flavio henrique pascoaloti -...
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UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO – USF
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
ENGENHARIA CIVIL
FLAVIO HENRIQUE PASCOALOTI
DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURA METÁLICA NO ESTÁDIO
URBANO CALDEIRA - SANTOS F. C.
Dezembro de 2006
FLAVIO HENRIQUE PASCOALOTI
DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURA METÁLICA NO ESTÁDIO
URBANO CALDEIRA - SANTOS F. C.
Monografia apresentada junto à Universidade São
Francisco – USF como parte dos requisitos para a
aprovação na disciplina Trabalho de Conclusão
de Curso.
Área de concentração: Estruturas
Orientador: Prof. Dr. André Bartholomeu
Itatiba SP, Brasil
Dezembro de 2006
ii
Aos meus pais, para toda minha família e para minha namorada Natália, dedico
com carinho este trabalho.
iii
AGRADECIMENTOS
Ao concluir este trabalho, meus agradecimentos são primeiramente a Deus, que sem
ele eu não seria nada, por que com certeza ele esta sempre ao meu lado na minha
jornada, a todos professores do curso de engenharia civil da Universidade São
Francisco, que me ajudaram na concretização do presente.
Em especial agradeço meus pais que apoiaram e lutarem para que eu chegasse até
aqui, a minha namorada Natália, todos meus amigos e familiares.
iv
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS.................................................................................................Vi
LISTA DE TABELAS.................................................................................................Vi
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS..............................................................Vii
RESUMO.................................................................................................................Viii
PALAVRA-CHAVE...................................................................................................Viii
1 INTRODUÇÃO.....................................................................................................1
1.1 Generalidades .....................................................................................................2
1.2 Histórico...............................................................................................................2
1.3 Objetivo ...............................................................................................................7
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................8
2.1 O aço ...................................................................................................................8
2.1.1 Processo siderúrgico ........................................................................................8
2.2 A construção em aço no Brasil ............................................................................9
2.3 Estruturas metálicas ..........................................................................................10
2.3.1 Campo de aplicação.......................................................................................10
2.3.2 Vantagens das estruturas metálicas...............................................................11
2.3.3 Principais fases na construção de uma obra em estrutura de aço .................12
2.3.4 Fatores que influenciam os custos de uma estrutura .....................................14
2.4 Comparação dos materiais utilizados no estudo ...............................................16
2.4.1 Perfil W ...........................................................................................................16
2.4.2 Perfil I soldado................................................................................................17
3 METODOLOGIA DE PESQUISA.......................................................................19
3.1 Rotina de calculo ...............................................................................................19
3.2 Comparação final...............................................................................................24
4 CONCLUSÕES..................................................................................................27
v
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS. .................................................................28
vi
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1: Desenho da estrutura metálica em pesquisa (1ª fase)...................................3
Figura 1.2: Içamento das treliças principais através de guindastes (1ª fase). .................4
Figura 1.3: Içamento das treliças principais através de guindastes (1ª fase). .................5
Figura 1.4: Detalhe da montagem da estrutura (1ª fase).................................................5
Figura 1.5: Vista Geral dos camarotes (1ª fase), término da obra...................................6
Figura 1.6: Vista Geral dos camarotes (1ª fase), término da obra...................................6
Figura 2.1: ilustração do perfil W ...................................................................................17
Figura 2.2: ilustração do perfil soldado..........................................................................18
Figura 3.1: Comparação de peso entre o projeto e a pesquisa.....................................25
Figura 3.2: Comparação de valor entre o projeto e a pesquisa.....................................26
vii
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1: Porcentagem de custo de uma obra em estrutura metálica........................16
Tabela 3.1: Resumo de calculo da estrutura .................................................................20
Tabela 3.2: Resumo de perfis W utilizados na estrutura ...............................................24
Tabela 3.3:Resumo de perfis soldados utilizados na estrutura .....................................24
Tabela 3.4: Resumo do calculo dos valores da estrutura..............................................25
viii
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS
Letras romanas:
E : módulo de elasticidade
fck: resistência característica do concreto à compressão
Ag = Área bruta da secção
fy = Tensão de escoamento do aço utilizado
Abreviaturas:
VS: Viga soldada
CS: Coluna soldada
CVS: Coluna – viga soldada
ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas
ix
RESUMO
Esta pesquisa trata-se de um redimensionamento da estrutura metálica da 2ª fase dos
camarotes do Estádio Urbano Caldeira – Santos Futebol Clube, utilizando perfis
alternativos. O perfil utilizado na estrutura em projeto original foi o perfil W laminado, o
perfil utilizado para o redimensionamento da estrutura na pesquisa foi o perfil soldado.
Foi recalculada toda a estrutura e comparado o peso e custo da mesma, procurando
melhorias da mesma. Finalizado os cálculos, foi determinado que o uso do perfil W
laminado, o perfil da estrutura original é mais viável.
PALAVRAS-CHAVE: Construções metálicas. Perfil soldado. Perfil W.
