luis henrique durão

7/25/2019 Luis Henrique Duro

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ESCOLA TCNICA CURSO NOBRE

Estrutura metlica em obra residencial

Uberaba, 2014.

Luis Henrique Duro


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Estrutura Metlica em obra residencial

Trabalho de Concluso de

Curso apresentado ao

Curso de tcnico em Mecnica

Escola Tcnica Curso Nobre

Uberaba, 2014


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Trabalho de Concluso de

Curso apresentado aoCurso de Tcnico em Mecnica

Escola Tcnica Curso Nobre, para obteno

do certificado de Tcnico em Mecnica

Data de aprovao: ___/___/____

Banca Examinadora

Prof.


Prof.


Uberaba, 2014


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Trabalho a ser apresentado ao curso de Tcnico em Mecnica

Monografia produzida e analisada atravs de estudos e pesquisas.


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A minha Esposa e ao meu filho,

E principalmente a Deus,

Por me dar tudo que eu preciso

Para realizar meu trabalho.


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AGRADECIMENTOS

Agradeo aos meus orientadores, Milton Borges e Fernando Horida, Pela extrema

dedicao e orientao aos mtodos adotados na elaborao dessa monografia.

Aos colegas de trabalho e equipe de treinamento.


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Estrutura de ao ou de madeira?

Est certo quem responder que s mesmo os projetos arquitetnico e estrutural

podem avaliar o melhor sistema para cada cobertura. Mas h muitos detalhes a

serem considerados por quem est sonhando com a futura casa, como custos e

manuteno. (Revista Casa e construo)


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1 - RESUMO

Quero fazer o telhado da minha construo, uma residncia em dois pavimentos

(Sobrado), com 238 m, em um condomnio de fechado, chamado Cyrela Landscape, na

cidade de Uberaba-MG. Posso chama-la de Casa dos meus sonhos embora, toda

construo que eu fao me faz sonhar.

O telhado em questo ter 141,5 m, ser coberto com telhas de Concreto na cor

natural, resinadas, pois tm um bom custo/benefcio.

No nosso pas, a grande maioria das estruturas de telhado executada em madeira e,

devido ao provvel empenamento, que normalmente ocorre meses aps a execuo, no

caso de madeiras recentemente cortadas, essa estrutura em Madeira no me atrai, ento,

aproveitando minha habilidade, e meus conhecimentos sobre o ao, decidi avaliar outras

hipteses para concluir meu objetivo.

Palavras chave:estrutura, telhado, ao, telha de concreto.


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ABSTACT

I want to make the roof of my building, a two-storey residence (Left), with 238 m,

in a closed condominium, named Cyrela Landscape, in the city of Uberaba-MG. can I call

her "my dream house" though, all construction that I do make me dream.

The roof in question have m 141.5 will be covered with Concrete tiles in natural

colour, resin-coated, as they have a good cost/benefit ratio.

In our country, the vast majority of roof structures is performed in wood and, due tothe likely warpage, which typically occurs months after the execution, in the case of

recently cut timbers, this wooden structure attracts me, so taking advantage of my skill,

and my knowledge about steel, decided to evaluate other possibilities to complete my goal.

Keywords: structure, roof, steel, concrete tile.


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SUMRIO

1.0 INTRODUO............................................................................................. 13

1.1 METODOLOGIA.......................................................................................... 13

1.2 JUSTIFICATIVA........................................................................................... 14

1.2.1 Madeira: opo artesanal..................................................................... 14

1.2.2 Dificuldades com a Madeira................................................................ 15

1.2.3 Ao, Obra limpa e rpida.................................................................... 17

1.2.4 Dificuldades do Ao............................................................................ 18

2.0 ESTRUTURA METLICA EM OBRA RESIDENCIAL......................... 19

2.1 PRIMEIRA ESCOLHA................................................................................. 19

2.1.1 Fatores Tcnicos..................................................................................... 19

2.1.2 Fatores Econmicos................................................................................ 20

2.2 SEGUNDA ESCOLHA................................................................................. 21

2.2.1 Steel Frame............................................................................................. 21

2.2.2 Sistema de Perfis Dobrados e Soldados................................................. 26

2.3 ESCOLHA FINAL.......................................................................................... 27

3.0 - CLCULO......................................................................................................... 27

3.1 Clculo da treliaMtodo dos ns.......................................................... 27

3.2 Mtodo das sees..................................................................................... 29

3.3 Trao........................................................................................................ 30

3.4 Compresso............................................................................................... 31

3.5 Flambagem................................................................................................ 32

4.0 NBR................................................................................................................ 34

5.0 PROCEDIMENTOS DE EXECUO........................................................ 37


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5.1ARRANJO ESTRUTURAL........................................................................ 36

5.2 - CRITRIOS DE DIMENSIONAMENTO................................................... 37

5.2.1 Aes variveis....................................................................................... 37

5.2.2 Aes Permanentes................................................................................. 37

5.2.3 Aes excepcionais................................................................................. 37

6.0 PROGRAMAS DE CLCULO, GRATUITOS......................................... 40

7.0 CONCLUSO................................................................................................. 42

8.0 ATERRAMENTO.......................................................................................... 42

9.0 PROJETOS..................................................................................................... 44

10.0 BIOGRAFIA................................................................................................... 49

11.0 APNDICE...................................................................................................... 51

12.0 ART DA OBRA.............................................................................................. 54

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Custo da Madeira................................................................................... Pg. 14

Tabela 2: Custo do Ao.......................................................................................... Pg. 17

Tabela 3: Tenso ao/Madeira............................................................................... Pg. 19

Tabela 4: Elasticidade Ao/Madeira...................................................................... Pg. 19

Tabela 5: Produtividade custo do Steel frame....................................................... Pg. 25

Tabela 6: Composio do custo do steel frame..................................................... Pg. 25

Tabela 7: Materiais Utilizados............................................................................... Pg. 33

Tabela 8: Tabela de Cargas.................................................................................... Pg. 38

Tabela 9: Tipos de Estruturas................................................................................. Pg. 38

Tabela 10: Valores Dfy........................................................................................... Pg. 39


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1.0 - INTRODUO

Inmeros so os artigos, e questionamentos quando se refere a telhados, e a

pergunta que se repete o que usar ao ou madeira?.

Esta monografia foi montada com intuito de justificar a escolha e aplicao de uma

estrutura metlica a fim de estruturar um telhado residencial composto de telhas de

concreto, em residncia de alto padro, executado na prtica, por esse aluno do Curso de

Tcnico em mecnica da Escola Tcnica Curso Nobre.

1.1 - METODOLOGIA

Esse Trabalho de concluso de curso resultado de um trabalho prtico em execuo, eteve apoio de estudo em dissertaes de mestrado, livros tcnicos, catlogos de empresas,

internet e estudo em maquete.

Nosso objetivo to somente comparar dois sistemas construtivos parecidos, A e B,

atravs das tabelas de resistncia encontradas nas normas ISO e NBR, analisando sua

aplicao na nossa regio, considerando as intempries tpicas, (Temperatura, ventos,

umidade e salinidade), custo, manuteno. Descrevendo os passos de execuo do sistema

escolhido, uma vez, que descartamos o sistema mais tradicional mais usado, j relatado.


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1.2 JUSTIFICATIVA

1.2.1 - Madeira: opo artesanal

O material mais popular entre os brasileiros sai na frente quando a comparao leva

em conta a facilidade de compra."Ela vendida at em lojas de material de construo,

em qualquer ponto das cidades", diz Roberto Bomtempo. Numa pequena reforma do

telhado ou em ampliaes prefervel usar a madeira em vez do ao, que exige maior rigor

com medidas. Essa preferncia deve prevalecer numa cobertura de muitas guas e recortes.

