TIM Estruturas de Ao - Final

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    16-Dec-2015

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TIM Estruturas de Ao - Final

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  • 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.

  • 14

    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:

  • 15

    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.

  • 16

    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.

  • 17

    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.

  • 18

    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

  • 19

    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

  • 20

    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.

  • 21

    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.

  • 22

    6. ANEXOS

    Desenhos:

    Frente

    Cobertura

    3D