1
1 INTRODUÇÃO
O aço tem um vasto campo de aplicação nas construções, sendo a sua escolha como
elemento estrutural baseada atualmente em considerações econômicas, funcionais e
estéticas. Nos casos de obras especiais de grandes vãos e de grande altura ele é
geralmente a melhor opção.
A melhor solução de projeto para uma estrutura é aquela que, dentre diversas opções
que preenchem os requisitos técnicos e estéticos, apresenta o menor custo.
Este trabalho apresenta resultados de uma comparação feita em uma estrutura
metálica em projeto, a estrutura é a 2ª fase dos camarotes do estádio Urbano Caldeira
–Santos Futebol Clube, foi feito o redimensionamento da mesma utilizando perfis
metálicos alternativos aos adotados em projeto.
A estrutura em pesquisa é uma ampliação dos camarotes que foi dividida em duas
fases, sendo que a primeira já esta concluída e a segunda está em projeto.
O perfil metálico utilizado na estrutura em projeto já executado é o perfil I de aço
laminado do tipo W, e o perfil utilizado na pesquisa são os perfis I de aço soldado,
chamado VS (viga soldada), CS (coluna soldada) ou CVS (coluna-viga soldada).
2
1.1 Generalidades
Nesta pesquisa foi abordada a comparação entre os dois perfis utilizados na estrutura,
feita uma comparação teórica e uma comparação de cálculo dos perfis, procurando as
vantagens e as desvantagens do perfil I soldado utilizado na presente pesquisa, com o
perfil I laminado, empregado no projeto já calculado.
Foi feito o redimensionamento da estrutura metálica da 2ª fase dos camarotes do
estádio Urbano Caldeira – Santos Futebol Clube, utilizando perfil alternativo, e
comparado, procurando melhorias e redução de custos da mesma.
1.2 Histórico
A estrutura em estudo trata-se de uma estrutura metálica espacial, do tipo caixão, com
oitenta metros de comprimento, com quarenta metros de vão livre, e três metros e meio
de altura. Totalmente projetada com perfil do tipo W laminado.
O projeto dos camarotes do Santos Futebol Clube foi concebido pelo arquiteto José
Francisco Carol juntamente com a diretoria do clube. Este projeto está dividido em
duas fases, sedo que a primeira fase já está concluída e a segunda está em projeto.
Verificou-se a necessidade de construir mais camarotes além dos existentes, mas
esses deveriam ser maiores e mais modernos.
O projeto começou a ser elaborado então em meados de janeiro de 2003.
Os camarotes foram criados para dar maior conforto aos patrocinadores do clube, são
equipados com copa, tv., frigobar.
Na 1ª fase foram construídos sete camarotes resultando um acréscimo de mais
duzentas pessoas aproximadamente no estádio.
Na 2ª fase serão construídos vinte e um camarotes resultando um acréscimo de mais
duzentas pessoas aproximadamente no estádio.
Cabe ressaltar que o número de torcedores que cabem no estádio ainda não é
suficiente e está sendo cogitado um estudo de uma arquibancada para mais quatro mil
torcedores.
A opção em estrutura metálica foi considerada logo de início pelos seguintes aspectos:
• Vencer grande vão livre (40 m);
3
Figura 1.1: Desenho da estrutura metálica em pesquisa.
W 200 x 22, 5W 200 x 22,5
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W 610 x 155, 0
W 610 x 155, 0
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W 610 x 155, 0
W 610 x 155, 0
W 610 x 155, 0
X
YZ
• Menor peso da estrutura e conseqüentemente menor carga nas fundações;
• Tempo em relação a execução da obra;
• Altura de 21 metros em relação ao nível do piso.
Dentre outros aspectos a estrutura metálica se enquadrava como a melhor opção. O
tempo da obra da primeira fase durou aproximadamente oito meses.
Tem-se a Fig. 1.1 da estrutura dos camarotes 2ª fase (estrutura em projeto) para
ilustração.
Fonte: Coaço Comércio de Ferro e Aço Ltda - 2006
~ 40 m
~ 40 m
4
São apresentadas as Figs. 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 e 1.6 da estrutura dos camarotes (1ª
fase, já concluída) para ilustração.
Figura 1.2: Içamento das treliças principais através de guindastes. (1ª fase)
Fonte: Santos Futebol Clube – Santos – SP - 2006
5
Figura 1.3: Içamento das treliças principais através de guindastes. (1ª fase)
Fonte: Santos Futebol Clube – Santos – SP - 2006
Figura 1.4: Detalhe da montagem da estrutura. (1ª fase)
Fonte: Santos Futebol Clube – Santos – SP - 2006
6
Figura 1.5: Vista Geral dos camarotes (1ª fase), termino da obra.
Fonte: Santos Futebol Clube – Santos – SP - 2006
Figura 1.6: Vista Geral dos camarotes (1ª fase), termino da obra.
Fonte: Santos Futebol Clube – Santos – SP - 2006
7
1.3 Objetivo
O objetivo desta pesquisa é comparar a estrutura metálica em projeto, da 2ª fase
dos camarotes do estádio Urbano Caldeira – Santos Futebol Clube, utilizando perfis
metálicos alternativos, procurando melhorias e redução de custos.
8
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 O aço
O aço é um dos mais importantes materiais para o uso em estruturas, seja isolado
ou trabalhando em conjunto com outros materiais, como o concreto e a madeira.
A propriedades mais importantes é a sua alta resistência, quando comparada com
outros materiais e a ductilidade, que é a capacidade de se deformar
substancialmente antes da ruptura.
O aço é o produto do refinamento do minério de ferro e da sucata, que junto com
outros agentes como o coke e o oxigênio em altos-fornos, produzem grande massa
de ferro chamado “ferro-gusa”.
O ferro é posteriormente refinado para a remoção de excessos de carbono e outras
impurezas e o adicionamento de outros metais tais como: cobre, níquel, manganês,
molibdênio, fósforo, silício, enxofre, titânio, vanádio, nióbio etc, para desenvolver
uma resistência desejada, a ductilidade, a soldabilidade e/ ou outras características
como a resistência à corrosão.
2.1.1 Processo siderúrgico
É o processo de obtenção do aço, desde a chegada do minério de ferro até o
produto final a ser utilizado no mercado, em diferentes setores.
O aço pode ser definido como uma liga metálica composta principalmente de ferro e
de pequenas quantidades de carbono (de 0,002% até 2,00%, aproximadamente),
com propriedades específicas, sobretudo de resistência e de ductilidade, muito
importantes para as suas aplicações na engenharia civil.
A obtenção do aço, na forma de chapas, perfis e bobinas (chapas finas enroladas
em torno de um eixo), a partir de minério de ferro e de carvão mineral, decorre de
uma série de operações de transformações metalúrgicas e de conformações
mecânicas.
Em linhas gerais, a fabricação do aço compreende o aproveitamento do ferro contido
no minério de ferro, pela eliminação progressiva das impurezas deste último. Na
9
forma líquida, já isento das impurezas do minério, o aço recebe adições que lhe dão
as características desejadas, sendo então solidificado e preparado para a forma
requerida.
Pode-se resumir o processo de fabricação do aço em quatro grandes etapas:
a) Preparo das matérias-primas (coqueria e sinterização);
b) Produção de gusa (alto-forno);
c) Produção de aço (Aciaria);
d) Conformação mecânica (laminação).
Nos aços utilizados na construção civil, o teor de carbono é da ordem de 0,18 a
0,25%.
Em sua composição, o aço contém certos elementos residuais (enxofre, silício,
fósforo, etc.), resultantes do processo de fabricação e também outros elementos de
liga (cromo, manganês, níquel, etc.) propositadamente adicionados a liga ferro-
carbono para alcançar propriedades especiais. As propriedades dos aços, no
entanto, não dependem da sua composição química. Além dela, características ditas
microestruturais, resultantes de tratamentos térmicos, de deformação mecânica e da
velocidade de solidificação, conferem propriedades físicas, mecânicas e químicas
adequadas as suas diversas aplicações.
Para utilização em estruturas metálicas são empregadas ligas ferro-carbono,
geralmente denominados aços-carbono de baixa liga. Estes aços contêm pequenos
teores, inevitáveis e as vezes até desejáveis, de outros elementos, tais como
manganês e silício. São comercializados com base em sua resistência mecânica e
não necessitam, em geral, de nenhum tratamento térmico após a laminação.
2.2 A construção em aço no Brasil
O advento da primeira guerra mundial produziu profundas alterações no panorama
da construção em geral, refletindo-se no Brasil pela dificuldade de se conseguir
material importado. Com o término da guerra, os materiais originariamente
importados da Europa passam a vir, preferencialmente, dos EUA e a nossa
produção de gusa não passava de 10 mil toneladas.
10
Foi na década de 20 do século passado que o Brasil começou realmente a
desenvolver sua incipiente indústria siderúrgica, com a criação da Companhia
Siderúrgica Belgo Mineira. Nesta mesma década, considerando-se também a
produção de outras pequenas fundições, nossa produção atingiu a casa de 35 mil
toneladas. No final do decênio, já alcançava a casa de 96 mil toneladas.
Em 1940, foi instituída no Brasil a comissão executiva do plano siderúrgico nacional,
e em plena segunda guerra mundial foi fundada a COMPANHIA SIDERÚRGICA
NACIONAL (CSN), que entrou em operação em 12 de outubro de 1945, com a
finalidade de produzir chapas, trilhos e perfis, nas bitolas americanas. Para
consolidar o mercado, entraram em operação na década de 60 do século passado
as usinas da Usiminas e Cosipa, para produção de chapas, e mais recentemente a
entrada da Açominas para produção de perfis laminados de abas paralelas. A partir
daí grandes expansões foram realizadas no setor siderúrgico, produzindo o Brasil,
nos dias atuais, perto de 25 milhões de toneladas de aço. O Brasil, que até a
década de 70 do século passado ainda importava, passou a exportar, devido ao
baixo consumo interno.
Para ajudar a difundir o uso do aço nas construções, a Companhia Siderúrgica
Nacional criou em 1953, como um dos seus departamentos, a FEM – Fabrica de
Estruturas Metálicas (desativada em 1998), que iniciou a formação de mão-de-obra
especializada, bem como do ciclo completo de produção das estruturas metálicas.
2.3 Estruturas metálicas
2.3.1 Campo de aplicação
As estruturas metálicas podem ser usadas em quase todos os tipos de construções
civis, industriais e viárias.
As principais aplicações das estruturas metálicas são:
• Pontes rodoviárias;
• Pontes ferroviárias;
• Edifícios industriais;
• Edifícios comerciais;
11
• Edifícios residenciais;
• Galpões;
• Hangares, garagens e estações;
• Coberturas de grandes vãos em geral;
• Torres de transmissão e sub-estações;
• Torres para antenas;
• Chaminés industriais,
• Plataformas;
• Construção naval;
• Construção hidro-mecânicas;
• Silos industriais;
• Vasos de pressão;
• Guindastes e pontes rolantes;
• Instalações para exploração e tratamento de minério;
• Parques de diversão. Etc.
2.3.2 Vantagens das estruturas metálicas
As principais vantagens das estruturas em aço são:
• Alta resistência do aço em comparação com outros materiais;
• O aço é um material homogêneo de produção controlada;
• As estruturas são produzidas e fabricadas por processos industrializados
seriados, cujo efeito de escala favorece a menores prazos e menores custos;
• Os elementos das estruturas metálicas podem ser desmontados e substituídos
com facilidade e permitem também reforçar quando necessário;
• A possibilidade de reaproveitamento do material que não seja mais necessário a
construção;
12
• Menor prazo de execução se comparado com outros materiais.
Pelas vantagens expostas, o simples emprego de estruturas metálicas substituindo
os elementos de concreto armado e mantendo todo o restante do acabamento da
obra nos processos e padrões usuais, já altera radicalmente o planejamento da obra
e traz consigo um novo “processo construtivo”, como demonstrado abaixo:
a) Menor custo de administração: Devido ao número de operários, menor prazo de
obra e uma redução substancial dos gastos com limpeza da obra (retirada de
entulho);
b) Economia nas fundações: Devido a menor peso da estrutura em aço (o
esqueleto metálico pesa em media dez vezes menos que o de concreto),
possibilitando uma redução do número de estacas por base e/ ou do número de
bases com o emprego de vãos maiores;
c) Menor consumo de revestimento: Devido a maior precisão de fabricação das
estruturas metálicas (milímetros e não centímetros), haverá uma redução
significativa nas espessuras dos revestimentos (emboço e reboco);
d) Rapidez na execução: Pela possibilidade de superposição de diversas atividades
na obra, bem como um número maior de frentes para a mesma atividade;
e) Maior lucratividade do investimento: Devido a maior velocidade de giro do capital
investido e a maior área útil com elementos estruturais de menores dimensões.
Estas vantagens poderão ser ainda incrementadas se associarmos a uma
arquitetura voltada para a estrutura metálica e a utilização de outros componentes
industrializados.
2.3.3 Principais fases na construção de uma obra em estrutura de aço
Uma obra com estrutura metálica é o resultado de um sistema industrializado, que
se inicia no projeto arquitetônico, na construção civil ou no projeto básico na
industria, continua no projeto estrutural definitivo, passa pelo detalhamento do
projeto (desenho de oficina), fabricação, limpeza e pintura, seguido pelo transporte,
montagem e da proteção contra o fogo se necessária.
A seqüência abaixo mostra a integração das fases para a produção das estruturas
metálicas:
13
a) Arquitetura: Onde é desenvolvido todo o estudo da obra, materiais de
acabamento, dimensões, características de ventilação, iluminação, formato,
etc. Uma arquitetura desenvolvida para o aço torna este material mais
competitivo, tirando partido da sua melhor resistência e menores dimensões
das seções transversais dos perfis etc.
b) Projeto estrutural: onde se dá corpo ao projeto arquitetônico, calculando-se os
elementos de sustentação, ligações principais, tipos de aço, cargas nas
fundações, especificando se a estrutura será soldada ou parafusada na
montagem. É uma das etapas mais importantes, pois um projeto mal elaborado
pode causar prejuízo econômico ao fabricante e ao construtor. Nesta fase é
gerada uma lista básica de material, com peso total previsto para a estrutura.
c) Detalhamento: Nesta fase o projeto estrutural é detalhado peça por peça,
dentro das recomendações do projeto, indicando o tipo de ligação, se
parafusada ou soldada, procurando agrupar ao Maximo as peças, isso tudo
visando atender ao cronograma de fabricação e montagem. Fornece ainda os
diagramas de montagem com posicionamento das peças na estrutura para
orientação dos serviços de campo.
d) Fornecimento e fabricação: Inclui o conjunto de todos os materiais necessários
para a confecção das peças e a fabricação das mesmas de acordo com os
desenhos de detalhe, seguindo as recomendações do projeto e as
observações contidas nos desenhos de detalhe.
e) Limpeza e proteção: Após a fabricação, as peças que vão compor a estrutura
são preparadas quando necessário para receber proteção contra a corrosão.
Após a limpeza, a estrutura deve ser pintada ou mesmo deixada em estado
natural, se for em aços tipo ASTM A 588, como COR420, COSARCOR ou USI
SAC, se a arquitetura assim o determinar ou se a estrutura vai receber
proteção contra a ação do fogo por meio de argamassas.
f) Transporte: É preciso, já na fase inicial de projeto e detalhamento, indicar o
tamanho das peças, procurando dentro do possível evitar o transporte especial.
Esta fase inclui também a conferência dos materiais embarcados e o
fornecimento dos meios de transporte ate o local de montagem, com
providências fiscais, licenças e seguros.
14
g) Montagem: É aonde as peças vão se juntar, uma a uma, para compor a
estrutura. Inclui os serviços de descarga, conferência e armazenamento das
estruturas no canteiro de obra, conferência das bases, mão-de-obra de
montagem, supervisão e responsabilidade técnica, ferramentas e
equipamentos.
Eventualmente será executada a pintura de acabamento ou simplesmente
retoques na mesma.
É o coroamento de toda a obra, é quando sabemos se houver ou não um bom
projeto.
h) Proteção contra fogo: De acordo com o tipo de ocupação e altura da estrutura é
feita uma verificação de acordo com as normas vigentes para saber se há
necessidade de proteção passiva das estruturas de aço a ação do fogo em caso
de incêndio, e qual o material a ser empregado.
2.3.4 Fatores que influenciam os custos de uma estrutura
Tradicionalmente o aço tem sido vendido por tonelada e, conseqüentemente,
discutindo-se o custo de uma estrutura de aço, impõe-se à formulação de seus
custos por tonelada de uma estrutura acabada. Só que se ignora o fato de grande
número de fatores ter influência significativa no custo final, por tonelada, de uma
peça acabada. No projeto, detalhe, fabricação e montagem de uma estrutura de
aço, os seguintes fatores influenciam o custo de uma estrutura:
• Seleção do sistema estrutural (por exemplo, se a estrutura será totalmente
aporticada ou contraventada, se a coluna será engastada ou rotulada etc.);
• Projeto dos elementos estruturais individuais (vigas de perfil de alma cheia, viga
mista, treliça etc.);
• Projeto e detalhe das ligações (ligações a momento, com chapa de extremidade,
com cantoneiras parafusadas etc.);
• Processo a ser usado na fabricação (se automatizado, soldado ou parafusado);
• Especificação para fabricação e montagem (se dentro dos padrões usuais ou
não);
15
• Sistema de proteção á corrosão (dependendo do tipo de limpeza e qualidade da
tinta);
• Sistema a ser usado na montagem (se com o uso de guindastes ou outro tipo);
• Sistema e tempo de proteção passiva contra fogo (se argamassa, tinta
intumescente etc., para trinta, tempo de resistência ao fogo).
A seleção do mais eficiente sistema estrutural compatível com o processo de
fabricação é fundamental para se otimizar os custos. Economia na fabricação e
montagem só é possível como resultado de ligações bem elaboradas durante a fase
de detalhamento, de acordo com as premissas de projeto. A especificação é que a
maior influência tem nos custos de fabricação e montagem, onde se determinam a
qualidade do material e as tolerâncias requeridas. Outro item importante é a
proteção contra a corrosão, que em muitos casos pode chegar a ate 30% do valor
da estrutura.
Se o projeto e o detalhamento não são executados pelo fabricante, e este é
desconhecido, é importante deixar alternativas no projeto para uso de ligações
soldadas ou parafusadas, ou então, o detalhamento propor soluções alternativas de
acordo com a sua fabricação.
Em geral, o custo de uma estrutura metálica pode ser apresentado da seguinte
maneira:
16
Tabela 2.1- Porcentagem de custo de uma obra em estrutura metálica
Projeto estrutural 1% a 3%
Detalhamento 2% a 5%
Material e insumos 20% a 50%
Fabricação 20% a 40%
Limpeza e pintura 10% a 30%
Transporte 1% a 3%
Montagem 20% a 35%
Proteção passiva contra incêndio 10% a 20%
Fonte: BelleI et. al
Além dos custos por toneladas que é o mais tradicional, um outro método comum e
talvez mais apropriado para este tipo de construção é o custo por metro quadrado.
2.4 Comparação dos materiais utilizados no estudo
A grande diferença entre o perfil W laminado com o perfil I soldado está no
processo de fabricação, pois em termos de resistência mecânica não os difere.
2.4.1 Perfil W
Os perfis laminados seguem o mesmo processo utilizado para os produtos
laminados planos, com o material proveniente do lingotamento contínuo passando-
se diretamente para a perfilação, na qual laminadores com cilíndros conformadores
vão esboçando os perfis por meio de uma sucessão de passes. Na seqüência, um
laminador de acabamento dará a conformação final ao perfil.
A oferta de perfis laminados estruturais de padrão americano fabricado no Brasil é
bastante restrita, uma vez que os principais fornecedores desses produtos como a
CSN – Companhia Siderúrgica Nacional e a Cofavi – Ferro e Aço de Vitória, por
razões distintas, deixaram de produzi-los. A CSN já não os fabrica desde 1995.
17
Alem disso, os perfis laminados de padrão americano de abas inclinadas
apresentam também limitações quanto à disponibilidade de tipos e a variedade de
tamanhos nominais. Atualmente, esses perfis podem ser encontrados no mercado,
fabricados pela Belgo Mineira e a Gerdau, disponíveis em aço ASTM A -36, ASTM
A-572 (alta resistência mecânica), e ASTM A-588 (alta resistência mecânica e a
corrosão).
Figura 2.1: ilustração do perfil W
Especificação: W 610 x 155,0
W = tipo do perfil;
610 = Altura em milímetros;
155,0 = Massa por metro (kg/m).
2.4.2 Perfil I soldado
Os perfis estruturais soldados são aqueles obtidos pelo corte, composição e
soldagem de chapas planas de aço, permitindo grande variedade de formas e
dimensões de seções.
Esses perfis são fabricados no Brasil pela Usiminas.
Os perfis soldados são classificados em séries, de acordo com a sua utilização na
estrutura.
• Serie VS: compreende os perfis soldados para vigas, em que 2 < d/bf < 4.
18
• Serie CVS: compreende os perfis soldados para vigas e pilares, em que 1 < d/bf
< 1,5.
• Serie CS: compreende os perfis soldados para pilares, em que d/bf = 1.
d - altura do perfil
b f - largura da mesa
t w -espessura da alma
t f - espessura da mesa
ec - espessura do cordão de solda
Figura 2.2: ilustração do perfil soldado
Especificação: VS 350 x 46
VS = tipo do perfil;
350 = Altura em milímetros;
46 = Massa por metro (kg/m).
19
3 METODOLOGIA DE PESQUISA
3.1 Rotina de calculo
Os cálculos foram feitos conforme norma NBR 8800 (ABNT,1986), segue abaixo
roteiro de cálculo para dimensionamento da estrutura.
Peças submetidas a compressão simples:
• Determinação do valor de λ:
λ= K . L/ r (3.1)
onde:
L = comprimento nominal da peça;
r = raio de giração da secção;
K = constante relativa à condição de vinculo da peça.
Quando a peça é apoiada nas duas extremidades, K é igual a 1,0.
Quando a peça é engastada apenas em uma extremidade, K é igual a 2,1.
Quando a peça é engastada nas duas extremidades, k é igual a 0,7.
• Determinação do valor de λo, de acordo com o tipo de aço utilizado:
Como o aço utilizado no projeto é o ASTM A-572 λo calculado da seguinte forma.
λo= λ / 77 (3.2)
• De acordo com a secção da peça e através do quadro de classificação das
curvas de flambagem, é determinada a curva de flambagem a ser utilizada.
• Através da curva de flambagem escolhida e com o valor de λo, é determinado ρ.
• Calcula-se finalmente a carga resistente de cálculo da seção, através da
expressão:
Nrd = ρ . Ag . fy / 1,12 (3.3)
Onde:
20
Ag = Área Bruta da secção;
fy = tensão de escoamento do aço utilizado.
Peças fletidas:
• Calculo de Wmin que a seção deve possuir, segundo o eixo solicitado.
Wmin = Md / fy / 1,12 (3.4)
Onde:
Md = momento aplicado na peça.
• Com os valores de Wmin, foi escolhido o perfil que satisfaça as duas condições.
Os dados como as reações e esforços, para o redimensionamento da estrutura em
estudo, foram recolhidos da estrutura já calculada, as variações no peso próprio da
estrutura não esta sendo considerada.
Foram calculadas oitenta e uma barras, as mais solicitadas da estrutura em estudo.
Abaixo segue Tab. 3.1 de resumo dos cálculos da estrutura em estudo:
Tabela 3.1: Resumo de cálculo da estrutura
TENSÃO MÁXIMA BARRAS COMP (m)
N(tf) Mx(tf.m) My(tf.m)
PERFIL DE
PROJETO
PERFIL
CALCULADO
PERFIL
UTILIZADO
2/3 1,5 67,94 -0,45 62,32 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
5/6 1,5 50,27 1,47 60,79 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
8/9 1,5 31,26 0,68 50,58 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
9/12 3,5 167,09 3,16 0,80 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
15/18 3,5 177,33 3,23 1,06 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
18/21 3,5 179,3 3,23 1,06 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
35/36 1,5 76,72 -7,12 7,78 W 610 X 155 CVS 400 X 87 CVS 400 X 103
38/39 1,5 64,90 -3,56 9,67 W 610 X 155 CVS 400 X 103 CVS 400 X 103
41/42 1,5 49,32 -1,55 9,62 W 610 X 155 CVS 400 X 103 CVS 400 X 103
21
TENSÃO MÁXIMA BARRAS COMP (m)
N(tf) Mx(tf.m) My(tf.m)
PERFIL DE
PROJETO
PERFIL
CALCULADO
PERFIL
UTILIZADO
44/45 1,5 31,56 -1,22 8,05 W 610 X 155 CVS 400 X 87 CVS 400 X 103
45/81 3,5 251,13 5,22 1,13 W 610 X 155 VS 600 X 125 VS 600 X 140
46/47 2 71,95 -0,2 64,72 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
47/48 1,5 70,62 0,2 64,72 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
50/51 1,5 52,09 0,54 63,44 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
53/54 1,5 33,34 -1,58 53,49 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
83/84 1,5 84,96 -3,58 8,32 W 610 X 155 CVS 400 X 103 CVS 400 X 103
87/93 3,5 270,13 -5,38 1,54 W 610 X 155 VS 600 X 140 VS 600 X 140
89/90 1,5 65,31 -1,14 10,02 W 610 X 155 CVS 400 X 103 CVS 400 X 103
93/99 3,5 260,41 5,18 1,17 W 610 X 155 VS 600 X 125 VS 600 X 140
95/96 1,5 47,79 -2,58 9,65 W 610 X 155 CVS 400 X 103 CVS 400 X 103
101/102 1,5 30,12 4,00 7,87 W 610 X 155 CVS 400 X 87 CVS 400 X 103
102/108 3,5 257,51 5,42 1,12 W 610 X 155 VS 600 X 125 VS 600 X 140
