruturas de Aço Constituídas por Perfis

Formados A frio;

35

NBR – 6255/2003 - Perfis Estruturais de Aço Formados A Frio;

NBR – 8800/2008 - Projetos de Estrutura de Aço e de Estrutura Mistas de Aço e Concreto

de Edifícios – Procedimento;

NBR – 15279/2007 - Perfis Estruturais de Aço Soldados Por alta Frequência – eletrofusão

– Requisitos;

AISI 2012 – E.U. e México (ASD e LRFD);

2007 AISI – Canadá (LSD) AISI 2007 – Canadá (LSD)

2004 AISI – US & México (ASD e LRFD) AISI 2004 – E.u México (ASD e LRFD)


2001 AISI – US & México (ASD and LRFD) AISI 2001 – E.U. e México (ASD e LRFD)


1999 AISI – ASD e LRFD AISI 1999 – ASD e LRFD

ASCE 2002 – ASD e LRFD

AISC - specification for structural steel buildings.

2.7 Dimensionamento de perfis conformados a frio

2.7.1 Uso de perfis formados a frio

Segundo Nogueira (2009, p. 16) os perfis formados a frio (PFF) são obtidos por meio

de dobramento, em temperatura ambiente, de chapas de aço por dois processos distintos:

descontínuo, com a utilização de prensa dobradeira ou viradeira, ou contínua, por meio de

perfiladeira. O emprego desses perfis no Brasil iniciou-se por volta da década de 60 quando

algumas empresas buscam equipamentos para a realização de processos de dobramentos a frio

(Malite et al, 1998), mas a maior divulgação do uso desses perfis se deu a partir da publicação

da norma NBR 14762:2001 (ABNT, 2001). O uso de perfis formados a frio gera estruturas

mais leves se comparadas com outras estruturas. Normalmente apresentam uma maior relação

inércia/peso que os perfis laminados, o que consequentemente resulta em menor consumo de

material e, portanto, reduz o custo final de uma edificação. Carvalho et. Al. (2006) aponta

algumas vantagens do uso de perfis formados a frio (PFF) quando comparado aos perfis

laminados:

Facilidade de adequação à forma e às dimensões solicitadas. Com os perfis formados a

frio pode-se criar formas especiais de perfis para atender uma solicitação específica e

36

também pode-se otimizar dimensões de acordo com o valor da resistência compatível

com os valores de solicitação, o que representa economia;

Facilidade de produção e baixo custo de estoque. A produção dos perfis formados a

frio é muito barata se comparada à de um perfil laminado. Além do mais, permite que

uma construtora situada longe dos grandes centros, com um pequeno estoque de

chapas, com três ou quatro bitolas, possa produzir perfis que atendam, praticamente,

todos os casos do dia-a-dia;

Leveza nas edificações para cargas e vãos médios, em estrutura com perfis formados a

frio. A resistência pós-flambagem explorada nos perfis formados a frio, conjugada

com a forma e as dimensões otimizadas, conduz a estruturas mais leves.

Devido à rapidez e à economia que se pode obter com os perfis formados a frio eles

estao cada vez mais viáveis para a construção civil. Os perfis formado a frio são bastante

utilizados em vedação e elementos estruturais.

Outras aplicações comuns são:

Em telhas de cobertura e vedação;

Em sistemas de armazenagem industriais como prateleiras, racks e mezaninos; no

sistema de cobertura podem ser utilizadas como treliças planas ou espaciais e também

como terças;

Em habitações e ampliação de edifícios podendo ser empregados nos steel-frames e

dry wall;

Na agroindústria, empregados em máquinas, implementos agrícolas e silos;

Na construção civil de forma geral, os perfis também podem ser amplamente

empregados nas edificações residenciais, comerciais e industriais, torres de

transmissão, reservatórios, pontes, formas para concreto e etc.

37

2.7.2 Comportamento estrutural de perfis de seção aberta

Nos perfis formados a frio de seção transversal aberta devem ser considerados os

seguintes estados limites últimos: instabilidade local, instabilidade distorcional e instabilidade

global.

Segundo Pignatta e Silva (2008), as principais escolas brasileiras definem flambagem

como a ocorrência de um ponto de bifurcação no diagrama força x deslocamento de um ponto

de uma barra ou chapa comprimida. Em elementos estruturais reais, na presença de

imperfeições, não ocorre ponto de bifurcação e, portanto, segundo a definição não ocorre

flambagem. Em outras palavras distingue-se a flambagem da flexão composta. Como,

geralmente, as imperfeições das estruturas de aço são de pequeno valor, os modos de

deformação das barras de aço lembram os modos de flambagem.

Figura: 2.37 - Experimento mostrando o efeito das extremidades sobre o fenômeno de

flambagem

Fonte: Arquivo Wikipedia. Acesso em 10 set. 2013. Disponível em:

<http://pt.wikipedia.org/wiki/Flambagem>

Segundo Nogueira (2009, p.36), a capacidade resistente das barras considerando as

instabilidades globais relacionadas com a torção está diretamente associada à rigidez à flexão

38

EIy, e à rigidez à torção da seção. A parcela da torção, em especial, depende não apenas do

termo correspondente à chamada torção de Saint Venant, GIt , mas igualmente da rigidez ao

empenamento da seção, Cw. Quanto mais finas as paredes da seção do perfil, menores os

valores das propriedades It e Cw. Essas parcelas são proporcionais ao cubo da espessura “t”

das paredes, sofrendo grandes variações para pequenas alterações no valor da espessura.

Tabela 2.4: Valores de Cw e It

Fonte: Construções metálicas I, capítulo 7

Segundo Pignatta e Silva (2008), nas vigas em que os carregamentos não são aplicados

no centro de torção da seção, ocorre torção. As teorias de barras de Euler e de Timoshenko,

comumente ensinadas nos cursos de resistência dos materiais, não abrangem esse

comportamento das barras com seção aberta. Para que se tenha uma simples noção da

possibilidade de ocorrência do modo distorcional, BATISTA (2000) apresenta algumas

relações geométricas referentes à seção transversal que exercem grande influência no modo

crítico de instabilidade (Tabela 2.5).

39

Tabela 2.5 Influência das relações geométricas das seções tipo “U” enrijecido no modo crítico

Fonte: BATISTA (2000)

2.7.3 Método da largura efetiva

A norma NBR 14762:2010 (ABNT, 2010) estabelece princípios gerais para o

dimensionamento de perfis formados a frio com base no método dos estados limites. São

considerados o estado limite último e o estado limite de utilização.

A norma brasileira assume as seções como elementos esbeltos com uma associação de

placas. Assim, é utilizado o conceito da largura efetiva para considerar o efeito de flambagem

local em cada um dos elementos isolados. Com isso, resulta em um perfil com propriedades

geométricas efetivas, ou seja, uma área efetiva e um módulo resistente elástico efetivo. A

Figura 2.39 mostra exemplos de perfis efetivos, com porções virtuais de áreas retiradas, ou

seja, porções que não colaboram com a resistência (NOGUEIRA, 2009, p.19).

Figura 2.38: Larguras efetivas de perfil formado a frio

Fonte: Nogueira 2009 pg. 19

40

Os elementos estruturais tratados pela NBR 14762:2010 (ABNT, 2010) são vigas,

colunas e vigas-colunas. Todo o formulário referente à flambagem global está baseado nessa

classificação. Além disso, a variação de tensões é linear através dos elementos, e os esforços

considerados são generalizados: axial, flexão e cortante (NOGUEIRA, 2009, p.20). As

expressões de Von Kármán nas quais se fundamenta o método das larguras efetivas são:

= 1 ≥ (2.2)= < (2.3)

As expressões acima indicam que a relação entre a largura efetiva (bef) e a largura (b)

do elemento depende da relação entre a tensão crítica de flambagem elástica do elemento (fcr)

e a tensão aplicada (f).

Ao multiplicar o numerador e o denominador do primeiro membro da expressão (2.4)

pelo produto t.f (espessura do elemento (t) x tensão aplicada (f)) e o numerador e o

denominador do segundo membro pela área “A” do elemento, a expressão fica:

. ( .( . ) = .. (2.4)Tomando “f” como o valor limite de colapso (f = f) de todo o perfil, que pode ser a

tensão de colapso plástico, a tensão crítica de alguns modos de flambagem elástica ou uma

interação entre as duas formas de colapso citado, é possível reescrever a equação (2.11) como

sendo:

. ( . ). ( . ) = .. = (2.5)

41

Em que:

Pnl é a carga de compressão resistente nominal (carga última de colapso) do

elemento analisado, considerando que o elemento só é formado pela sua área efetiva (b

x t) e que a tensão aplicada toma seu valor limite (f = flim);

Plim é a carga limite obtida considerando que a totalidade da área da seção

transversal do elemento (b x t) colabora com a resistência e que a tensão aplicada é a

tensão limite (f = flim);

Pcr é a carga de flambagem elástica local do elemento (placa) analisada.

Trabalhos experimentais realizados por Winter (1947, 1968) e aperfeiçoados por

outros autores pesquisadores têm permitido modificar a expressão original de Von Kármán, a

qual, em função das cargas, é possível escrever como segue:

= . 1 − 0,22. = . 1 − 0,22. (2.6)O método da largura efetiva é amplamente utilizado por outras normas além da norma

brasileira, mas Carvalho et. al. (2006) apresenta algumas desvantagens:

• A determinação da seção efetiva é trabalhosa, sobretudo no caso de perfis esbeltos

submetidos à flexão. Há necessidade de realizar cálculos interativos quando a seção é formada

por vários elementos e/ou enrijecedores intermediários, embora isso possa ser parcialmente

contornado utilizando-se programas computacionais;

• Existem dificuldades para incluir o modo de flambagem distorcional no cálculo;

• O aprendizado do método é difícil, em função do grande volume de cálculo algébrico

envolvido, prejudicando a compreensão do comportamento estrutural do perfil.

