laboratÓrio de estruturas...

LABORATÓRIO DE ESTRUTURAS

METÁLICAS

Professor: Msc. Juliano Geraldo Ribeiro Neto

Monitor: Ruan Correia da Silva Peres

Rev. 00

Apostila: Laboratório de Estruturas Metálicas

2

SUMÁRIO

1 Memorial Descritivo ............................................................................................................ 5

1.1 Sistema Estrutural ...................................................................................................... 5

1.2 Paredes ........................................................................................................................ 5

1.3 Cobertura ..................................................................................................................... 5

1.4 Revestimento .............................................................................................................. 5

1.5 Pisos ............................................................................................................................. 5

1.6 Esquadrias e Ferragens ............................................................................................ 5

1.7 Instalações Elétricas e Hidros sanitária .................................................................. 5

1.8 Pintura .......................................................................................................................... 6

1.9 Dados Preliminares .................................................................................................... 6

2 Especificação dos Materiais ............................................................................................. 7

3 Normas Adotadas ............................................................................................................... 7

4 Softwares ............................................................................................................................. 7

5 Informações dos Materiais ................................................................................................ 7

5.1 Painel Wall ..................................................................................................................... 7

5.2 Telha .............................................................................................................................. 8

6 Elementos Estruturais ........................................................................................................... 8

6.1 Treliças .......................................................................................................................... 9

6.2 Telhas ............................................................................................................................ 9

6.3 Terças .......................................................................................................................... 10

6.4 Linha de Corrente ........................................................................................................ 10

6.5 Contraventamentos .................................................................................................. 10

7 Pré-Dimensionamento ........................................................................................................ 12

7.1 Terças .......................................................................................................................... 12

7.2 Tesouras ou Treliças .................................................................................................... 12

7.3 Pilares .......................................................................................................................... 12

7.4 Vigas ............................................................................................................................ 13

8 Ações Atuantes na estrutura .......................................................................................... 13

8.1 Ações Permanentes (G): ......................................................................................... 13


3

8.2 Ações Variáveis (Q1): .............................................................................................. 13

8.3 Ação Variável Devida ao Vento (Q2): ................................................................... 13

9 Exemplo Calculado com Programa Visual Ventos ............................................................... 14

10 Pré-Dimensionamento Para o Exemplo ........................................................................ 25

11 Carregamentos ................................................................................................................. 25

12 Carregamentos e Análise Estrutural .............................................................................. 27

12.1 Terças ......................................................................................................................... 27

12.1.1 Peso Próprio ...................................................................................................... 28

12.1.2 Carga Permanente ........................................................................................... 29

12.1.3 Sobrecarga ........................................................................................................ 30

12.1.4 Vento 0 ............................................................................................................... 31

12.1.5 Vento 90 ............................................................................................................. 32

12.2 Pórtico ........................................................................................................................ 33

12.2.1 Peso Próprio ...................................................................................................... 34


12.2.3 Sobrecarga ........................................................................................................ 36

12.2.4 Vento 0 ............................................................................................................... 37

12.2.5 Vento 90 ............................................................................................................. 39

12.3 Viga Secundária do Mezanino ................................................................................ 41

12.3.1 Peso Próprio ...................................................................................................... 41


12.3.3 Sobrecarga ........................................................................................................ 43

12.4 Viga Principal do Mezanino .................................................................................... 44

12.4.1 Peso próprio ...................................................................................................... 45


12.4.3 Sobrecarga ........................................................................................................ 47

12.5 Viga de Coroamento ................................................................................................ 48

12.5.1 Peso Próprio ...................................................................................................... 49

12.5.2 Vento 0 ............................................................................................................... 51

13 Combinações .................................................................................................................... 52

14 Resumo dos Esforços ...................................................................................................... 57

15 Dimensionamento ............................................................................................................. 57

15.1 Terças ......................................................................................................................... 58


4

15.2 Banzo Superior e Inferior ........................................................................................ 59

15.3 Montantes e Diagonais ............................................................................................ 60

15.4 Pilar do Pórtico .......................................................................................................... 60

15.5 Viga do Mezanino ..................................................................................................... 61

15.5.1 Viga Secundaria do Mezanino ........................................................................ 61

15.5.2 Viga Principal do Mezanino ............................................................................ 62

15.6 Viga de Coroamento ................................................................................................ 62

16 Resumo dos Materiais ..................................................................................................... 63

17 Referências ....................................................................................................................... 64


5

1 Memorial Descritivo

O presente trabalho tem por objetivo a realização de um galpão em estruturas

metálicas com mezanino (para escritório), para uso de depósito de

armazenamento de materiais, com área de 450 m², localizado na cidade de

Goiânia-Go.

1.1 Sistema Estrutural

Pórtico com treliça de banzo trapezoidal e colunas de alma cheia, engastados

na base e modulados a cada 6 metros vencendo vão de 15 metros.

1.2 Paredes

As paredes serão executadas com blocos de concreto e com argamassa de

assentamento conforme ABNT NBR 13281:2005.

1.3 Cobertura

Para a cobertura de duas águas serão usadas tesouras com perfis

metálicos; devidamente espaçados e telhas térmicas EPS, aço- filme.

1.4 Revestimento

As paredes serão revestidas com argamassa de cimento, cal e areia.

1.5 Pisos

Será executado um contrapiso de concreto com tratamento superficial no

térreo e no Mezanino será utilizado painel Wall.

1.6 Esquadrias e Ferragens

As esquadrias serão metálicas. Porta frontal (5,0m x 4,0m),3 janelas tipo

basculante laterais de cada lado de (3,0m x 1,0m).

1.7 Instalações Elétricas e Hidros sanitária

Serão executadas de acordo com as normas da ABNT.


6

1.8 Pintura

Massa PVA e tinta à base de água nas paredes internas, nas paredes externas

textura, e, óleo na esquadria de ferro.

1.9 Dados Preliminares

- Local de Implantação: Goiânia – GO.

- Utilização: Armazenamento de materiais

- Comprimento: 30000 mm

- Largura: 15000 mm

- Altura: 6000 mm

- Espaçamento entre pórticos: 6000 mm

- Numero de pavimentos: 1

- Mezanino: sim

- Fechamentos frontais: Alvenaria até 3000 mm e o restante em telha

metálica termo acústica, aço filme.

- Fechamentos laterais: Alvenaria até 3000 mm e o restante em telha

metálica termo acústica, aço filme.

- Aberturas: Uma porta na fachada frontal de 5000x4000 mm, 3 janelas

tipo basculante laterais de cada lado de (3000mmx1000mm).

- Cobertura: Duas águas e inclinação de 8%, telha metálica

Figura 1 - Esquema geral de um galpão simples (CHAVES,2007).


7

2 Especificação dos Materiais

- Colunas e Vigas: ASTM A572 G50

- Tirantes, Contraventamentos e Terças: ASTM A36

- Parafusos: ASTM A325

- Soldas: Eletrodo E-70XX

3 Normas Adotadas

- NBR8800/86 – Projeto e Execução de Estruturas de Aço de Edifícios - NBR6120/80 – Cargas para o cálculo de estruturas de edificações - NBR6123/88 – Forças devidas ao vento em edificações

4 Softwares

- Ftool – Versão educacional 2.12; - Visual Ventos – versão 2.0.2; - Visual Metal; - AutoCad 2015; - Programas elaborados no Microsoft Excel versão 2013.

5 Informações dos Materiais

5.1 Painel Wall

Figura 2 - Esquema de montagem do mezanino (catálogo Eternit).


8

Espessura: 40 mm

Largura: 1,20 metros

Comprimento: 2,5 metros

Peso Próprio: 96 kg; 32kg/m²

Área: 3m²

OBS: No manual informa que a instalação do painel Wall requer uma viga

secundária a cada 1,25 metros.

5.2 Telha

Figura 3 - Telha termo acústica

Espessura: 30 mm

Peso Próprio aço filme: 6,03 kg/m²

Vão máximo aço filme: 1800 metros

Inclinação mínima: 8%

6 Elementos Estruturais


9

6.1 Treliças

São as armações que correspondem ao sistema de viga estruturais treliçadas,

ou seja, estruturas isostáticas ou hiperestáticas executadas com barras

situadas num plano ligadas umas às outras em suas extremidades por

articulações denominadas nós, em forma de triângulos interligados e

constituindo uma cadeia rígida, apoiada nas extremidades. A figura 4

representa um modelo de treliça.

Figura 4 - Modelo de treliça

6.2 Telhas

As funções da telha a ser utilizada são: isolação térmica, maior estanqueidade,

durabilidade. Além da função de qualquer telha como proteção contra chuvas,

raios solares, entre outros. Exemplo de telha termo acústica aço filme conforme

figura 5.

Figura 5 - Telha usual para galpões (Catálogo Isoeste).


10

6.3 Terças

A função principal das terças é servir de apoio às telhas de cobertura e de

elemento estabilizante das peças em que se apoiam. Às terças, apoiam-se

transversalmente nas tesouras e reduzem o comprimento de flambagem das

mesmas.

A ligação das terças nas tesouras pode ser feita com parafusos ou solda.

6.4 Linha de Corrente

Nos casos em que as telhas não garantem a estabilidade lateral das terças, existe a necessidade de utilizar travamentos, denominados linhas de corrente, contendo a terça lateralmente. (Vieira, 2009). A figura 6 demonstra linhas de correntes para estabilização das terças.

Figura 6 - Linha de corrente para estabilidade das terças. (Vieira,2009).

6.5 Contraventamentos

E um sistema de ligação entre os elementos principais de uma estrutura, cuja

função é aumentar a rigidez da edificação, conseguindo assim suportar efeitos

do vento e outras cargas horizontais. A figura 7 mostra um exemplo de

contraventamentos.


11

Figura 7 - Sistema de contraventamentos. (Vieira,2009).

A figura 8 mostra as partes de um galpão simples.

Figura 8 - Partes de um galpão simples. (Pravia,2010).


12

7 Pré-Dimensionamento

O pré-dimensionamento será realizado com as recomendações do Eng. Ildony

Hélio Bellei, lembrando que essas recomendações são para uso diário e não se

enquadram em casos especiais.

7.1 Terças

Para terças e vigas de tapamentos.

L< h <L

60 40

Onde L e o vão da terça e h a altura do perfil.

7.2 Tesouras ou Treliças

L< HT <L

15 8

Onde L e o comprimento do vão e HT a altura da treliça.

7.3 Pilares

Colunas de Alma cheia sem vigas de rolamento.

H< h <H

30 20

Onde H e a altura da coluna e h a altura para o perfil.


13

7.4 Vigas

Onde L e o comprimento do vão e h a altura do perfil.

L< h <L

30 20

8 Ações Atuantes na estrutura

8.1 Ações Permanentes (G):

De acordo com a NBR 8681:2003 as ações permanentes são formadas pelo

peso próprio dos elementos da construção, incluindo o peso próprio de todos

os elementos construtivos permanentes, peso de equipamentos e instalações.

8.2 Ações Variáveis (Q1):

As ações variáveis têm como objetivo contabilizar aquelas ações que passam despercebidas durante o levantamento dos carregamentos como: pessoas executando manutenção no telhado, isolamento térmico e acústico, pequenas peças fixadas a estrutura(ate um limite superior de 5 Kgf/m²), apoio de instalações elétricas e hidráulicas, entre outras.Conforme ABNT NBR8800: 2008, item B.5.1, do anexo B, adotamos 0,25 KN/m² em projeção horizontal sobre toda a cobertura.

8.3 Ação Variável Devida ao Vento (Q2):

A ação do vento na estrutura deve ser calculada de acordo com a ABNT NBR

6123:1988. Em estruturas não contempladas por tal norma e necessária a

realização de ensaios de túnel de vento para a determinação correta das

ações.


14

9 Exemplo Calculado com Programa Visual Ventos

As áreas destacadas, são as áreas onde se deve entrar com dados no

software.

Figura 9–Dados iniciais para cálculo de vento utilizando o software visual ventos.


15

Figura 10–Velocidade Vo.

De acordo com mapa de isopletas, o usuário deve escolher o valor do vento

básico que é definido a partir da região onde será construída a obra, tabela 1

NBR 6123.


16

Figura 11 - Fator topográfico.

Fator Topográfico (S1): Este fator leva em consideração as variações da

superfície do terreno.


17

Figura 12 - Fator de rugosidade.

Fator de Rugosidade (S2): É o fator combinado entre a categoria da rugosidade

do terreno, a variação da velocidade do vento com a altura acima do terreno e

das dimensões da edificação.


18

Figura 13 - Fator Estatístico.

Fator Estatístico (S3): O fator estatístico considera o grau de segurança e a

vida útil da edificação, com base em um período de 50 anos.


19

Figura 14 - Coeficiente de pressão externa - paredes.

Coeficiente de pressão externa Cpe para parede são especificados na

tabela 4 da ABNT NBR 6123.


20

Figura 15 - Coeficientes de pressão externa para cobertura.

Os coeficientes de pressão e de forma , externos, são calculados de acordo

com a tabela 5 da ABNT NBR 6123, quando o telhado tem inclinações

diferentes dos intervalos da tabela pode-se chegar aos valores através de

interpolação linear.


21

Figura 16 - Coeficientes de pressão externa

Ocálculo dos coeficientes de pressão interna éfeito de acordo com as indicações do item 6.2 da ABNT NBR 6123/88.


22

Figura 17 - Combinação dos coeficientes de pressão.


23

Figura 18 - Esforços resultantes

Multiplicando os coeficientespela pressão dinâmica q e pela distância entre os pórticos d. Carga: Coeficiente x q x d = [N/m]


24

Figura 19 - Relatório.

.


25

10 Pré-Dimensionamento Para o Exemplo

De acordo com as recomendações do item 7, chegou-se aos seguintesperfis.

PRÉ-DIMENSIONAMENTO DAS PEÇAS

Peça L/60 L/40 Valor

escolhido (mm)

Perfil Escolhido

Terça 100 150 100 Perfil U 4" 8,04


escolhido (mm)

Perfil Escolhido

Treliça 1000 1875 1000 HT = 1500


escolhido (mm)

Perfil Escolhido

Pilares 200 300 200 W 200x15


escolhido (mm)

Perfil Escolhido

Vigas Principais 250 375 250 W 250x17,9

Vigas Secundárias 200 300 200 W 200x15

Tabela 1: Pré-dimensionamento.

11 Carregamentos

Considere um galpão típico como o galpão da figura 22.


26

Figura 20 - Galpão típico. (Acervo próprio).

Seráconsiderada treliças planas para o dimensionamento. Para lançar os carregamentos será considerado a área de influência de atuação das cargas, transformando os carregamentos distribuídos em cargas pontuais. A figura 23 mostra a área de influência considerada.

Figura 21 - Área de influência considerada para os nós da treliça. (Acervo próprio).

É fácil perceber que as áreas de influência e a média das áreas entre os nós

como demostrado a seguir:


27

𝑏1

2+

𝑏1

2= 𝑏1

𝑒1

2+

𝑒1

2= 𝑒1

Logo pode-se concluir que o produto de e1 x b1 é a área de influência para um

nó ou terça.

12 Carregamentos e Análise Estrutural

12.1 Terças

Descrição

Perfil U 6" 8,04

Largura entre as terças 1,50 m

Distância entre os pórticos 6,00 m

Peso Próprio 0,08 kN/m

Telha 0,06 kN/m²

Sobrecarga 0,25 kN/m²

Vento 0° -2,82 kN/m


Telha: 0,06 KN/m² x 1,5 m = 0,09 KN/m

Sobrecarga: 0,25 KN/m² x 1,5 m = 0,38 KN/m

Vento 0: (-2,82 KN/m /6 m) x1,5 m = -0,71 KN/m

Vento 90: (-3,08 KN/m /6 m) x 1,5 m = -0,77 KN/m


28

12.1.1 Peso Próprio

12.1.1.1 Esforço Cortante

12.1.1.2 Momento Fletor


29

12.1.2 Carga Permanente




30

12.1.3 Sobrecarga




31

12.1.4 Vento 0


12.1.4.2 Momento fletor


32

12.1.5 Vento 90




33

12.2 Pórtico

Descrição

Peso Estimado 0,20 kN/m²

Largura entre as terças 1,50 m

Distância entre os pórticos 6,00 m

Pilar W 200 x 15 0,15 kN/m

Terça + Telha 0,17 kN/m

Sobrecarga 0,25 kN/m²



Carregamentos Laterais

Esquerda Direita

vento 0 -2,82 2,82 kN/m

vento 90 3,48 1,97 kN/m

Peso Próprio: 0,2 KN/m²x 1,5 m x 6,0 m = 1,8 KN

Terça + Telha: 0,17 KN/m² x 6,0 m = 1,03 KN

Pilar: 0,15 KN/m² x 6 m = 0,9 KN

Sobrecarga: 0,25 KN/m² x 1,5 m x 6,0 m = 2,25 KN/m

Vento 0: -2,82 KN/m² x1,5 m = -4,23 KN

Vento 90: -3,08 KN/m² x 1,5 m = -4,62 KN

Para as cargas na cobertura do pórtico a forma correta e decompor as forças

em forças Fx e Fy, porém será simplificado, e será usado somente a força

vertical, considerando que as cargas horizontais ( Fx) são muito baixas.


34


12.2.1.1 Esforço Normal

Os efeitos de cortante e momento fletor são praticamente nulos.


35





36

12.2.3 Sobrecarga




37

12.2.4 Vento 0



38




39

12.2.5 Vento 90



40




41

12.3 Viga Secundária do Mezanino

Descrição

Perfil W 200 x 15

Distância entre as vigas 1,25 m

Comprimento das vigas 6,00 m


CP +PS+PW 1,72 kN/m²

Sobrecarga de escritório 2,00 kN/m²

Peso Próprio: = 0,15 KN/m

Carga Permanente:

Painel Wall: 37,51 kg/m²

Contra piso 4cm: 84 kg/m²

Porcelanato: 50,27 kg/m²

Total: 171,78 kg/m²

Carga Permanente: 171,78 kg/m² x 1,25 m = 2,15 KN/m

Sobrecarga: 2 KN/m² x 1,25 m = 2,5 KN/m



42





43



12.3.3 Sobrecarga


44



12.4 Viga Principal do Mezanino

Descrição

Perfil W 250x17,9

Distância entre as vigas - m

Comprimento das vigas 7,50 m


Sobrecarga de escritório 2,00 kN/m²


Carga Permanente: será utilizada as reações que as cargas permanentes e o

peso próprio da viga secundária levam para viga principal, essas reações serão

cargas pontuais nas vigas principais.


45

Q = PP+CP

q = (0,15 + 2,15) = 2,3 KN/m

∑ Ma = 0 2,3 x 6 x 3 – 6 Vb = 0 Vb = 6,9 KN

Sobrecarga: será utilizada as reações que a sobrecarga da viga secundária

leva para viga principal, essas reações serão cargas pontuais nas vigas

principais.

Q = SC

q = 2,5 KN/m

∑ Ma = 0 2,5 x 6 x 3 – 6 Vb = 0 Vb = 7,5 KN

12.4.1 Peso próprio


46

12.4.1.1 Esforço cortante




47



12.4.3 Sobrecarga


48



12.5 Viga de Coroamento

Será considerado os esforços devido ao peso próprio e ao vento a 0°.

Viga de Coroamento

Carga permanente Peso próprio do perfil 0,15 KN/m

Vo 35 m/s

Carga variável

dist. De influência 7,50 m

Vk 27,65 m/s

q 468,65 N/m²

Carregamentos Laterais

Esquerda Direita

vento 0 2,46 - 1,05 kN/m


49


Para incidência do vento 0:

Vo = 35 m/s

Vk = Vo x S1 x S2 x S3

Vk = 35 x 1 x 0,79 x 1

Vk = 27,65 m/s

q = 0,613 x Vk²

q = 0,613 x 27,65²

q = 468,65 N/m²

Coeficientes: + 0,7 e – 0,3

Para encontrar a carga provocada pelo vento 0 na seção transversal da

edificação:

Carga = 0,7 x 468,65 N/m² x 7,5 m = 2,46 KN/m

Carga = - 0,3 x 468,65 N/m² x 7,5 m = - 1,05 KN/m



50





51

12.5.2 Vento 0




52


13 Combinações

De acordo com a NBR 8800 o carregamento para uma estrutura é definido pela

combinação de ações que tem uma probabilidade não desprezível de atuar

sobre a estrutura, durante o período estabelecido para o projeto. Os coeficientes

de ponderação são retirados da ABNT NBR 8800:2008 nas tabelas 1 e 2 conforme as

figuras 22 e 23.