103/104 2 15,37 19,56 -60,45 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
104/105 1,5 43,08 19,56 60,45 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
109/110 2 15,31 21,74 -73,74 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
110/111 1,5 61,66 21,74 -73,82 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
115/116 2 80,53 24,40 -75,05 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
116/117 1,5 79,98 24,39 -75,05 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
120/123 3,5 261,27 5,29 1,14 W 610 X 155 VS 600 X 125 VS 600 X 140
125/126 1,5 43,91 16,56 -63,40 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
126/129 3,5 175,61 3,77 0,62 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
127/128 2 15,28 21,16 -76,17 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
128/129 1,5 62,17 21,16 -76,17 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
130/131 2 81,58 24,81 -77,29 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
3/6 3,5 86,20 desc. desc. W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
6/9 3,5 140,72 -1,92 0,67 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
22
TENSÃO MÁXIMA BARRAS COMP (m)
N(tf) Mx(tf.m) My(tf.m)
PERFIL DE
PROJETO
PERFIL
CALCULADO
PERFIL
UTILIZADO
12/15 3,5 188,05 -3,36 0,82 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
21/24 3,5 140,23 -2,15 0,69 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
24/27 3,5 73,35 1,52 0,27 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
27/30 3,5 26,54 -3,09 -1,43 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
30/33 3,5 desc. desc. Desc. W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
33/36 3,5 desc. desc. Desc. W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
36/39 3,5 desc. desc. Desc. W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
39/42 3,5 116,11 2,62 0,58 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
42/45 3,5 197,62 -3,92 0,89 W 610 X 155 VS 600 X 125 VS 600 X 140
81/87 3,5 269,62 5,38 1,54 W 610 X 155 VS 600 X 140 VS 600 X 140
99/105 3,5 220,91 -4,69 1,01 W 610 X 155 VS 600 X 125 VS 600 X 140
105/111 3,5 177,12 3,23 0,69 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
111/117 3,5 105,36 -1,67 0,52 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
4/5 2 15,48 1,47 60,79 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
49/50 2 15,49 0,54 60,44 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
7/8 2 15,35 0,68 50,58 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
52/53 2 15,33 -1,58 53,49 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
10/11 2 14,48 1,07 3,23 W 610 X 155 CVS 400 X 103 CVS 400 X 103
55/56 2 14,49 -1,15 3,52 W 610 X 155 CVS 400 X 103 CVS 400 X 103
1/2 2 68,56 -0,45 62,32 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
124/125 2 15,42 16,56 -63,40 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
48/51 3,5 86,21 0,00 0,00 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
51/54 3,5 142,39 -2,66 0,56 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
54/57 3,5 167,92 3,23 0,77 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
57/60 3,5 190,79 -3,45 0,84 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
60/63 3,5 181,86 3,34 1,06 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
63/66 3,5 182,05 3,34 1,06 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
23
TENSÃO MÁXIMA BARRAS COMP (m)
N(tf) Mx(tf.m) My(tf.m)
PERFIL DE
PROJETO
PERFIL
CALCULADO PERFIL UTILIZADO
66/69 3,5 146,82 -2,91 0,64 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
69/72 3,5 146,82 -2,91 0,64 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
72/75 3,5 14,97 4,9 -1,22 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
75/78 3,5 143,98 4,9 -1,22 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
78/84 3,5 132,57 2,99 -1,25 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
84/90 3,5 16,56 2,99 -1,25 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
90/96 3,5 129,24 3,02 0,58 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
96/102 3,5 209,22 -4,34 0,98 W 610 X 155 VS 600 X 125 VS 600 X 140
108/114 3,5 273,57 -5,53 1,58 W 610 X 155 VS 600 X 140 VS 600 X 140
114/120 3,5 273,6 -5,53 1,58 W 610 X 155 VS 600 X 140 VS 600 X 140
123/126 3,5 221,64 -5,21 1,04 W 610 X 155 VS 600 X 125 VS 600 X 140
129/132 3,5 106,62 -1,96 0,53 W 610 X 155 VS 600 X 95 VS 600 X 140
11/12 1,5 13,86 1,07 3,23 W 610 X 155 CVS 400 X 103 CVS 400 X 103
56/57 1,5 15,55 -1,14 3,52 W 610 X 155 CVS 400 X 103 CVS 400 X 103
98/99 1,5 24,01 4,56 -3,69 W 610 X 155 CVS 400 X 103 CVS 400 X 103
122/123 1,5 25,42 1,51 -4,04 W 610 X 155 CVS 400 X 103 CVS 400 X 103
131/131 1,5 80,54 24,81 -77,29 2 W 610 X 155 CS 600 X 305 CS 600 X 305
A Tab. 3.1 resume todo o calculo do redimensionamento da estrutura, contendo
nela o número da barra, o comprimento, a tensão máxima, sendo a normal e o
momento, perfil utilizado no projeto original, o perfil calculado na pesquisa e o perfil
utilizado na pesquisa.