2.7.4 Tipos de perfis formados a frio

Os perfis de aço formados a frio (Figura 2.39 á 2.48) são cada vez mais viáveis para

uso na construção civil, em vista da rapidez e economia exigidas pelo mercado. São

eficientemente utilizados em galpões, coberturas, mezaninos e edifícios de pequeno porte.

Podem ser projetados para cada aplicação específica, com dimensões adequadas às

42

necessidades do projeto de elementos estruturais leves, tais como terças, montantes e

diagonais de treliças, travamentos, etc. A maleabilidade das chapas finas de aço permite a

fabricação de grande variedade de seções transversais, desde a mais simples cantoneira,

eficiente para trabalhar a tração, até os perfis formados a frio duplos (seção-caixão), que

devido à boa rigidez, à torção (eliminando travamentos), menor área exposta, (reduzindo a

área de pintura) e menor área de estagnação de líquidos ou detritos (reduzindo a probabilidade

de corrosão) oferecem soluções econômicas.

Figura: 2.39 - Perfil U simples

Fonte: Catálogo Gravia

Figura: 2.40 - Perfil U enrijecido


43

Figura: 2.41 - Perfil caixa


Figura: 2.42 - Perfil retangular


Figura: 2.43 - Perfil cartola


44

Figura: 2.44 - Perfil cantoneira abas iguais


Figura: 2.45 - Perfil Z

Fonte: Acessado em 28 set. 2013. Disponível em: <http://www.jefer.com.br/img/perfil-z-

simples.jpg>

Figura 2.46: Perfil Z enrijecido

Fonte: Acesso em 28 set. 2013. Disponível em: <http://www.jefer.com.br/img/perfil-z-

enrijecido.jpg>

45

Figura: 2.48 - Perfil quadrado

Fonte: Catalogo Gravia

2.7.5 Tipos e aços utilizados

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. Em

estrutura usuais de aço, utilizam-se aços com um teor de carbono elevado a resistência e a

dureza (redução da ductilidade); porém, o aço resulta mais quebradiço e sua soldabilidade

diminui consideravelmente. Entre os aços carbono mais usados em estruturas, podemos citar:

o ASTM A36 E A570 E OS ABNT NBR 6648, 6649, 6650, 7007 e DIN St37.

Os aços de baixa liga são os aços-carbono acrescido 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 de

0,20%, permitindo, ainda assim, uma boa soldabilidade. Entre esses, podemos citar como

mais usuais o ASTM A572, A441, os ABNT NBR 5000, 5004, 7007; DIN St52 etc.

Com uma pequena variação na composição química e com adição de alguns

componentes, tais como vanádio, cromo, cobre, níquel, alumínio, nióbio, esses aços podem

ter aumentado sua resistência à corrosão atmosférica de duas a quatro vezes. São chamados

aços de baixa liga e alta resistência mecânica e resistentes à corrosão atmosférica, sendo

conhecidos também como aços patináveis. Entre eles podemos citar o ASTM A588, os ABNT

NBR 5008, 5920, 5921. As usinas nacionais produzem esses aços com os seguintes nomes

comerciais (BELLEI, 2010, p.21):

COR 420, produzidos pela CSN, CST, Gerdau e V&M do Brasil;

USI-SAC, produzido pela USIMINAS;

COS AR COR, produzido pela COSIPA.

46

3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 Materiais

Para o desenvolvimento deste projeto serão utilizados softwares de análise estrutural e

dimensionamento como SAP2000 V15, CFS 8 e Visual ventos Versão: 2.0.2.0.

3.1.1 Programa SAP

O SAP2000 V15 é um programa de elementos finitos, com interface gráfica 3D orientado

a objetos, preparado para realizar, de forma totalmente integrada, a modelação, análise e

dimensionamento do mais vasto conjunto de problemas de engenharia de estruturas.

Conhecido pela flexibilidade quanto ao tipo de estruturas que permite analisar, pela precisão

dos cálculos e pela confiabilidade de resultados, o SAP2000 V15 é a ferramenta diária de

trabalho de milhares de engenheiros. O vasto leque de aplicabilidade dos programas CSI

permite a sua utilização no dimensionamento de pontes, edifícios, estádios, barragens,

estruturas industriais, estruturas marítimas e qualquer outro tipo de infraestrutura que

necessite ser analisada e dimensionada. A versão 15 do programa inclui:

Atualização da Eurocóde de concreto armado e estruturas metálicas (EC2 e EC3);

Implementação das verificações das secções de classe 4;

Implementação de novas regras de dimensionamento ao sismo pelo EC8 e dos

respectivos espectros de resposta com base no nosso anexo nacional;

Visualização de tensões em elementos de barra;

3.1.2 Programa Visual Ventos

Visual ventos é um programa desenvolvido na UFP (Universidade de Passo Fundo) que

tem por objetivo a determinação das forças devido ao vento em edifícios de planta retangular

e cobertura a duas águas, de acordo com as prescrições da NBR6123: Forças Devidas ao

Vento em Edificações de 1988.

47

3.1.3 Programa CFS V8

O CFS é uma ferramenta completa de uso geral de dimensionamento de perfis formados

a frio, o programa executa cálculos de acordo com o AISI 2012 Edição da Especificação

norte-americana para projetos de aço formados a frio de elementos estruturais, e também

utiliza a norma ASCE para o dimensionamento elementos estruturais de aço inoxidável

(ASCE-8-02).

3.1.4 Computador

Será utilizado um computador HP com processador intel(R) Core(TM) i5 CPU M460

2.53GHz com 4 GB de memoria (RAM) sistema operacional 64 bits para o dimensionamento

do galpão em estrutura metálica.

3.1.5 Normas

3.1.5.1 Dimensionamento e verificação

Para perfis de chapa dobrada a frio será utilizada a AISI/2012 – LRFD – American

Iron And. Steel Institute.

3.1.5.2 Ações do vento

Será utilizado a NBR – 6123/88 – Forças Devidas ao Vento em Edificações.

3.2 Metodologia

Este trabalho tem como objetivo principal avaliar o desempenho de soluções

estruturais para coberturas composta por perfis formado a frio, a seguir serão apresentados os

parâmetros para o desenvolvimento do estudo considerando algumas das topologias de

coberturas disponíveis no mercado e utilizados com mais frequência em coberturas de

galpões.

48

4. ANÁLISE ESTRUTURAL

O tipo de análise estrutural pode ser classificado de acordo com o comportamento do

material e dos efeitos dos deslocamentos da estrutura. Tendo em vista o comportamento do

material estrutural, pode-se desenvolver uma análise global elástica (diagrama tensão-

deformação elástico-linear) ou uma análise global plástica (diagrama tensão-deformação

rígido-plástico, elastoplástico perfeito ou elastoplástico não-linear). Este segundo tipo de

análise é normalmente designado análise não-linear física.

Quanto aos efeitos dos deslocamentos da estrutura, pode-se realizar uma análise linear

(teoria de primeira ordem), com base na geometria indeformada da estrutura, ou uma análise

não-linear, com base na geometria deformada da estrutura. Este segundo tipo de análise é

normalmente designado como análise não-linear geométrica. A análise não-linear geométrica

deve ser usada sempre que os deslocamentos afetarem de forma significativa os esforços

internos. Essa análise pode ter como base teorias geometricamente exatas, teorias

aproximadas ou adaptações a resultados da teoria de primeira ordem.

A escolha de um tipo de análise deve assegurar principalmente que os resultados

obtidos serão representativos do real comportamento da estrutura. Segundo a NBR 8800:2008

(ABNT, 2008), a análise estrutural deve ser feita com um modelo realista, que permita

representar a resposta da estrutura e dos materiais estruturais, levando-se em conta as

deformações causadas por todos os esforços solicitantes relevantes. Onde necessário, a

interação solo-estrutura e o comportamento das ligações devem ser contemplados no modelo.

Neste trabalho será realizado apenas análise de primeira ordem da estrutura.

4.1 Topologia

Serão avaliados 3 topologias distintas para análise estrutural de uma cobertura de

dimensões 25 X 36 conforme a Figura 4.1 e modelo de fixação das terças conforme (figura

4.2). A estrutura dessa edificação é marcada pela repetição dos pórticos planos transversais,

separados por 6 m e ligados por terças em perfil U enrijecido. Os banzos diagonais e pilares

utilizarão perfis U simples, caixa enrijecido e cartola. Está previsto como material de

cobertura telhas trapezoidais de 40 mm de altura.

49

O objetivo destas análise será obter o consumo de aço da cobertura variando os

sistemas estruturais bem como os perfis que a compõem.

Figura: 4.1 – Esquema estrutural – planta baixa

Fonte: Autor

Figura 4.2: Esquema terça mão francesa.

Fonte: Autor

50

4.1.1 Treliças de banzos paralelos inclinados (TBP)

Na Figura 4.3 temos um modelo de treliça de banzos paralelos (TBP). A estrutura TBPé composta por pilares em perfil dobrado tipo caixa enrijecido, com treliça composta porbanzos paralelos em perfil dobrado tipo cartola, montantes e diagonais por perfil U, as mãofrancesas e as terças por perfis U enrijecido.

Os pilares da estrutura são engastados na base e a ligação do pilar com a treliça éflexível. Os elementos que compõem a treliça, as diagonais e os montantes são rotulados nassuas extremidades.

Figura 4.3: Treliça de banzos paralelos inclinados

Fonte: Autor

4.1.2 Pórtico com treliças de banzos paralelos inclinados (PBP)

Na Figura (4.5) temos um modelo de pórtico com treliça de banzos paralelos e pilar

treliçado O pilar é composto por perfis caixa enrijecido e U simples, os banzos da treliça são

compostos por peril U simples, diagonais U enrijecido, montantes U simples, mão francesa e

terças por perfis U enrijecido.