"A madeira mais fcil de trabalhar do que o metal, principalmente na hora de fixar as

telhas nas ripas", explica o engenheiro rcio Tomaz, pesquisador do Instituto dePesquisas Tecnolgicas do Estado de So Paulo (IPT). A garantia de durabilidade da

estrutura depende da seleo de espcies resistentes, entre elas garapeira, itaba,

maaranduba, cumaru e muiracatiara. "Estamos no momento da garapeira, que durvel e

tem um preo mais baixo em relao a tipos nobres como a maaranduba e a itaba",

conta o telhadista Umberto Russo Neto, da Engetelhas. As desvantagens da madeira,

como o desmatamento de florestas e as sobras no canteiro de obras, esto sendo

amenizadas com o uso das espcies de reflorestamento. Um exemplo so as empresas que

desenvolveram sistemas em que os perfis de madeira chegam obra com encaixes prontos

feitos por computao grfica na fbrica.

Quanto custa

Garapeira - em mdia, R$ 1500* o m3.

Itaba - em mdia, R$ 1850 o m3.

Eucalipto - em mdia, R$ 1 500 o m3.

Tabela 1

* Esse preo inclui gastos com material (exceto telha e forro) e se refere a uma estrutura de

telhado simples para 100 m2 de cobertura, que consome cerca de 3 m3 de madeira. O valor


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mdio da mo de obra R$ 60 o m2. O preo do material cotado por m3. Nas residncias

das fotos, que incluem mo de obra e projeto, os profissionais estimaram o valor total por

m2.

figura 1

1.2.2 - Dificuldades com a madeira

Ao se considerar gastos com material e execuo, a princpio a madeira mais barata.

Porm, o ao traz economia ao agilizar a obra. Com ele, o telhado fica pronto em at duasvezes menos tempo.

Quando a cobertura requer grandes vos livres, a madeira exige emendas em tesouras e

caibros, perdendo rigidez. Tambm h maior risco de fendas com o movimento do

material, o que no acontece com a estrutura metlica.

Quanto ecologia h controvrsias. A madeira perde pontos pela derrubada de rvores,

mas se comparada ao ao, que passa por processo industrial, ela consome menos energia

em sua produo. O valor final do telhado deve levar em conta os gastos de manuteno, que sobe no uso

da madeira. Ela exige reaplicao constante de verniz, enquanto o ao menos suscetvel

deteriorao por umidade e ao ataque de insetos.


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figura 2

figura 3


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1.2.3 - Ao, Obra limpa e rpida.

Mesmo apresentando vantagens como agilidade e desperdcio zero, o ao ainda

pouco consumido no Brasil. "Pela tradio cultural que privilegia a madeira e o concreto

e pela falta de conhecimento sobre esse material usamos cerca de 500 kg de ao por

pessoa ao ano, enquanto a Coria emprega o dobro", diz a engenheira Catia Mac Cord, do

Centro Brasileiro da Construo em Ao, (CBCA). Alguns mitos, como a facilidade de

enferrujar, ajudam a afastar novos compradores. "Isso no acontece quando usado ao

prprio para estrutura protegido contra corroso", explica o arquiteto Pedrosvaldo

Caram Santos, da Usiminas.Entre as opes sugeridas est o ao galvanizado, zincado, e o

ao patinvel, com resistncia at trs vezes maior do que o ao comum ASTM A36. Essas

duas opes, indicadas em situaes de maresia e de exposio gua, ainda so caras,

mas tm benefcios quando comparadas madeira. Vigas e caibros chegam furados,

cortados e prontos na obra, transformando esse tempo ganho em economia.

Roberto Inaba, da siderrgica Cosipa. Se voc deseja menos preocupao, a ideia

fornecer s o projeto da cobertura, e deixar a empresa se responsabilizar pelo material,

clculo estrutural, execuo e montagem dos perfis."Uma cobertura de 200 m2 pode ser

erguida em cerca de cinco dias. Alm de o metal proporcionar uma obra sem desperdcio

de material nem sujeira, pois a montagem acontece na fbrica", diz o arquiteto paulista

Nelson Zacchello Nahas.

Quanto custa

Ao estrutural ASTM A36 - em mdia, R$ 8* o kg.

Ao estrutural patinvel - em mdia, R$ 9 o kg

.Ao estrutural A36 galvanizado - em mdia, R$ 10 o kg.

Tabela 2


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* Esse preo inclui material e execuo (exceto telha e forro) e se refere a uma estrutura de

telhado simples para 100 m2 de cobertura. Gastam-se entre 15 e 20 kg de ao por m.

O preo do material cotado por peso. Nas residncias, que incluem mo de obra e

projeto, os profissionais estimaram o valor total por m.

1.2.4 - Dificuldades com o ao

A imagem dele ainda est associada arquitetura industrial, e no a casa - diferentemente

da madeira. "Eu sempre uso a madeira em estrutura de telhado aparente. Acho que aspessoas gostam de olhar para ela", diz o engenheiro carioca Roberto Bontempo.

Ele dificulta pequenos reparos no telhado . "No h estoque de ao em lojas de material

de construo nem se trata de um produto disponvel no varejo", conta Roberto Inaba . Ou

seja, esse material parte de um sistema construtivo completo, que precisa ser projetado e

encomendado com antecedncia.

A falta de conhecimento tcnico inviabiliza mudanas durante a obra. "Telhadistas queno atuam nesse segmento no tm condies de dimensionar vigas. Alm disso, como as

peas chegam na medida, cort-las exige ferramentas especficas", fala Roberto. Por

enquanto, mais fcil encontrar profissionais especializados na montagem de estrutura de

madeira. *

*(Revista Construo Metlica - ABCEM )


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2.0 - ESTRUTURA METLICA EM OBRA RESIDENCIAL

2.1 - PRIMEIRA ESCOLHA

Nossa escolha fora muito fcil de ser tomado bastando analisar as tabelas abaixo:

2.1.1 - Fatores tcnicos

TENSO DE CISALHAMENTO

Ao tipo A-36 = 1.500 kgf/cm (tenso normal) = 800 kgf/cm (tenso de cisalhamento)

Madeira (Peroba)= 90 kgf/cm (tenso normal) = 12 kgf/cm (tenso de cisalhamento)

Tabela 3

LEI DE HOOKE

A relao linear entre tenso e deformao pode ser expressa por s = E x e, onde E

uma constante de proporcionalidade conhecida como mdulo de elasticidade 2. o

coeficiente angular da parte linear do diagrama s x e e diferente para cada material.

Alguns valores de E:

Ao: 2 100 000 Kgf/cm2 (210 000 MPa)

Madeira: 100 000 Kgf/cm2 (10 000 MPa)

Tabela 4


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2.1.2 - Fatores Econmicos

Considerando, que o custo da madeira, teoricamente empata com o do ao, veja:

Usaramos 4,2 m de madeira ao custo de R$ 1.500,00 o m totalizando R$ 6.300,00 de

material, mais R$60.00 por m da obra de mo de obra, ou seja, R$ 8.460,00,Totalizando

R$ 14.760,00

No ao, no sistema Steelframe, oramos os 141 m, por R$14.000,00 no preo fechado,

com material e mo de obra.

J no sistema de perfis dobrados e soldados, calculamos que usaramos 2.000 kg de

ao astm A36 no valor de R$ 3.70 o kilo somando R$ 7.400,00 + tintas para pintura R$

300,00, com mo de obra prpria, porm avaliada em R$ 9.000,00 totalizando R$16.700,00.

Esses dados foram suficientes para optarmos pelo ao, mesmo sabendo das

polemicas que permeiam a discusso, sobre o impacto ambiental, sequestro de carbono,

reciclagem, desperdcio, queima energtica, desmatamento, certificados de origem, enfim,

so tantos os fatores e as informaes conflitantes, que preferimos nos deter aos fatorestcnicos e econmicos.


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2.2 - SEGUNDA ESCOLHA

Ento surge uma segunda dvida, usar Ao Soldvel, ou o sistema incipiente, steel

frame. O que escolher?

2.2.1 Steel Frame

A cobertura destina-se a proteger as edificaes da ao das intempries. Pode ser vista

tambm como um dos elementos de importncia esttica do projeto, merecendo, por isso,

materiais que atendam tanto ao desempenho tcnico como s exigncias arquitetnicas. A

definio da cobertura da edificao depende, entre outros fatores, de: dimenses dos vos

que devero ser vencidos; aes da natureza; opes arquitetnicas e estticas; condies

locais e a relao custo-benefcio.

De um modo geral, os elementos das coberturas so a vedao propriamente dita

(telhas), que pode ser de diversos materiais, a armao ou conjunto de elementos que do

suporte cobertura, como as ripas, caibros, teras, tesouras, trelias, elementos de

contraventamento e o sistema de escoamento das guas pluviais, como condutores, calhas e

rufos. Construtivamente, as coberturas prprias para steel frame possuem as mesmas

caractersticas e princpios das estruturas convencionais. Portanto, podem ser utilizadas

com telhas metlicas, cermicas, fibrocimento e shingle, entre outras. As coberturas

prontas para steel frame, por sua leveza e versatilidade, podem ser utilizadas em

edificaes de sistemas construtivos tradicionais e so capazes de vencer grandes vos,

inclusive podem ser empregadas em galpes e edificaes de usos gerais de servios. Para

executar estruturas de coberturas de steel frame utilizam-se os mesmos perfis de ao

galvanizado empregados na estrutura das paredes, que so os perfis U e Ue, com alma de

90 mm, 140 mm ou 200 mm de altura. O conceito de alinhamento das cargas, empregado

na execuo do restante da estrutura da construo, deve valer tambm para a cobertura.


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Os perfis metlicos devem se posicionar entre si de tal forma que gerem o mnimo de

excentricidade e transmitam as aes citadas sem gerar efeitos substanciais de segunda

ordem. Para tanto, construtivamente, os perfis que compem a tesoura, trelia ou conjunto

de caibros devem ter suas almas alinhadas s almas dos montantes das paredes que as

suportam, para que os esforos no produzam efeitos no avaliados no dimensionamento.

Por ltimo, tem-se a subestrutura de cobertura. Basicamente, essas subestruturas so

compostas de trelias e/ou caibros vencendo os vos de telhado como mostra a figura.

figura 4

Os perfis so fixados entre si, atravs de parafusos auto-brocantes, compondo painis de

paredes, lajes de piso/forro e estrutura de telhado. Constituindo dessa forma, um conjunto

monoltico de grande resistncia e apto a absorver as cargas e esforos solicitados pela

edificao e agentes da natureza como vento e chuva.


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figura 5

figura 6

Fonte: Centro Brasileiro de Construo em Ao


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figura 7

figura 8

Fonte: Centro Brasileiro de Construo em Ao


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Tabela 5

Tabela 6fonte: revista Brasileira do ao.


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2.2.2 Sistema de Perfis Dobrados e Soldados

Esse sistema j nosso velho conhecido, muito usado para estruturar telhados leves

de at 20 kg por m, (telhas de ao galvanizado, Galvalumnio, sanduiche ou fibrocimento),

ms, ainda inditas pra mim, para suportar cargas acima de 60 m, como o caso de telhacermica ou de concreto.

Dentre os pontos positivos desse sistema, eu destaco que atendem a mesma norma do

modelo anteriormente citado (NBR 14762), tambm fabricado a partir do ao ASTM A 36,

portanto, com a mesma resistncia a trao, compresso e flambagem, em kg/cm.

Tendo um preo de varejo ( do material), at 40% inferior por kilo, apesar de no ter o

tratamento da zincagem, o que o tornaria imune a ferrugem, porm tenho que considerar,que na nossa regio uma pintura utilizando 2 demos de base alquidica de secagem rpida

e acabamento de 2 demos de esmalte alquidico semi brilho, em conformidade com ABNT

NBR 7348 uma boa soluo para essa questo, pois no estamos numa regio litornia,

ou ambiente alcalino.

Destaco que o material de fcil maleabilidade, emendvel, o que reduz desperdcio,

soldvel, o que proporciona boa rigidez dos vnculos, oferecido comumente no varejo, e

principalmente, mo de obra prpria, ou seja executado pela minha prpria equipe,

utilizando pelo mesmo preo, um material com maior espessura e consequentemente

resistncia a fatores fsicos, e rigidez do conjunto superior ao sistema anterior.


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2.3 - ESCOLHA FINAL

Em virtude dessas similaridades, o presente trabalho visa demonstrar os conceitos

adotados para os dois sistemas de estruturas metlicas utilizando perfis dobrados em

conformidade com a NBR 14762, propor algumas solues de estrutura metlica para uma

dada cobertura em questo e compar-las sob alguns aspectos as distintas solues

analisadas.

Apesar de o sistema steel frame demonstrar nas tabelas acima sua inigualvel

produtividade, quando se trata de uma srie produzida ,e um custo total inferior,

entendemos que esses fatores no tero a mesma eficincia em apenas 1 obra.

Tendo em vista que os perfis formados a frio so mais econmicos os estaremos

utilizando em nosso projeto tesouras e esses tipos de perfis que devero compor as teras.

Para o clculo das teras costuma se considerar a condio de simples apoio.

Optamos ento por usar o sistema construtivo, usando perfis leves de ao dobrado

ASTM A36 na seo 75 x 40 x 3, na proporo de 17 kg/m de ao usado na obra ( 2400

kg para 141m), mesclados com cantoneira laminada x 1/8 ,como estribos

intertravados soldados no sistema MIG/MAG, pintados com esmalte sinttico e primer

universal

O que nos levou a essa escolha, alm da mo de obra prpria e dos fatores j citados,

fora a desconfiana, quanto fadiga dos vnculos no sistema steel frame, que na minha

percepo no to eficiente a longo prazo quanto o sistema soldado, devido a menor

espessura do material, e ainda a prematura anlise dos resultados dos j existentes. Refiro-

me aos vnculos da cumeeira, em 30 ou 45 graus, e no aqueles que encaixamperfeitamente a 90 .


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3.0 - CLCULO

Visto que, tomando como base os critrios de execuo e de dimensionamento aquiadotados, conclumos que aproximadamente 40% de toda a carga incidente no projeto,sero descarregadas em 8 tesouras secundrias e, por sua vez, descarregaro em apenas

duas trelias principais, ento, definimos que calcularemos apenas o elemento que sofrermaior esforo, o que veremos a seguir.

3.1 - Clculos da Trelia mtodo dos ns

Uma trelia uma estrutura reticulada que tem todas as ligaes entre barrasarticuladas, a figura 1 mostra uma trelia plana com suas cargas e reaes. Na anlise deuma trelia as cargas atuantes so transferidas para os seus ns. A consequncia disso emconjunto com a hiptese de ligaes articuladas, que uma trelia apresenta apenasesforos axiais (esforos normais de trao e compresso).

Figura 9

O calculo da trelia pode ser feito utilizando dois mtodos:

Mtodo das seesMtodo dos ns

A seguir o clculo da trelia que sofrer maior esforo no conjunto, utilizando omtodo das sees:

Consideramos um peso de 3000 kg aplicado no meio da estrutura, como 3000kgequivale a aproximadamente 30000N ento subdividindo os pesos em 7 ns da treliaabaixo temos a seguinte configurao:

4300 N por n.

Com vo livre mximo de 7200 mm,

Distncia entre os ns de 1028 mm

luis henrique durão

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