Foi visto que o calculista optou por repetir os perfis, para evitar erros tanto na
fabricação quanto na montagem da estrutura. Sendo assim, no redimensionamento,
também foram repetidos os perfis, mesmo que em alguns casos as tensões foram
pequenas, portanto foi utilizado o perfil de maior resistência.
24
Exemplo:
Barra 9/12 o perfil calculado foi o VS 600 x 95 e o perfil utilizado foi o VS 600 x 140.
3.2 Comparação final
Após o término de todo o cálculo estrutural, foi calculado o peso da estrutura. O
perfil utilizado na estrutura em projeto, o perfil W é comercializado em barras de
seis ou doze metros, já o perfil utilizado na pesquisa é comercializado no tamanho
que o comprador necessitar, tendo um tamanho máximo de doze metros.
• Comparação de peso:
Para as oitenta e uma barras calculadas, a quantidade de barras de perfil W
necessárias para estrutura em projeto foi:
Tabela 3.2: Resumo de perfis W utilizados na estrutura
Perfil nº de barras Peso Total (kg)
W 610 x 155 15 barras com 6,00 metros 13950
W 610 x 155 13 barras com 12,00 metros 24180
Peso total é de 38.130 kg.
Para as oitenta e uma barras calculadas, a quantidade de barras de perfis soldados
necessários para estrutura em projeto foi:
Tabela 3.3: Resumo de perfis soldados utilizados na estrutura
Perfil nº de barras Peso Total (kg)
CS 600 x 305 12 barras com1,50 metros 5490
CS 600 x 305 12 barras com 2,00 metros 7320
VS 600 x 140 42 barras com 3,50 metros 20580
25
Perfil nº de barras Peso Total (kg)
CVS 400 x 103 12 barras com1,50 metros 1854
CVS 400 x 103 2 barras com 2,00 metros 412
Peso total é de 35.656 kg.
34000
36000
38000
40000
Peso (kg)
Comparação de peso entre o projeto e a pesquisa
Projeto
Pesquisa
Figura 3.1: Comparação de peso entre o projeto e a pesquisa
Comparando o peso da estrutura original com a pesquisa, foi visto que o projeto
original é 7% em média, mais pesado que a pesquisa.
26
• Comparação de custos da estrutura:
Tabela 3.4: Resumo do cálculo dos valores da estrutura
Estrutura Peso (kg) R$ / kg Valor total
Projeto 38130 R$ 2,95 R$ 112.483,50
Pesquisa 35656 R$ 3,65 R$ 130.144,40
R$ 100.000,00R$ 110.000,00R$ 120.000,00R$ 130.000,00R$ 140.000,00
Valor total
Comparação de valor entre o projeto e a pesquisa
Projeto
Pesquisa
Figura 3.2: Comparação de valor entre o projeto e a pesquisa
Comparando o valor total da estrutura original com a pesquisa, foi visto que o
projeto original tem um custo, em média 16%, menor que a pesquisa.
27
4 CONCLUSÕES
Esta pesquisa teve como finalidade redimensionar a estrutura metálica em projeto,
esta estrutura é a 2ª fase dos camarotes do estádio Urbano Caldeira - Santos
Futebol Clube.
Conforme visto na pesquisa, foi concluído que não é viável o uso do perfil soldado
na estrutura metálica em estudo, mesmo que utilizando o perfil soldado a estrutura
seja mais leve, o custo não é viável.
Conforme visto, no projeto original, toda estrutura utiliza um mesmo tipo de perfil,
facilitando tanto a fabricação como a montagem da estrutura. Utilizando perfil
soldado, varia muito o tipo de perfil, podendo ocorrer erros tanto na fabricação
quanto na montagem da estrutura.
Sendo assim conclui-se também, que o projetista escolheu bem o perfil a ser
utilizado na estrutura.
28
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT ( NBR 8800:1986) -
Projeto e Execução de Estruturas de Aço de Edifícios, de 1986
BELLEI H. ILDONY et. al – Edifícios de múltiplos andares em aço – Ed. Pini
Apostila do curso de estruturas metálicas – Universidade São Francisco - 2006
DIAS, ANDRADE DE MATTOS Luís – Estruturas de aço conceitos, técnicas e
linguagem – Ed. Zigurate, São Paulo, 2000.