Os pilares da estrutura são rotulados na base, e a ligação do pilar com a treliça é

flexível. Os elementos que compõem a treliça, as diagonais e os montantes são rotulados nas

suas extremidades.

51

Figura 4.4: Pórtico com treliça de banzos paralelos inclinados

Fonte: Autor

4.1.3 Treliça tipo fink (TTF)

Na figura (4.4) apresenta-se o modelo de treliça tipo fink, onde possui somente os

banzos superiores inclinados, dando o aspecto de um trapézio. Os métodos de vinculação das

peças componentes da treliça e dos pilares são os mesmos que os dispostos na treliça de banzo

paralelo inclinado, ou seja, pilares engastados na base, ligações flexíveis entre a treliça e o

pilar e as extremidades das diagonais e dos montantes rotuladas. Sendo os pilares compostos

por perfil caixa enrijecido, banzos por perfil cartola, diagonais e montantes por perfil U

simples, terças e mão francesa por perfil U enrijecido.

52

Figura: 4.5 - Treliça tipo fink

Fonte: Autor

4.2 Dimensionamento da cobertura

O dimensionamento dos elementos estruturais seguirá a sequencia a seguir:

Escolha dos materiais;

Definição dos carregamentos permanentes (D);

Definição dos carregamentos de uso (L, Lr);

Definição da velocidade do vento;

Definição das ações do vento a 0º e 90º (W);

Definição do coeficiente de pressão interna e externa;

Definição da temperatura;

Pré-dimensionamento das peças;

Avaliação dos esforços;

Dimensionamento;

Atualização SAP;

Novos esforços;

Novo dimensionamento;

Análise de deslocamento;

Comparação dos resultados;

53

5. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

Apresentam-se neste capítulo os resultados de consumo de aço para as topologias TBP

(treliça de banzo paralelo), PBP (pórtico de banzo paralelo) e TTP (treliça tipo fink).

A taxa de consumo de aço é normalmente tomada como critério inicial para comparações

dos modelos de coberturas e galpões. Será apresentado a seguir o consumo de aço por

elemento estrutural.

5.1 Análise dos banzos

Os resultados do dimensionamento dos banzos são apresentados em gráficos.

Tabela: 5.1 - Peso do banzo.

Topologia Elemento Peso (tf)TBP Banzos 3,82PBP Banzos 2,46TTF Banzos 3,73

Fonte: Autor

Gráfico: 5.1 - Peso dos banzos em toneladas

Fonte: Autor

O Gráfico 5.1 mostra que a estrutura pórticos de banzo paralelo (PBP) apresentou o

menor consumo de aço para os banzos superior e inferior, uma diferença de 1,36 toneladas se

comparada com a TBP (treliça de banzo paralelo).

3,82

2,46

3,73

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

Banzos Banzos Banzos

TBP PBP TTF

54

Tabela: 5.2 - Comparação peso do banzo em porcentagem.

Topologia Elemento Peso (tf)

TBP Banzos 100%PBP Banzos 64%TTF Banzos 98%

Fonte: Autor

Gráfico: 5.2 - Porcentagem de peso.

Fonte: Autor

O Gráfico 5.2 apresenta a relação de porcentagem, onde se dividiu o peso do banzo de

cada topologia pelo maior peso apresentado que foi o TBP.

5.2 Análise dos montantes

Apresenta-se a seguir em gráficos os resultados do dimensionamento dos montantes.

Tabela: 5.3 - Peso dos montantes.

Topologia Elemento Peso (tf)TBP Montantes 0,74

PBP Montantes 0,61

TTF Montantes 0,76Fonte: Autor

1,00

0,64

0,98

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

Banzos Banzos Banzos

TBP PBP TTF

55

Gráfico: 5.3 - Peso dos montantes em toneladas

Fonte: Autor

O Gráfico 5.3 apresenta o consumo de aço para os montantes dos modelos estruturais,

o gráfico demonstra que o consumo de aço para a topologia PBP apresenta um consumo

menor de aço enquanto que as demais apresentaram consumos muito próximos.

Tabela 5.4: Comparação peso dos montantes em porcentagem.

Topologia Elemento Peso (tf)TBP Montantes 97%PBP Montantes 80%TTF Montantes 100%

Fonte: Autor

0,74

0,61

0,76

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Montantes Montantes Montantes

TBP PBP TTF

56

Gráfico: 5.4 – Porcentagem dos montantes.

Fonte: Autor

O montante da estrutura PBP apresenta uma economia de 20,00% de aço em relação a

TTF que consome mais aço.

5.3 Análise das diagonais

Os resultados do dimensionamento das diagonais são apresentados em gráficos como a seguir.

Tabela: 5.5 - Peso das diagonais

Topologia Elemento Peso (tf)TBP Diagonais 1,04PBP Diagonais 0,98TTF Diagonais 1,02

Fonte: Autor

0,97

0,80

1,00

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

Montantes Montantes Montantes

TBP PBP TTF

57

Gráfico: 5.5 - Gráfico do peso das diagonais em toneladas

Fonte: Autor

O dimensionamento da diagonal da treliça apresentou valores aproximados entre as

três topologias, mas o elemento estrutural da PBP apresentou menor valor.

Tabela 5.6: Peso em porcentagem.

Topologia Elemento Peso (tf)TBP Diagonais 100%PBP Diagonais 94%TTF Diagonais 98%

Fonte: Autor

Gráfico: 5.6 - Gráfico da porcentagem de peso das diagonais.

Fonte: Autor

1,000,94 0,98

0,000,100,200,300,400,500,600,700,800,901,001,10

Diagonais Diagonais Diagonais

TBP PBP TTF

1,000,94 0,98

0,000,100,200,300,400,500,600,700,800,901,001,10

Diagonais Diagonais Diagonais

TBP PBP TTF

58

O dimensionamento das diagonais apresenta uma economia relativamente baixa de

5,77% de aço.

5.4 Análise das terças

Para as três topologias calculadas foram consideradas o mesmo tipo de perfil.

Tabela: 5.7 - Peso das terças.

Topologia Elemento Peso (tf)

TBP Terças 3,44PBP Terças 3,44TTF Terças 3,44

Fonte Autor

Gráfico: 5.7 - Apresentação do peso das terças em toneladas.

Fonte: Autor

O peso total obtido foi de 3,44 toneladas para todas as terças de cada topologia.

5.5 Análise da mão francesa

Apresenta-se no gráfico o resultado do dimensionamento das mãos francesas.

3,44 3,44 3,44

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

Terças Terças Terças

TBP PBP TTF

59

Tabela: 5.8 - Peso da mão francesa.

Topologia Elemento Peso (tf)TBP Mão francesa 0,81PBP Mão francesa 0,81TTF Mão francesa 0,84

Fonte: Autor

Gráfico: 5.8 - Peso da mão francesa.

Fonte: Autor

No dimensionamento das mãos francesas das topologias TBP, PBP e TTF foi utilizado

o mesmo tipo de perfil, mas devido a TTF não apresentar banzos paralelos e ter uma

geometria que faça com que as peças entre os banzos aumentem de suas extremidades para o

centro ela obteve um peso maior.

Gráfico: 5.9 - Peso em porcentagem da mão francesa.

Topologia Elemento Peso (tf)TBP Mão francesa 96%PBP Mão francesa 96%TTF Mão francesa 100%

Fonte: Autor

0,81 0,81 0,84

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Mao francesa Mao francesa Mao francesa

TBP PBP TTF

60

Gráfico: 5.9 - Porcentagem de peso das mãos francesa.

Fonte: Autor

A economia de material se mostrou novamente muito baixa, uma economia de apenas

0,03 toneladas do total.

5.6 Análise dos pilares

Apresenta-se a seguir em gráficos os resultados do dimensionamento dos pilares

Tabela 5.10: Peso do pilar.

Topologia Elemento Peso (tf)TBP Pilar 2,53PBP Pilar 3,24TTF Pilar 3,26

Fonte: Autor

0,96 0,96 1,00

0,000,100,200,300,400,500,600,700,800,901,001,10

Mao francesa Mao francesa Mao francesa

TBP PBP TTF

61

Gráfico: 5.10 - Apresentação do peso do pilar em toneladas

Fonte: Autor

A TBP apresentou um peso menor, pois é composta por dois pilares em cada terça

sendo cada um de aproximadamente 6,6 metros de comprimento enquanto que a topologia

PBP é composta por quatro pilares em cada treliça sendo que a cada dois pilares eles são

interligados por diagonais e montantes formando um pilar treliçado, a TTF por apresentar

banzo inferior reto e precisar ter uma altura mínima teve que se utilizar de pilares mais altos e

com um perfil maior em relação aos demais.

Tabela: 5.11 – Peso em porcentagem dos pilares.

Topologia Elemento Peso (tf)TBP Pilar 78%PBP Pilar 99%TTF Pilar 100%

Fonte: Autor

2,53

3,24 3,26

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

Pilar Pilar Pilar

TBP PBP TTF

62

Gráfico: 5.11 - Apresentação da porcentagem do pilar.

Fonte: Autor

A diferença apresentada entre a TBP e as demais foi de 22,39% uma economia

considerável.

5.7 Análise dos acessórios

Os acessórios são compostos por terça de fechamento, contraventamentos, travamentos,

chapas (base do pilar) e chumbadores, são elementos necessários que também são levados em

consideração no dimensionamento das estruturas.

Tabela 5.12: Peso dos acessórios.

Topologia Elemento Peso (tf)TBP Acessórios 2,34PBP Acessórios 2,42TTF Acessórios 2,34

Fonte: Autor

0,78

0,99 1,00

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

Pilar Pilar Pilar

TBP PBP TTF

63

Gráficos: 5.12 - Apresentação do peso do pilar em toneladas

Fonte: Autor

O peso dos acessórios pode ser considerado igual, levando-se em conta que a diferença

de peso é de apenas 0,08 toneladas.

Tabela 5.13: Peso em porcentagem dos acessórios.

Topologia Elemento Peso (tf)TBP Acessórios 97%PBP Acessórios 100%TTF Acessórios 97%

Fonte: Autor

2,34 2,42 2,34

0,00

0,30

0,60

0,90

1,20

1,50

1,80

2,10

2,40

2,70

Acessorios Acessorios Acessorios

TBP PBP TTF

64

Gráficos: 5.13 - Apresentação da porcentagem do pilar

Fonte: Autor

5.8 Análise final do peso

Apresentação dos resultados do dimensionamento final da estrutura.

Tabela 5:14 Peso final

Topologia Peso (kg)PBP 13954,27TBP 14711,48TTF 15393,13

Fonte: Autor

1,00 1,03 1,00

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

Acessorios Acessorios Acessorios

TBP PBP TTF

65

Gráfico: 5.14 - Gráfico comparação do peso

Fonte: Autor

Na Tabela 5.14 apresenta-se o peso final das três topologias, adotando-se R$ 10,00

reais por quilo que é o preço utilizado no mercado para estimar o custo da estrutura temos que

a pórtico de banzo paralelo (PBP) custaria R$ 139,540.27 a treliça de banzos paralelos

apresentaria um custo a mais 5,43%, totalizando R$ 147,110.48 e a treliça tipo fink

apresentou um custo a mais de 10,31%, totalizando 153,930.13. Se fosse adotar uma estrutura

usaria-se a estrutura pórtico de banzos paralelos (PBP) que apresentou uma economia de R$

7,570.21 comparada a segunda estrutura mais econômica TBP.

5.9 Análise dos deslocamentos

Os deslocamentos máximos admissíveis considerados para a coberturas:

Deslocamentos horizontais h=H/300

Deslocamentos vertical v=L/250

Onde:

H - Altura máxima do pilar

L - Vão máximo entre pilares

Apresenta-se através de tabelas os deslocamentos máximos admissíveis para cada

topologia e os deslocamentos reais após dimensionamento e análise da estrutura.

13954,27

14711,48 15393,13

0,00

2000,00

4000,00

6000,00

8000,00

10000,00

12000,00

14000,00

16000,00

18000,00

PBP TBP TTF

66

Tabela: 5.15 Deslocamentos atuantes na estrutura

Desloc Cumeeira(cm)

Desloc Pilar(cm)

PBP 3,13 0,70TBP 4,79 1,55TTF 4,55 1.60

Fonte: Autor

Tabela: 5.16 Deslocamentos admissíveis

Desloc Cumeeira(cm)

Desloc Pilar(cm)

PBP 9,20 2,20TBP 9,20 2,20TTF 9,20 2,89

Fonte: Autor

A treliça das topologias PBP e TBP apesar de apresentarem o mesmo desenho não

apresentaram os deslocamentos parecidos. A topologia PBP como o esperado apresentou-se

mais rígida que as demais, mas todas apresentaram deslocamento dentro do esperado.

67

6. CONCLUSÃO

Os resultados obtidos após o dimensionamento das topologias demonstrou que a

treliça pórtico de banzos paralelos apresentou banzos, montantes e diagonais mais econômicas

que as demais topologias.

A treliça de banzos paralelos apresentou-se mais vantajosa no dimensionamento do

pilar. Já os demais elementos apresentaram resultados iguais para duas topologias como no

dimensionamento da mão francesa onde a TBP e PBP apresentaram mesmo peso por

apresentar a treliça com mesmo modelo.

No dimensionamento dos acessórios, a estrutura TBP e TTF apresentaram o mesmo

peso, apesar de a treliça possuir formato diferente. As terças foram dimensionadas utilizando-

se o mesmo tipo de perfil. A treliça tipo fink apesar de apresentar arquitetura diferente das

demais, obteve resultado semelhantes as demais treliças, em consideração que as topologias

apresentaram a mesma quantidade de montantes estes onde as terças transmitem seus

esforços.

As análises indicam que para o vão de 23 metros e pórticos a cada 6 metros a

cobertura composta pela treliça de pórticos de banzos paralelos (PBP) apresenta taxa de

consumo de aço inferior às demais topologias. Comparando-se o consumo da treliça PBP com

a segunda estrutura mais leve a TBP (treliça de banzo paralelo) a economia é de apenas

5,15%. Vale ressaltar que esta diferença pode variar, dependendo da geometria escolhida para

o pórtico treliçado. É importante ressaltar que apenas só foram consideradoas as partes que

compõem a estrutura. Não foi considerado e especificado o tipo de solda, sendo que, em um

quantitativo final a TBP por ter menos peças em sua composição, poderá acarretar um valor

final menor que as demais estruturas.

68

7. SUGESTAO PARA TRABALHOS FUTUROS

Utilizar os perfis cantoneiras, perfil tubular de seções (quadrada, circular, retangular),

perfil I e I enrijecido para dimensionamento das treliças.

Utilizar novas topologias de treliças como joists, treliçadas atirantadas, arco treliçados

atirantados para análise e dimensionamento da estrutura.

Otimizar altura das treliças.

Comparar o dimensionamento das treliças utilizando a NBR 14762/2010 com AISI -

2012.

Mudar perfil das terças para Z enrijecido.

Variar os vãos das treliças.

69

Referências

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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT.Dimensionamento de Estruturas de Aço Constituídas por Perfis Formados aFrio. - NBR-14762. Rio de Janeiro: ABNT, 2010. 87p.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. PerfisEstruturais de Aço Formados a Frio. - NBR-6255. Rio de Janeiro: ABNT, 2003.37p.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. Projeto deEstruturas de Aço e de Estrutura Mistas de Aço e Concreto de Edifícios -Procedimento: NBR-8800. Rio de Janeiro: ABNT, 2008. 237p.

BATISTA, E. M. et al. (2000). Estudos dos modos de instabilidade local de placa edistorcional em perfis de chapa dobrada de aço. In: JORNADASSUDAMERICANAS DE INGENIERIA ESTRUCTURAL, 29., Punta Del Este,Uruguay, nov. 2000. Memorias. 14p.

BELLEI, Ildony H. Edifícios Industriais em Aço - Projeto e Cálculo. 2.ed. SãoPaulo: PINI, 1998.



BLESSMANN, J. Acidentes Causados pelo Vento. 3.ed. revisado. Porto Alegre,Editora da Universidade/UFRGS, (Série Engenharia Estrutural 7), 1986.166p.

CARVALHO, P. R. M. Curso Básico de Perfis de Aço Formado a Frio. et al.Porto Alegre, 2006.

CFS, Cold-Formed Steel Design Software – Version 8. RSG Software,Inc. www.rsgsoftware.com.

COMPUTERS AND STRUCTURES, Inc. SAP 2000 advanced - StructuralAnalysis. Program - Version 15. Berkley: COMPUTERS AND STRUCTURES, Inc.,2011.

FISHER, J.M. IndustrialBuildings, Roofs to Column Achorage. Steel DesignGuide. Series, 7. Chicago: AISC. 1993.

70

GONÇALVES, R. M., SALES, J. J. de S., MALITE, M. Ação do Ventona. Edificações: teoria e exemplos. São Carlos: SET/EESC/USP, 2004.

MALITE, M., Sáles, J. J., Gonçalves, R. M. (1998). Algumas considerações sobre anova norma brasileira de estruturas de aço em perfis formados a frio. ArtigoTécnico, Revista Construção Metálica, n. 33, p. 22-26, 1998.

MINISTÉRIO DA INDÚSTRIA E DO COMÉRCIO. SECRETARIA DETECNOLOGIA INDUSTRIAL (MIC/STI). Manual Brasileiro para Cálculo deEstruturas Metálicas. v.1. Brasília: MIC/STI, 1986.

SCHULTE, H., YAGUI, T., PITTA, J.A.A. Estruturas Metálicas paraCoberturas. Informações Construtivas para Projetos Escolares. São Carlos:SET/ESSC/USP, 1978.

SILVA, E. L., PIGNATTA, V. S. Dimensionamento de perfis formados a frioconforme NBR 14762 e NBR 6355. Dados eletrônico. Rio de Janeiro:IBS/CBCA, 2008. 119p. – ( Série Manual de Construção em Aço).

NOGUEIRA, G. S. Avaliação de Soluções Estruturais para Galpões Compostos porPerfis de Aço Formado a Frio. Ouro Preto: Editora da Universidade/ UFOP, 2009

71

Bibliografia Complementar

AÇOMINAS. Galpões em Estrutura Metálica (Coletânea Técnica do Uso doAço). Belo Horizonte: Açominas, 1989. v.VII.

CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇAO EM AÇO- CBCA. EdificiosResidenciais e Comerciais Em Aço – Modulo 7 – Rio de Janeiro: CBCA, 2009.15p.

CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇAO EM AÇO- CBCA. Galpoes emEstrutura de Açoo – Modulo 6 – Rio de Janeiro: CBCA, 2009. 16p.

CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇAO EM AÇO- CBCA. BibliografiaTecnica Para o Desenvolvimento da Construção Metalica– Volume II – Rio deJaneiro: CBCA, 2003. 12p.

CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇAO EM AÇO- CBCA. Manual Joist – Riode Janeiro: CBCA, 2007. 10p.

CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇAO EM AÇO- CBCA. EdificiosResidenciais e Comerciais Em Aço – Modulo 7 – Rio de Janeiro: CBCA, 2009.15p. Revista Brasileira do Aço (INDA) n.º 42 – 1999 “A hora e a vez do Aço”

PINHEIRO, A. C. da F. B. Estrutura metálica: cálculo, detalhamento,exercícios e projeto. 2.ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2005.

Manual Brasileiro para Cálculo de Estruturas Metálicas, Rio de Janeiro, 1986. 8

72

ANEXO I

MEMORIAL DE CÁLCULO - PÓRTICO DE BANZOS PARALELOS (PBP)

1. CONSIDERAÇÕES GERAIS:

1.1- Tipo de estrutura: Treliça de banzos paralelos.

1.2 - Vão livre(max): 23 m.

1.3 - Pé-direito livre (min): 6,61 m

1.4 - Altura total da edificação: 10,66 m

1.5 - Inclinação da cobertura (conforme arquitetura): 13,02º

1.6 - Tipo de perfil: Chapa dobrada a frio

1.7 - Terças: Perfil dobrado “c” enrijecido

1.10 - Local da construção: Brasília- DF

73

2. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS:

2.1 - Aço estrutural: Para a fabricação da estrutura metálica deverá ser utilizado

o aço USI-SAC 300 ou equivalente;

2.2 - Dimensionamento dos perfis: No dimensionamento dos perfis soldados

serão obedecidas as prescrições estabelecidas pelo AISI/2012;

2.3 - Solda: Deverá ser utilizado eletrodo AWS-E-7018;

2.4 - Vento: Nas considerações das forças devido à ação estática do vento serão

obedecidas as prescrições estabelecidas pela NBR-6123/88. (carregamento da

cobertura).

74

3. TOPOLOGIAS:

Figura: 3.1 - Pórtico de Banzos Paralelos

Fonte: Autor

4. AÇÕES:

A seguir serão calculadas as ações para as topologias, treliça de banzos

paralelos (Figura 3.1), pórtico de banzos paralelos (Figura 3.2) e treliça tipo fink

(Figura 3.3).

4.1 Ações permanentes – (D)

Peso próprio ............................................................................... SAP

Telhas.............................................................................. 10,00Kgf/m²

Acessórios (XH/XV/MF)....................................................... 2,00Kf/m²

Ações permanentes – (D) ................................................ 12,00Kgf/m²

75

4.1.1 Carregamentos na terça

Carregamento nas Terças - D

Terças Açõespermanente

Distânciaentre nós

Carregamentodos nós

1 e 21 12,00 Kgf/m² x 0,51 m = 6,12 Kgf/m2 e 20 12,00 Kgf/m² x 1,16 m = 13,92 Kgf/m3 e 19 12,00 Kgf/m² x 1,30 m = 15,54 Kgf/m4 e 18 12,00 Kgf/m² x 1,30 m = 15,54 Kgf/m5 e 17 12,00 Kgf/m² x 1,30 m = 15,54 Kgf/m6 e 16 12,00 Kgf/m² x 1,30 m = 15,54 Kgf/m7 e 15 12,00 Kgf/m² x 1,30 m = 15,54 Kgf/m8 e 14 12,00 Kgf/m² x 1,30 m = 15,54 Kgf/m9 e 13 12,00 Kgf/m² x 1,30 m = 15,54 Kgf/m10 e 12 12,00 Kgf/m² x 1,37 m = 16,44 Kgf/m

11 12,00 Kgf/m² x 0,72 m = 8,64 Kgf/m

4.2 Ações decorrente do uso – (L)

Instalações ............................................................................ 5 Kgf/m²

Reserva técnica...................................................................... 2Kgf/m²

Ações decorrente do uso – (L) .............................................. 7 Kgf/m²

76

4.2.1 Carregamento nas terças

Carregamento nas Terças - L

Terça Açõespermanente

Distanciaentre nós


1 e 21 7,00 Kgf/m² x 0,51 m = 3,57 Kgf/m2 e 20 7,00 Kgf/m² x 1,16 m = 8,12 Kgf/m3 e 19 7,00 Kgf/m² x 1,30 m = 9,07 Kgf/m4 e 18 7,00 Kgf/m² x 1,30 m = 9,07 Kgf/m5 e 17 7,00 Kgf/m² x 1,30 m = 9,07 Kgf/m6 e 16 7,00 Kgf/m² x 1,30 m = 9,07 Kgf/m7 e 15 7,00 Kgf/m² x 1,30 m = 9,07 Kgf/m8 e 14 7,00 Kgf/m² x 1,30 m = 9,07 Kgf/m9 e 13 7,00 Kgf/m² x 1,30 m = 9,07 Kgf/m

10 e 12 7,00 Kgf/m² x 1,37 m = 9,59 Kgf/m11 7,00 Kgf/m² x 0,72 m = 5,04 Kgf/m

Fonte: Autor

4.3 Ações decorrentes do uso – (Lr)

Manutenção ........................................................................ 15 Kgf/m²

Carregamento nas Terças - Lr

Terça Açõespermanente

Distânciaentre nós


1 e 21 15,00 Kgf/m² x 0,51 m = 7,65 Kgf/m2 e 20 15,00 Kgf/m² x 1,16 m = 17,40 Kgf/m3 e 19 15,00 Kgf/m² x 1,30 m = 19,43 Kgf/m4 e 18 15,00 Kgf/m² x 1,30 m = 19,43 Kgf/m5 e 17 15,00 Kgf/m² x 1,30 m = 19,43 Kgf/m6 e 16 15,00 Kgf/m² x 1,30 m = 19,43 Kgf/m7 e 15 15,00 Kgf/m² x 1,30 m = 19,43 Kgf/m8 e 14 15,00 Kgf/m² x 1,30 m = 19,43 Kgf/m9 e 13 15,00 Kgf/m² x 1,30 m = 19,43 Kgf/m10 e 12 15,00 Kgf/m² x 1,37 m = 20,55 Kgf/m

11 15,00 Kgf/m² x 0,72 m = 10,80 Kgf/mFonte: Autor

77

4.4 Ações do vento – (W)

a) Pressão dinâmica - qv

Vo = 35 m/s² (velocidade básica do vento adequada ao local da

construção da estrutura).

S1 = 1,00 (terreno plano ou fracamente acidentado).

S2 = 0,92 (categoria III, Classe B, z<10,5 m – frente 23,00m x lateral

36,00m).

S3 = 1,0 (grupo 2, edificações para hotéis e residências, edificações

para comércio e indústrias com alto fator de ocupação).

Vk = 32,34 m/s (velocidade característica do vento Vk = Vo. S1. S2.

S3).

q = 64 kgf/m² (velocidade característica do vento q = Vk²/16).

78

4.5 Coeficientes aerodinâmicos

4.5.1 Cobertura

- Coeficientes de pressão:

HIPÓTESES FINAIS (mais desfavorável)

P = (CPE - CPI)

Convenção da Norma:

P = Positivo Sobrepressão externa

P = Negativo Sucção externa

b) Coeficiente de pressão e de forma, externos, para telhados duas águas.

0.33 < ½ (h /b < ½ - h = 7,6m – b = 23m)

79

Figura: 4.1 – Representação das açoes do vento.

Fonte: Programa Visual ventos

O projeto de trata de uma cobertuta com fechamento laterais somente

na altura da treliça (1,22 m) os trechos C1, C2, A1, A2, A3, B1, B2 e B3

apresentam os coeficientes de pressão nas paredes de acordo com as figuras

a seguir:

80

Figura: 4.2 – Representação dos trechos

Fonte: Programa Visual ventos

Para simplificação de cálculo as forças devido a ação do vento serão

transferidas diretamente para os nós de empena da treliça e os nós que

possuem terças.

81

4.1.2 Carregamento dos fechamentos da treliça - Vento 0º (Cpi = -0,2)

Vento 0⁰ - (WL1)

Pilares Velocidadecaracterística

Coeficiente depressão Cpi Distância

entre nósAltura

fechamento Carregamento

1 e 21 64,00 Kgf/m² 0,70 0,20 0,51 m 1,22 m 9,96 Kgf2 e 20 64,00 Kgf/m² 0,70 0,20 1,16 m 1,22 m 22,64 Kgf3 e 19 64,00 Kgf/m² 0,70 0,20 1,30 m 1,22 m 25,28 Kgf4 e 18 64,00 Kgf/m² 0,70 0,20 1,30 m 1,22 m 25,28 Kgf5 e 17 64,00 Kgf/m² 0,70 0,20 1,30 m 1,22 m 25,28 Kgf6 e 16 64,00 Kgf/m² 0,70 0,20 1,30 m 1,22 m 25,28 Kgf7 e 15 64,00 Kgf/m² 0,70 0,20 1,30 m 1,22 m 25,28 Kgf8 e 14 64,00 Kgf/m² 0,70 0,20 1,30 m 1,22 m 25,28 Kgf9 e 13 64,00 Kgf/m² 0,70 0,20 1,30 m 1,22 m 25,28 Kgf10 e 12 64,00 Kgf/m² 0,70 0,20 1,37 m 1,22 m 26,74 Kgf

11 64,00 Kgf/m² 0,70 0,20 0,72 m 1,22 m 14,05 KgfFonte: Autor

Vento 0⁰ - (WL1)

Terça Velocidadecaracterística


entre nósAltura


1 e 21 64,00 Kgf/m² -0,31 0,20 0,51 m 1,22 m -10,15 Kgf2 e 20 64,00 Kgf/m² -0,31 0,20 1,16 m 1,22 m -23,10 Kgf3 e 19 64,00 Kgf/m² -0,31 0,20 1,30 m 1,22 m -25,78 Kgf4 e 18 64,00 Kgf/m² -0,31 0,20 1,30 m 1,22 m -25,78 Kgf5 e 17 64,00 Kgf/m² -0,31 0,20 1,30 m 1,22 m -25,78 Kgf6 e 16 64,00 Kgf/m² -0,31 0,20 1,30 m 1,22 m -25,78 Kgf7 e 15 64,00 Kgf/m² -0,31 0,20 1,30 m 1,22 m -25,78 Kgf8 e 14 64,00 Kgf/m² -0,31 0,20 1,30 m 1,22 m -25,78 Kgf9 e 13 64,00 Kgf/m² -0,31 0,20 1,30 m 1,22 m -25,78 Kgf10 e 12 64,00 Kgf/m² -0,31 0,20 1,37 m 1,22 m -27,28 Kgf

11 64,00 Kgf/m² -0,31 0,20 0,72 m 1,22 m -14,34 KgfFonte: Autor

82

Vento 0⁰ - (WL1)



entre pilaresAltura


1 a 3 64,00 Kgf/m² 0,80 0,20 6,00 m 1,22 m 140,54 Kgf3 e 4 64,00 Kgf/m² 0,49 0,20 6,00 m 1,22 m 67,93 Kgf4 e 7 64,00 Kgf/m² 0,32 0,20 6,00 m 1,22 m 28,11 Kgf

Fonte: Autor

4.1.3 Carregamento dos fechamentos da treliça - Vento 0º (Cpi = 0,3)

Vento 0⁰ - (WL2)



entre nósAltura


1 64,00 Kgf/m² 0,70 -0,30 0,51 m 1,22 m 19,91 Kgf2 64,00 Kgf/m² 0,70 -0,30 1,16 m 1,22 m 45,29 Kgf3 64,00 Kgf/m² 0,70 -0,30 1,30 m 1,22 m 50,56 Kgf4 64,00 Kgf/m² 0,70 -0,30 1,30 m 1,22 m 50,56 Kgf5 64,00 Kgf/m² 0,70 -0,30 1,30 m 1,22 m 50,56 Kgf6 64,00 Kgf/m² 0,70 -0,30 1,30 m 1,22 m 50,56 Kgf7 64,00 Kgf/m² 0,70 -0,30 1,30 m 1,22 m 50,56 Kgf8 64,00 Kgf/m² 0,70 -0,30 1,30 m 1,22 m 50,56 Kgf9 64,00 Kgf/m² 0,70 -0,30 1,30 m 1,22 m 50,56 Kgf10 64,00 Kgf/m² 0,70 -0,30 1,37 m 1,22 m 53,48 Kgf11 64,00 Kgf/m² 0,70 -0,30 0,72 m 1,22 m 28,11 Kgf

Fonte: Autor

83

Vento 0⁰ - (WL2)

Terça Velocidadecaracterística


entre nósAltura


21 64,00 Kgf/m² -0,31 -0,30 0,51 m 1,22 m -0,20 Kgf20 64,00 Kgf/m² -0,31 -0,30 1,16 m 1,22 m -0,45 Kgf19 64,00 Kgf/m² -0,31 -0,30 1,30 m 1,22 m -0,51 Kgf18 64,00 Kgf/m² -0,31 -0,30 1,30 m 1,22 m -0,51 Kgf17 64,00 Kgf/m² -0,31 -0,30 1,30 m 1,22 m -0,51 Kgf16 64,00 Kgf/m² -0,31 -0,30 1,30 m 1,22 m -0,51 Kgf15 64,00 Kgf/m² -0,31 -0,30 1,30 m 1,22 m -0,51 Kgf14 64,00 Kgf/m² -0,31 -0,30 1,30 m 1,22 m -0,51 Kgf13 64,00 Kgf/m² -0,31 -0,30 1,30 m 1,22 m -0,51 Kgf12 64,00 Kgf/m² -0,31 -0,30 1,37 m 1,22 m -0,53 Kgf11 64,00 Kgf/m² -0,31 -0,30 0,72 m 1,22 m -0,28 Kgf

Fonte: Autor

Vento 0⁰ - (WL2)



entre pilaresAltura


1 a 3 64,00 Kgf/m² 0,80 -0,30 6,00 m 1,22 m 257,66 Kgf3 e 4 64,00 Kgf/m² 0,49 -0,30 6,00 m 1,22 m 185,05 Kgf4 e 7 64,00 Kgf/m² 0,32 -0,30 6,00 m 1,22 m 145,23 Kgf

Fonte: Autor

84

4.1.4 Carregamento dos fechamentos da treliça - Vento 90º (Cpi = -0,2)

Vento 90⁰ - (WL3)

Terças Velocidadecaracterística


entre nósAltura


1 64,00 Kgf/m² 0,89 0,20 0,51 m 1,22 m 13,74 Kgf2 64,00 Kgf/m² 0,89 0,20 1,16 m 1,22 m 31,25 Kgf3 64,00 Kgf/m² 0,89 0,20 1,30 m 1,22 m 34,88 Kgf4 64,00 Kgf/m² 0,89 0,20 1,30 m 1,22 m 34,88 Kgf5 64,00 Kgf/m² 0,89 0,20 1,30 m 1,22 m 34,88 Kgf6 64,00 Kgf/m² 0,89 0,20 1,30 m 1,22 m 34,88 Kgf7 64,00 Kgf/m² 0,89 0,20 1,30 m 1,22 m 34,88 Kgf8 64,00 Kgf/m² 0,89 0,20 1,30 m 1,22 m 34,88 Kgf9 64,00 Kgf/m² 0,89 0,20 1,30 m 1,22 m 34,88 Kgf10 64,00 Kgf/m² 0,89 0,20 1,37 m 1,22 m 36,90 Kgf11 64,00 Kgf/m² 0,89 0,20 0,72 m 1,22 m 19,40 Kgf

Fonte: Autor

Vento 90⁰ - (WL3)



entre nósAltura


21 64,00 Kgf/m² 0,49 0,20 0,51 m 1,22 m 5,77 Kgf20 64,00 Kgf/m² 0,49 0,20 1,16 m 1,22 m 13,13 Kgf19 64,00 Kgf/m² 0,49 0,20 1,30 m 1,22 m 14,66 Kgf18 64,00 Kgf/m² 0,49 0,20 1,30 m 1,22 m 14,66 Kgf17 64,00 Kgf/m² 0,49 0,20 1,30 m 1,22 m 14,66 Kgf16 64,00 Kgf/m² 0,49 0,20 1,30 m 1,22 m 14,66 Kgf15 64,00 Kgf/m² 0,49 0,20 1,30 m 1,22 m 14,66 Kgf14 64,00 Kgf/m² 0,49 0,20 1,30 m 1,22 m 14,66 Kgf13 64,00 Kgf/m² 0,49 0,20 1,30 m 1,22 m 14,66 Kgf12 64,00 Kgf/m² 0,49 0,20 1,37 m 1,22 m 15,51 Kgf11 64,00 Kgf/m² 0,49 0,20 0,72 m 1,22 m 8,15 Kgf

Fonte: Autor

85

Vento 90⁰ - (WL3)



entre pilaresAltura


1 a 7 64,00 Kgf/m² 0,70 0,20 6,00 m 1,22 m 117,12 Kgf1 e 7 64,00 Kgf/m² 0,49 0,20 6,00 m 1,22 m 67,93 Kgf

Fonte: Autor

4.1.5 Carregamento dos fechamentos da treliça - Vento 90º (Cpi = 0,3)Vento 90⁰ - (WL4)



entre nósAltura



Fonte: Autor

86

Vento 90⁰ - (WL4)



entre nósAltura



Fonte: Autor

Vento 90⁰ - (WL4)



entre pilaresAltura


1 a 7 64,00 Kgf/m² 0,70 -0,30 6,00 m 1,22 m 234,24 Kgf1 e 7 64,00 Kgf/m² 0,49 -0,30 6,00 m 1,22 m 185,05 Kgf

Fonte: Autor

87

Vento a 0º com os coeficientes de pressão obtidos no visualventos.

Fonte: Programa visual ventos

Vento a 90 º com os coeficientes de pressao obtidos no visualventos.

Fonte: Programa visual ventos

88

c) Coeficiente de pressão interna – Cpi

Cpi = 0,2 (para ventos perpendicular a uma face permeável)

Cpi = -0,3 ( para vento perpendicular a uma face impermeável)

4.3.1 Combinações dos coeficientes de pressão – Hipóteses finais

4.3.1.1 Vento 0º (Cpi = -0,2)

89

Vento 0⁰ - (WL1) TRECHO 1

Região dacobertura Terças Velocidade

característicaCoeficientede pressão Cpi Distância

entre nós Carregamento

1 e 21 64,00 Kgf/m² -1,40 0,20 0,51 m -52,22 Kgf/m2 e 20 64,00 Kgf/m² -1,40 0,20 1,16 m -118,78 Kgf/m3 e 19 64,00 Kgf/m² -1,40 0,20 1,30 m -132,61 Kgf/m4 e 18 64,00 Kgf/m² -1,40 0,20 1,30 m -132,61 Kgf/m5 e 17 64,00 Kgf/m² -1,40 0,20 1,30 m -132,61 Kgf/m6 e 16 64,00 Kgf/m² -1,40 0,20 1,30 m -132,61 Kgf/m7 e 15 64,00 Kgf/m² -1,40 0,20 1,30 m -132,61 Kgf/m8 e 14 64,00 Kgf/m² -1,40 0,20 1,30 m -132,61 Kgf/m9 e 13 64,00 Kgf/m² -1,40 0,20 1,30 m -132,61 Kgf/m

10 e 12 64,00 Kgf/m² -1,40 0,20 1,37 m -140,29 Kgf/m11 64,00 Kgf/m² -1,40 0,20 0,72 m -73,73 Kgf/m





1 e 21 64,00 Kgf/m² -1,40 0,20 0,51 m -52,22 Kgf/m2 e 20 64,00 Kgf/m² -1,40 0,20 1,16 m -118,78 Kgf/m3 e 19 64,00 Kgf/m² -1,40 0,20 1,30 m -132,61 Kgf/m4 e 18 64,00 Kgf/m² -1,40 0,20 1,30 m -132,61 Kgf/m

E / G

5 e 17 64,00 Kgf/m² -0,80 0,20 1,30 m -82,88 Kgf/m6 e 16 64,00 Kgf/m² -0,80 0,20 1,30 m -82,88 Kgf/m7 e 15 64,00 Kgf/m² -0,80 0,20 1,30 m -82,88 Kgf/m8 e 14 64,00 Kgf/m² -0,80 0,20 1,30 m -82,88 Kgf/m9 e 13 64,00 Kgf/m² -0,80 0,20 1,30 m -82,88 Kgf/m

Cpe Médio10 e 12 64,00 Kgf/m² -1,20 0,20 1,37 m -122,75 Kgf/m

11 64,00 Kgf/m² -1,20 0,20 0,72 m -64,51 Kgf/m

Cpe Médio

Cpe Médio

90



característicaCoeficiente de

pressão Cpi Distânciaentre nós Carregamento

F / H


Vento 0⁰ - (WL1) TRECHO 4Região dacobertura Terças Velocidade



I / J



91

4.3.1.2 Vento 0º (Cpi = 0,3)





1 e 21 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 0,51 m -35,90 Kgf/m2 e 20 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,16 m -81,66 Kgf/m3 e 19 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,30 m -91,17 Kgf/m4 e 18 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,30 m -91,17 Kgf/m5 e 17 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,30 m -91,17 Kgf/m6 e 16 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,30 m -91,17 Kgf/m7 e 15 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,30 m -91,17 Kgf/m8 e 14 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,30 m -91,17 Kgf/m9 e 13 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,30 m -91,17 Kgf/m10 e 12 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,37 m -96,45 Kgf/m

11 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 0,72 m -50,69 Kgf/m

Cpe Médio

92





1 e 21 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 0,51 m -35,90 Kgf/m2 e 20 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,16 m -81,66 Kgf/m3 e 19 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,30 m -91,17 Kgf/m4 e 18 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,30 m -91,17 Kgf/m

E / G


Cpe Médio10 e 12 64,00 Kgf/m² -1,20 -0,30 1,37 m -78,91 Kgf/m

11 64,00 Kgf/m² -1,20 -0,30 0,72 m -41,47 Kgf/m





F / H


Cpe Médio

93





I / J

1 e 21 64,00 Kgf/m² -0,37 0,30 0,51 m -2,28 Kgf/m2 e 20 64,00 Kgf/m² -0,37 0,30 1,16 m -5,20 Kgf/m3 e 19 64,00 Kgf/m² -0,37 0,30 1,30 m -5,80 Kgf/m4 e 18 64,00 Kgf/m² -0,37 0,30 1,30 m -5,80 Kgf/m5 e 17 64,00 Kgf/m² -0,37 0,30 1,30 m -5,80 Kgf/m6 e 16 64,00 Kgf/m² -0,37 0,30 1,30 m -5,80 Kgf/m7 e 15 64,00 Kgf/m² -0,37 0,30 1,30 m -5,80 Kgf/m8 e 14 64,00 Kgf/m² -0,37 0,30 1,30 m -5,80 Kgf/m9 e 13 64,00 Kgf/m² -0,37 0,30 1,30 m -5,80 Kgf/m10 e 12 64,00 Kgf/m² -0,37 0,30 1,37 m -6,14 Kgf/m

11 64,00 Kgf/m² -0,37 0,30 0,72 m -3,23 Kgf/m

4.3.1.3 Vento 90º (Cpi = -0,2)

94






11 64,00 Kgf/m² -1,40 0,20 0,72 m -73,73 Kgf/m





E / F / IRegião 2

1 e 21 64,00 Kgf/m² -1,28 0,20 0,51 m -48,31 Kgf/m2 e 20 64,00 Kgf/m² -1,28 0,20 1,16 m -109,88 Kgf/m3 e 19 64,00 Kgf/m² -1,28 0,20 1,30 m -122,66 Kgf/m4 e 18 64,00 Kgf/m² -1,28 0,20 1,30 m -122,66 Kgf/m

E / F / IRegião 3


E / F / IRegião 4


Cpe Médio

95





G / H / JRegião 5


11 64,00 Kgf/m² -0,40 0,20 0,72 m -27,65 Kgf/m

4.3.1.4 Vento 90º (Cpi = 0,3)

96





1 e 21 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 0,51 m -35,90 Kgf/m2 e 20 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,16 m -81,66 Kgf/m3 e 19 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,30 m -91,17 Kgf/m4 e 18 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,30 m -91,17 Kgf/m5 e 17 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,30 m -91,17 Kgf/m6 e 16 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,30 m -91,17 Kgf/m7 e 15 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,30 m -91,17 Kgf/m8 e 14 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,30 m -91,17 Kgf/m9 e 13 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,30 m -91,17 Kgf/m

10 e 12 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 1,37 m -96,45 Kgf/m11 64,00 Kgf/m² -1,40 -0,30 0,72 m -50,69 Kgf/m





E / F / IRegião 2

1 e 21 64,00 Kgf/m² -1,28 -0,30 0,51 m -31,99 Kgf/m2 e 20 64,00 Kgf/m² -1,28 -0,30 1,16 m -72,76 Kgf/m3 e 19 64,00 Kgf/m² -1,28 -0,30 1,30 m -81,22 Kgf/m4 e 18 64,00 Kgf/m² -1,28 -0,30 1,30 m -81,22 Kgf/m

E / F / IRegião 3


E / F / IRegião 4

10 e 12 64,00 Kgf/m² -1,20 -0,30 1,37 m -78,91 Kgf/m11 64,00 Kgf/m² -1,20 -0,30 0,72 m -41,47 Kgf/m

Cpe Médio

97





G / H / JRegião 5


11 64,00 Kgf/m² -0,40 0,30 0,72 m -4,61 Kgf/m

4.3.2 Coeficientes de pressão (arrasto) fechamento laterais cobertura

Utilizaremos coeficiente de pressão externo para os fechamentos Cpe = 1,0

5. OBTENÇÃO DE ESFORÇOS E DIMENSIONAMENTO DAS PEÇASESTRUTURAIS DE AÇO

Na obtenção dos esforços e dimensionamento foi utilizado o programa SAP15

2000.

5.1 – DIMENSIONAMENTO TRELIÇA DE BANZOS PARALELOS (PBP)

98

Figura: 5.1 – Pórtico de banzo paralelo

Fonte: Autor

5.1.2 Dimensionamento dos banzos superior e inferior

Ações nos banzos superior e inferior (PBP)

Frame Station OutputCase CaseType P V2 V3 T M2 M3

- m - - Kgf Kgf Kgf Kgf-m Kgf-m Kgf-m

420 10,2 0,9 D + 1,3 WL3 Combination 7046,86 -9,14 6,43 3,53E-02 -0,89 -14,7

434 3,72 0,9 D + 1,3 WL3 Combination -7894,72 17,9 -4,63 -0,11 8,63 -75,35

Perfil C (PBP)

h Uni b Uni e = r Uni Area Uni Peso Uni

100,00 mm 50,00 mm 4,75 mm 0,08 (cm²) 6,86 Kg/m

99

Member Check - 2012 North American Specification - US (LRFD)

¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯Material Type: A570 Grade 45, Fy=310,26 MPaDesign Parameters:Lx 1,6100 m Ly 1,6100 m Lt 1,6100 mKx 1,0000 Ky 1,0000 Kt 1,0000Cbx 1,0000 Cby 1,0000 ex 0,0000 mmCmx 1,0000 Cmy 1,0000 ey 0,0000 mmBraced Flange: None k 0 kgfRed. Factor, R: 0 Lm 0,0000 m

Loads: P Mx Vy My Vx(kgf) (kgf-m) (kgf) (kgf-m) (kgf)

Entered 7895 0,00 0 0,00 0Applied 7895 0,00 0 0,00 0Strength 11703 656,57 6938 169,35 6938Effective section properties at applied loads:Ae 875,82 mm^2 Ixe 1301659 mm^4 Iye 209981 mm^4

Sxe(t) 26033 mm^3 Sye(l) 14290 mm^3Sxe(b) 26033 mm^3 Sye(r) 5948 mm^3

Interaction EquationsNAS Eq. C5.2.2-1 (P, Mx, My) 0,675 + 0,000 + 0,000 = 0,675 <= 1.0NAS Eq. C5.2.2-2 (P, Mx, My) 0,335 + 0,000 + 0,000 = 0,335 <= 1.0NAS Eq. C3.3.2-1 (Mx, Vy) Sqrt(0,000 + 0,000)= 0,000 <= 1.0NAS Eq. C3.3.2-1 (My, Vx) Sqrt(0,000 + 0,000)= 0,000 <= 1.0

Full Section Properties

¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯Area 875,82 mm^2 Wt. 6,8688 kgf/m Width 184,38 mm

Ix 1301659 mm^4 rx 38,551 mm Ixy 0 mm^4Sx(t) 26033 mm^3 y(t) 50,000 mm 0,000 degSx(b) 26033 mm^3 y(b) 50,000 mm

Height 100,000 mmIy 209981 mm^4 ry 15,484 mm Xo -30,830 mmSy(l) 14290 mm^3 x(l) 14,695 mm Yo 0,000 mmSy(r) 5948 mm^3 x(r) 35,305 mm jx 57,655 mm

Width 50,000 mm jy 0,000 mmI1 1301659 mm^4 r1 38,551 mmI2 209981 mm^4 r2 15,484 mmIc 1511640 mm^4 rc 41,545 mm Cw 308756960 mm^6Io 2344126 mm^4 ro 51,735 mm J 6586,9 mm^4

