UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS UNIDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS ENGENHARIA AGRÍCOLA

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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS UNIDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS ENGENHARIA AGRÍCOLA DIMENSIONAMENTO DA FUNDAÇÃO DE UM SILO VERTICAL METÁLICO DE FUNDO PLANO PARA ARMAZENAMENTO DE MILHO A GRANEL Ana Cláudia Oliveira Sérvulo ANÁPOLIS-GO 2012

2 ANA CLÁUDIA OLIVEIRA SÉRVULO DIMENSIONAMENTO DA FUNDAÇÃO DE UM SILO VERTICAL METÁLICO DE FUNDO PLANO PARA ARMAZENAMENTO DE MILHO A GRANEL Monografia apresentada a Universidade Estadual de Goiás UnUCET, para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Agrícola Área de concentração: Estruturas e Edificações Rurais Orientador: Prof. Esp. Neander Berto Mendes. ANÁPOLIS GO 2012

3 AGRADECIMENTOS À minha mãe, Isa Maria, pelo encorajamento e apoio em todas as minhas decisões, pela preocupação com meu bem estar, compreensão, educação, amor, dedicação, e por sempre me fazer sentir especial ao falar do seu orgulho em me ter como filha. Ao meu pai, Francisco de Assis, pela disciplina, valores morais, suporte emocional e financeiro, carinho, puxões de orelha, pelos cavalos, e por me ensinar que o sucesso é apenas fruto de esforço e será duradouro desde que tenha sido alcançado honestamente. Às minhas avós, Celina e Maria, pelos cuidados prestados durante toda a minha vida, por me fazer buscar sempre o melhor para minha família, e pelos constantes incentivos ao meu crescimento profissional. Ao meu avô João, pelo exemplo de criatividade e capacidade de adaptação de materiais e instrumentos inusitados às suas necessidades no dia a dia, que sempre me fascinou e incentivou. Ao meu Orientador, Prof. Neander Berto, pela inesgotável paciência, profissionalismo, compromisso, por acreditar no meu potencial, e por me incentivar a realizar projetos e ações que para muitos eram considerados impossíveis. Ao Prof. Ivano Alessandro, que embora não tenha sido oficialmente meu professor, foi uma pessoa de extrema importância na minha formação acadêmica, sempre me incluindo em seus projetos, dando apoio e conselhos valiosos. Aos demais professores e funcionários da UEG-UnUCET. Ao João Paulo, Pricilla, Juliana e Jackeline, pelo ombro amigo, incentivos, momentos de descontração, e pela compreensão nos meus momentos de estresse, ausência e ansiedade causados pela atribulada vida de estudante de engenharia. Aos amigos da UEG, em especial, Victor, Larissa, Jéssica, Fausto, Athina e Poliana, pelos momentos vividos juntos durante esta caminhada. Às todas as contribuições que me levaram a seguir este caminho no qual só tenho colhido bons frutos. ii

4 SUMÁRIO LISTA DE TABELAS... vii LISTA DE QUADROS... viii LISTA DE FIGURAS... ix LISTA DE ABREVIATURAS... xii RESUMO... xiii 1. JUSTIFICATIVA OBJETIVOS OBJETIVO GERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS REVISÃO BIBLIOGRