UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MINAS GERAIS

CAMPUS DA FUNDAO EDUCACIONAL DE DIVINPOLIS

INSTITUTO DE ENSINO SUPERIOR E PESQUISA

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

TIM - ESTRUTURAS DE AO

Dimensionamento de Cobertura Metlica

Referencial o Panam

Danilo Arthur de Oliveira

Filipe Zanetti de Oliveira Alves

Glauber Alcntara S. Pacheco

Guilherme Henrique C. Alves

Hudson Carlos dos Santos

Jlio Csar dos Santos

Sarah Vilela

Sibelle Rabelo

Tas Ferreira Costa

Divinpolis

Dezembro 2014

Danilo Arthur de Oliveira

Filipe Zanetti de Oliveira Alves

Glauber Silva Pacheco

Guilherme Henrique C. Alves

Hudson Carlos dos Santos

Jlio Csar dos Santos

Sarah Vilela

Sibelle Rabelo

Tas Ferreira Costa

TIM - ESTRUTURAS DE AO

Dimensionamento de Cobertura Metlica

Trabalho de dimensionamento de

cobertura de estrutura metlica da

disciplina Estruturas de Ao do 8

perodo (noturno) do curso de

Engenharia Civil com nfase em

Meio Ambiente da UEMG.

Professor: Elves Faria

Divinpolis

Dezembro 2014

SUMRIO

1 INTRODUO........................................................................................................... 6

2 OBJETIVOS................................................................................................................ 7

3 MEMORIAL DESCRITIVO .......................................................................................8

3.1. Conjunto de Especificaes............................................................................8

3.2. Pr-Dimensionamento dos Elementos do Prtico..........................................9

3.2.1. Dados da Obra.....................................................................................9

3.2.2. Estados Limites...................................................................................10

3.2.3. Edio de Cintas de Cobertura...........................................................10

3.3. Desenho do Projeto.......................................................................................10

3.3.1. Vista Frente........................................................................................10

3.3.2. Vista Cobertura..................................................................................11

3.3.3. Vista 3D.............................................................................................11

3.4. Lista de Materiais.........................................................................................12

3.4.1. Tabela de Barras................................................................................12

3.4.2. Tabela de Resumo..............................................................................12

3.4.3. Quantitativo de Superfcies................................................................13

3.4.4. Aos Estruturais.................................................................................13

3.4.5. Eletrodos ...........................................................................................13

3.4.6. Telhas.................................................................................................13

3.5. Aes Atuantes.............................................................................................14

3.5.1. Ao Permanente...............................................................................14

3.5.2. Aes devida ao Vento......................................................................14

3.6. Anlise Estrutural.........................................................................................15

3.7. Dimensionamento das Teras.......................................................................16

3.7.1. Anlise Estrutural das Teras............................................................16

3.7.2. Pr-Dimensionamento dos Perfis......................................................16

3.7.3. Dimensionamento dos Perfis.............................................................17

3.8. Dimensionamento dos Elementos do Prtico...............................................17

3.8.1. Solicitao de Clculo.......................................................................17

3.8.2. Dimensionamento e Verificaes para a Coluna...............................17

3.9. Dimensionamento dos Elementos de Contraventamento.............................18

4 CONSIDERAES FINAIS ....................................................................................20

5 REFERNCIAS ........................................................................................................21

6 ANEXOS....................................................................................................................22

RESUMO

O dimensionamento de uma cobertura de estrutura metlica objeto de estudo

desse trabalho, e busca constatar na concepo do projeto, a correta utilizao de

normas e critrios de coberturas, para fins de uso residencial j que nosso

empreendimento um edifico residencial. Para alcanar o objetivo, utiliza pesquisa

bibliogrfica, onde possvel conceituar o material ao estrutural, suas propriedades e

vantagens na construo metlica, alm de definir quais so e para que servem as partes

integrantes de uma cobertura e o dimensionamento da mesma. Pois nosso

empreendimento basicamente ser uma cobertura simples sem grandes esforos

solicitantes.

6

1. INTRUDUO

A estrutura metlica oferece inmeras vantagens na Engenharia Civil. Podemos

citar a grande variabilidade de formas, reduo do tempo de construo e racionalizao

de matrias e, no que diz respeito segurana, por se tratar de um material nico e

homogneo, os valores de limites de escoamento, ruptura e mdulo de elasticidade so

bem definidos. Nosso empreendimento um edifcio residencial situado na cidade de

Divinpolis-MG com um total cinco pavimentos com vinte apartamentos. Possui uma

rea total a ser coberta de tanto.

Apesar da fabricao das estruturas em ao no Brasil ter-se iniciado a no muito

tempo, seu uso em construes de edifcios no utilizado no mbito nacional.

Curiosamente, o Brasil um produtor de ao, porm ainda conservador em se tratando

de edifcios de estruturas mista. Porm, estrutura metlica vem ganhando um grande

espao na utilizao em construes de pequeno e mdio porte, como no caso de

galpes comerciais, industriais metlicos, e cobertura em edifcios, por se tratar de uma

construo rpida, limpa de custo baixo, comparativamente construo em concreto.

Sabe-se que, para obter um resultado satisfatrio em uma obra, seja ela de

concreto ou estrutura metlica, indispensvel um planejamento, que envolve a

elaborao de um projeto, pois necessrio saber empregar o melhor material para a

finalidade de uso. Nesse contexto, o presente trabalho aborda o dimensionamento da

cobertura do nosso empreendimento.

7

2. OBJETIVO

Dimensionar a cobertura metlica para o empreendimento do grupo tendo em

vista que constante a busca por mtodos mais eficientes de trabalho, que

proporcionem atingir o maior desempenho em menor prazo. Pensando nisso uma obra

bem sucedida comea com um bom projeto, e transpem-se para todas as etapas

seguintes do trabalho, abordando no caso da estrutura metlica o conjunto de

especificaes, clculos e anlises estruturais e desenhos de projeto.

8

3. MEMORIAL DESCRITIVO

3.1. Conjunto de Especificaes

As normas usadas para definio dos carregamentos so (ABNT NBR 6120,

ABNT NBR 6123, ABNT NBR 8800), os materiais empregados nos elementos sero

CF-26. Para anlise da estrutura e seu dimensionamento o sistema computacional

utilizado foi o metlicas 3D.

A cobertura de estrutura metlica do edifcio residencial dimensionada e

calculada baseada na planta de cobertura exemplificada na figura abaixo.

Figura 1: Planta cobertura do edifcio residencial

9

3.2. Pr-Dimensionamento dos Elementos do Prtico

O dimensionamento do prtico da cobertura de uma gua e consta a medida de

largura transversal da trelia, a altura das vigas de apoio obedecendo a uma inclinao

de 5, a quantidade de tramos da trelia ou tesoura e quantidade das teras apoiadas

em cima dos ns das trelias.

Figura 2: Desenho do prtico

3.2.1 Dados da Obra

Nmero de vos: 9

Distncia entre prticos: 5 metros

Com fechamento na cobertura

Peso do fechamento: 5 KN/ m2

Sobre carga: 25 KN/ m2

Com sobrecarga de vento ( NBR 6123)

Velocidade bsica: 32 m/s

Rugosidade: Categoria IV

Fator probabilstico: grupo 2

Tipo de construo: fechada

10

Coeficiente de presso interior: -0,3

Categorias de uso: Edificaes residenciais

3.2.2 Estados Limites

E.L.U. Ao dobrado: NBR 14762: 2010

E.L.U. Ao laminado: NBR 8800: 2008

Deslocamentos: Aes Caracteristicas

3.2.3 Edio de Cintas de Cobertura

Dados de Calculo

Limite flecha: L/200

Nmero de vos: uma gua

Tipo de fixao: cobertura no colaborante

Descrio de Cintas

Tipo de Perfil: CR

Espaamento: 1,42

Tipo de Ao: CF-26

3.3. Desenho do Projeto

3.3.1 Frente

11

3.3.2 Cobertura

3.3.3 Vista 3D

12

3.4. Lista de Materiais

3.4.1. Tabela de Barras

3.4.2 Tabela Resumo

13

3.4.3 Quantitativos de Superfcie

3.4.4 Aos Estruturais

Os aos estruturais que sero utilizados so os aos listados no Anexo A da

ABNT NBR 8800, dentre eles: ASTM A36, ASTM A572 G42, ASTM A572 G50,

ASTM A588 (Tabela A.2 ABNT NBR 8800).

3.4.5 Eletrodos

Em geral, para este tipo de construes pode-se especificar E70XX, que, de

acordo com a Tabela 7 da NBR 8800 de compatibilidade do metal-base com o metal

solda, devem ser usadas para Arco eltrico com eletrodo revestido. Para outros

processos de solda (SAW, GMAW ou FCAW) consultar a tabela supracitada.

3.4.6 Telhas

Existem diversos fabricantes de telhas de ao revestidas. A fabricao baseada

nas normas ABNT NBR 14513 e ABNT NBR 14514. No nosso projeto sero usadas

telhas trapezoidais. O espaamento entre teras para telhas trapezoidais pode ser

definido consultando os manuais do fabricante para cada tipo de espessura ( comum o

uso de espessura de 0,55mm). Geralmente, este espaamento varia de 1300mm at

1800mm, dependendo das foras devidas ao vento e da ao acidental considerada.

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Figura 3: Telha trapezoidal

Os Materiais utilizado sero perfis ASTM A572 G50 e barras de travamentos e

perfis para teras U ASTM A36, telhas de espessura de 0,55mm e 40mm de altura de

onda.

3.5. Aes Atuantes

De acordo com a ABNT NBR8800:2008, item 4.7, as aes atuantes na

cobertura a ser projetado so as seguintes:

3.5.1. Ao Permanente

formada pelo peso prprio de todos os elementos constituintes da estrutura,

incluindo os pesos de equipamentos e instalaes permanentes suportados na estrutura.

As aes geradas pelos diferentes materiais sero pesquisadas, mais precisamente, na

ABNT NBR6120 ou no catlogo de fabricantes.

3.5.2. Aes Varivel devida ao vento

A ao do vento atuando na estrutura deve ser calculada de acordo com a ABNT

NBR 6123/88 Foras devidas ao vento em edificaes da qual foram retirados os

conceitos que seguem:

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Velocidade bsica do vento: a velocidade de uma rajada de trs segundos de

durao, a dez metros de altura, em campo aberto e plano, ultrapassada, em mdia, uma

vez em 50 anos. Conforme o grfico de isopletas abaixo, ser adotada em nosso projeto

para regio de Divinpolis a velocidade bsica V0 de 32 m/s.

Coeficientes de presso interna (CPi): O clculo dos coeficientes de presso

interna feito de acordo com as indicaes do item 6.2 da ABNT NBR 6123/88.

3.6. Anlise Estrutural

Foi utilizado o programa Metalicas 3D para modelar a estrutura, fornecendo

como dados a sua geometria, carregamentos, sees pr-dimensionadas e condies de

apoio, com o intuito de obter esforos e deslocamentos para verificar a conformidade

das sees propostas dos elementos.

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3.7. Dimensionamento das Teras

Caractersticas da telha utilizada:

Telha Trapezoidal

- Altura da onda = 40 mm;

- Espessura da telha = 0,55 mm;

- Peso da telha = 50 N/m.

3.7.1 Anlise Estrutural das Teras

Com os diagramas de esforos atuantes nos dois eixos de flexo no

dimensionamento dos perfis das teras obteve-ser uma reduo nos momentos e melhor

condio de estabilidade do perfil das teras, com isso, posteriormente ser projetado

linhas de correntes flexveis nos sentidos de menor inrcia dos perfis das teras.

3.7.2 Pr-Dimensionamento dos Perfis

Como orientao inicial, possvel estabelecer uma relao entre a altura do

perfil (d) e o vo da tera (L). Em geral, pode-se obedecer ao seguinte critrio:

Portanto, deve-se esperar um perfil com altura entre 83 e 125 mm.

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As teras sero dimensionadas como vigas biapoiadas ou vigas contnuas. A

posio das teras, dever estar com a face aberta do perfil voltada para o beiral.