100

Fully Braced Strength - 2012 North American Specification - US (LRFD)¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯Material Type: A570 Grade 45, Fy=310,26 MPaCompression Positive Moment Positive MomentPno 23553 kgf Mnxo 741,28 kgf-m Mnyo 169,35 kgf-mAe 875,82 mm^2 Ixe 1301659 mm^4 Iye 209981 mm^4

Sxe(t) 26033 mm^3 Sye(l) 14290 mm^3Tension Sxe(b) 26033 mm^3 Sye(r) 5948 mm^3Tn 24938 kgf

Negative Moment Negative MomentMnxo 741,28 kgf-m Mnyo 169,35 kgf-m

Shear Ixe 1301659 mm^4 Iye 209981 mm^4Vny 6938 kgf Sxe(t) 26033 mm^3 Sye(l) 14290 mm^3Vnx 6938 kgf Sxe(b) 26033 mm^3 Sye(r) 5948 mm^3

5.1.3 – Dimensionamento montante treliça

Ações nos montantes da treliça (PBP)



332 1,00 1,2 D + 1,4 Lr + 0,5 L Combination 2656,58 38,77 -0,20 -6,34E-05 -7,51E-02 -17,14

388 1,39 0,9 D + 1,3 WL1 Combination -2819,04 -128,74 -1,79 -4,43E-03 3,08E-13 1,06

Perfil C enrijecido (PBP)

h Uni b Uni e = r Uni Area Uni Peso Uni

93,00 mm 50,00 mm 2,00 mm 0,03 (cm²) 2,92 kg/m

5.1.3.1 Resultado da análise dos montantes pelo CFS



101


Entered 2819,0 0,00 0,0 0,00 0,0Applied 2819,0 0,00 0,0 1,19 0,0Strength 4191,1 211,59 3065,7 31,23 3318,2

Effective section properties at applied loads:Ae 364,89 mm^2 Ixe 504184 mm^4 Iye 85018 mm^4



Full Section Properties¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯Area 372,85 mm^2 Wt. 2,9241 kgf/m Width 186,42 mm








102

5.1.4 – Dimensionamento diagonal treliça

Ações nas diagonais da treliça (PBP)



233 1,53 0,9 D + 1,3 WL1 Combination 10696,46 13,25 5,86 2,55E-02 -1,20 39,60

233 0,00 1,2 D + 1,4 Lr + 0,5 L Combination -6901,87 4,97 -2,49 1,57E-03 -6,19 2,86

235 2,10 0,9 D + 1,3 WL1 Combination 8054,91 -74,59 -13,2 -1,00E-02 6,53 57,96

234 1,87 0,9 D + 1,3 WL1 Combination -5823,64 14,01 -0,12 6,17E-04 -1,39 -33,12


237 1,87 0,9 D + 1,3 WL1 Combination -3469,78 -5,06 -2,44 -3,03E-03 0,96 -7,49

Perfil C enrijecido (PBP)h Uni b Uni d Uni e = r Uni Área Uni Peso Uni

93,00 mm 50,00 mm 17,00 mm 3,00 mm 0,06 (cm²) 4,87 kg/m

Perfil U enrijecido (PBP)h Uni b Uni e = r Uni Área Uni Peso Uni

93,00 mm 50,00 mm 2,25 mm 0,04 (cm²) 3,27 kg/m

5.1.4.1 Resultado do dimensionamento da diagonal 1,2 e 35.1.4.1.1 Resultado da análise da 1º diagonal pelo programa CFS





103












104

5.1.4.2 Resultado do dimensionamento das diagonais 4 à 105.1.4.2.1 Resultado da análise da 10º diagonal pelo programa CFS












105





5.1.5 Dimensionamento pilar

Ações nos pilares interno e externo (PBP)



636 6,61 0,9 D + 1,3 WL1 Combination 15897,21 144,97 -82,7 -3,02 327,34 -125,3

598 5,51 1,2 D + 1,4 Lr + 0,5 L Combination -9877,53 -83,85 6,18 -0,28 -15,36 -18,77

383 1,1 0,9 D + 1,3 WL1 Combination 9532,41 62,11 -32,9 -22,68 35,07 -2,59

968 1,39 0,9 D + 1,3 WL1 Combination -9430,12 182,54 52,36 9,2 -220,85 -190

Perfil caixa enrijecido (PBP)h Uni b Uni d Uni e = r Uni Area Uni Peso Uni

150,00 mm 60,00 mm 20,00 mm 3,00 mm 0,17 (cm²) 13,65 kg/m

5.1.4.2 Resultado da análise do pilar pelo programa CFS



106


Entered 9430 190,0 183 220,9 52Applied 9430 190,0 183 220,8 52Strength 15338 2260,4 14932 1578,3 10387






Height 150,000 mmIy 3740239 mm^4 ry 46,341 mm Xo 0,000 mmSy(l) 62337 mm^3 x(l) 60,000 mm Yo 0,000 mmSy(r) 62337 mm^3 x(r) 60,000 mm jx 0,000 mm

Width 120,000 mm jy 0,000 mmI1 5953845 mm^4 r1 58,468 mmI2 3740239 mm^4 r2 46,341 mmIc 9694083 mm^4 rc 74,606 mm Cw 1,2605e08 mm^6Io 9694083 mm^4 ro 74,606 mm J 6722855 mm^4





107

5.1.6 Dimensionamento montante pilar

Ações nos montantes do pilar (PBP)Frame Station OutputCase CaseType P V2 V3 T M2 M3


527 0 1,2 D + 1,4 Lr + 0,5 L Combination 136,52 -111,50 -1,24 -2,84E-04 -0,82 -57,81

801 0 0,9 D + 1,3 WL1 Combination -212,74 167,33 14,06 6,20E-03 9,16 88,65

Perfil C (PBP)h Uni b Uni e = r Uni Area Uni Peso Uni

120,00 mm 40,00 mm 2,00 mm 0,03 (cm²) 3,03 Kg/m








108









5.1.7 Dimensionamento diagonal pilar

Ações nas diagonais do pilar (PBP)Frame Station OutputCase CaseType P V2 V3 T M2 M3



233 0,00 1,2 D + 1,4 Lr + 0,5 L Combination -6901,87 4,97 -2,49 1,57E-03 -6,19 2,86

Perfil C enrijecido utilizado nas diagonais do pilar (PBP)

h Uni b Uni e = r Uni Area Uni PesoUni

120,00 mm 50,00 mm 2,25 mm 0,04 (cm²) 3,75Kg/m

109












110





5.1.8 Dimensionamento terça

Ações na terça (PBP)Frame Station OutputCase CaseType P V2 V3 T M2 M3


91 1,00 0,9 D + 1,3 WL1 Combination 127,7 357 -20,2 -2,01E-02 -61,7 353,11

972 1,50 0,9 D + 1,3 WL1 Combination -39,28 -35,18 6,51 2,38E-03 -14,6 -388,9

Perfil C enrijecido (PBP)h Uni b Uni d Uni e = r Uni Area Uni Peso Uni

127,00 mm 50,00 mm 17,00 mm 2,25 mm 0,05 (cm²) 4,34 kg/m

5.1.8.1 Resultado da análise do pilar pelo programa CFS



111














112

5.1.9 Dimensionamento da mão francesa

Ações na mão francesa (PBP)Frame Station OutputCase CaseType P V2 V3 T M2 M3

- m - - Kgf Kgf Kgf Kgf-m Kgf-m Kgf-m687 1,68 0,9 D + 1,3 WL1 Combination 944,98 -5,67 -2,26 3,66E-02 -2,36 5,84286 0,00 1,2 D + 1,3 WL2 + 0,5 L + 0,5 Lr Combination -717,7 2,00 -0,56 2,28E-02 -1,04 -2,33

Perfil C enrijecido (PBP)h Uni b Uni d Uni e = r Uni Area Uni Peso Uni

50,00 mm 25,00 mm 15,00 mm 2,00 mm 0,02 (cm²) 1,83 kg/m

5.1.9.1 Resultado da análise da mão francesa pelo programa CFS






Sxe(t) 3300,1 mm^3 Sye(l) 2078,0 mm^3Sxe(b) 3300,1 mm^3 Sye(r) 1512,6 mm^3


113


Ix 82503 mm^4 rx 18,789 mm Ixy 0 mm^4Sx(t) 3300,1 mm^3 y(t) 25,000 mm 0,000 degSx(b) 3300,1 mm^3 y(b) 25,000 mm

Height 50,000 mmIy 21884 mm^4 ry 9,677 mm Xo -23,909 mmSy(l) 2078,0 mm^3 x(l) 10,532 mm Yo 0,000 mmSy(r) 1512,6 mm^3 x(r) 14,468 mm jx 28,861 mm


Fully Braced Strength - 2012 North American Specification - US (LRFD)¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯Material Type: A570 Grade 45, Fy=310,26 MPaCompression Positive Moment Positive MomentPno 6284,7 kgf Mnxo 93,969 kgf-m Mnyo 43,070 kgf-mAe 233,70 mm^2 Ixe 82503 mm^4 Iye 21884 mm^4

Sxe(t) 3300,1 mm^3 Sye(l) 2078,0 mm^3Tension Sxe(b) 3300,1 mm^3 Sye(r) 1512,6 mm^3Tn 6654,4 kgf


Shear Ixe 82503 mm^4 Iye 21884 mm^4Vny 1514,8 kgf Sxe(t) 3300,1 mm^3 Sye(l) 2078,0 mm^3Vnx 1226,3 kgf Sxe(b) 3300,1 mm^3 Sye(r) 1512,6 mm^3

6. VERIFIÇAÇÃO DAS PEÇAS ESTRUTURAIS DE AÇO

Na obtenção dos esforços foi utilizado o programa SAP15 2000 e para verificação

dos esforços o programa CFS V 8.0

ANEXO II

No anexo II constara quatro projetos de detalhamento da estrutura mais econômica.

filipe pereira battisti

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