53

Figura 22 - Tabela com coeficientes de ponderação da ABNT NBR 8800:2008


54

Figura 233 - Tabela com fatores de combinação da ABNT NBR 8800.

De acordo com a NBR 8800 para cada combinação se aplica a seguinte

expressão:

Fd =

Σ(γ

gi F

G k i, ) + γ

q1 F +

Σ(ψ γ

0j F

k Qj, )

onde:


55

FGi,k representa os valores característicos das ações permanentes;

FQ1,k é o valor característico da ação variável considerada principal para a combinação;

FQj,k representa os valores característicos das ações variáveis que podem

atuar concomitantemente com a ação variável principal.

Para o nosso exemplo será utilizado as seguintes combinações:

1° 1,25 x PP + 1,35 x CP + 1,5 x SC + 1,4 x 0,6 x V0

2° 1,25 x PP + 1,35 x CP + 1,5 x SC + 1,4 x 0,6 x V90

3° 1,25 x PP + 1,35 x CP + 1,4 x V0 + 1,5 x 0,8 x SC

3° 1,25 x PP + 1,35 x CP + 1,4 x V90 + 1,5 x 0,8 x SC

5° PP + CP + 1,4 x V0

6° PP + CP + 1,4 x V90

7° 1,25 x PP + 1,35 x CP + 1,5 x SC

Para as combinações será utilizada os esforços de maiores valores para cada

peça. Gerando os seguintes resultados:

Tabela 2: Resultados das combinações para os esforços normais.


56

Tabela 3: Resultados das combinações para os esforços cortante.

Tabela 4: Resultados das combinações para os esforços demomento fletor.


57

14 Resumo dos Esforços

Abaixo tabela com o resumo dos esforços críticos que serão utilizados para o

dimensionamento.

Tabela 5: Resumo dos esforços para dimensionamento.

15 Dimensionamento

Para o dimensionamento será utilizado o software visual metal.

Figura 24 - Interface do software.


58

Figura 25 - Escolha do aço.

Clique em aço e escolha o aço desejado.

15.1 Terças

Primeiro escolha o perfil desejado para cálculo.


59

Após a entrada de dados, aperte a tecla calcular e verifique a mensagem.

15.2 Banzo Superior e Inferior


60

Para os banzos o ideal e testar o perfil tanto para tração como para compressão, no exemplo

será testado somente para compressão, pois os efeitos da compressão tendem a serem mais

críticos.

15.3 Montantes e Diagonais

Foi escolhido o perfil em dupla cantoneira.

15.4 Pilar do Pórtico

Lflx= Kx . Lx

Lflx= 0,8 . 6

Lflx= 4,8 m

Lfly= Ky . Ly

Lfly=0,8 . 6

Lfly= 4,8 m


61

15.5 Viga do Mezanino

15.5.1 Viga Secundaria do Mezanino


62

15.5.2 Viga Principal do Mezanino

15.6 Viga de Coroamento


63

16 Resumo dos Materiais


64

17 Referências

ABCEM. Revista Construção Metálica (2009). 92.ed. Disponível em

<http://abcem.org.br/revista-construcao-metalica/edicao92/RCM92.pdf> Acesso em: 19 maio

de 2015.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. Projeto de

Estruturas de Aço e de Estrutura Mistas de Aço e Concreto de Edifícios - NBR-8800. Rio

de Janeiro: ABNT, 2008. 237p.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. Ações e Segurança nas

Estruturas – Procedimento - NBR-8681. Rio de Janeiro: ABNT, 2003.15p.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. Dimensionamento de

Estruturas de Aço Constituídas por Perfis Formados a Frio - NBR-14762. Rio de Janeiro:

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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. Projeto de Estruturas de

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16239. Rio de Janeiro: ABNT, 2013.90p.

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