O lado aberto do perfil voltado para o beiral ou calha pode ser um fator

determinante para a durabilidade da estrutura em razo do acmulo de p e umidade

dentro do perfil.

3.7.3 Dimensionamento dos Perfis

Para o dimensionamento dos perfis das teras ser considerado a atuao de

flexo nos dois eixos dos perfis. Os demais processos so semelhantes queles j

apresentados.

Os clculos realizados computacionalmente foram os de verificaes flexo.

Verificao da capacidade flexo em torno do eixo x e y;

Verificao para a combinao de esforos solicitantes;

Verificao da capacidade ao cisalhamento em torno do eixo x e y

Verificao para a combinao de esforos solicitantes;

Verificao da flecha.

3.8. Dimensionamento dos Elementos do Prtico

3.8.1 Solicitao de Calculo

Aps uma criteriosa anlise sobre as tenses atuantes na estrutura, destacam-se

as barras submetidas aos maiores esforos, para que sejam dimensionadas de acordo

com as prescries normativas.

3.8.2 Dimensionamento e Verificaes para a Coluna

Como as duas colunas tero perfis iguais, somente sero apresentados os

clculos detalhados para uma delas.

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Ser escolhido um perfil que no necessariamente o de melhor desempenho em

capacidade e custo, relao custo/benefcio. Para obter a melhor soluo devem-se

avaliar: disponibilidade dos fornecedores, custos, compatibilidade dimensional entre

elementos da estrutura, entre outros fatores. O responsvel pelo projeto deve procurar a

melhor soluo que envolva custo do material, custo de fabricao e de transporte e

montagem. No necessariamente a escolha com melhor desempenho a de menor peso.

As fases de fabricao, transporte e montagem devem ser consideradas para uma

escolha tima.

Verificao da esbeltez;

Verificao da capacidade compresso;

Verificao da capacidade flexo;

Verificao da capacidade ao cisalhamento;

Verificao para a combinao de esforos solicitantes.

Por fim, conforme as verificaes feitas para ambas as colunas, mostra-se que o

perfil duplo soldado CR W310x38,7 adequado para suportar os esforos solicitantes

de clculo.

3.9. Dimensionamento dos Elementos de Contraventamento

Os tirantes da cobertura sero formados por barras redondas com extremidades

rosqueadas, conforme a figura abaixo.

Figura: Sistema de tirantes nas teras

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Os contraventamentos do plano da cobertura sero colocados no vo extremo do

lado transversal e no lado longitudinal somente do lado do beiral ou calhas, de maneira

que possam ser capazes de resistir a aes devidas ao vento.

A rigidez do plano de contraventamento obtida por diagonais colocadas na

forma de X, atuando o vento; havendo solicitao do contraventamento, uma diagonal

trabalhar tracionada e a outra, comprimida. A simplificao usual de dimensionamento

desconsiderar a existncia de diagonais comprimidas, considerando apenas a atuao

das diagonais tracionadas, de forma a se obter um treliado isosttico de soluo

simples.

Figura: Sistema de contraventamento da cobertura

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4. CONSIDERAES FINAIS

Os procedimentos de clculo para o dimensionamento de perfis formam uma

etapa trabalhosa e que pode consumir um tempo considervel do engenheiro estrutural.

Atualmente, com o uso comum de softwares de dimensionamento esta etapa

pode ser automatizada, permitindo que o engenheiro dedique mais tempo s anlises e

otimizao das estruturas.

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5. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

BELLEI, Ildony. Edifcios Industriais em ao. 5 Edio. So Paulo, Editora

Pini, 2006.

DREHMER, Gilnei A., JNIOR, ENIO M. Galpes para Uso Gerais. 4 Edio

Revisada e Atualizada. INSTITUTO AO BRASIL CENTRO BRASILEIRO DA

CONSTRUO EM AO. Rio de Janeiro, 2010.

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 8800: Projetos

de Estrutura de ao e de estrutura mista de ao e concreto de edifcios. Rio de janeiro,

2008.

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 6123: Foras

devidas ao Vento em edificaes. Rio de Janeiro, 1988.

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6. ANEXOS

Desenhos:

Frente

Cobertura

3D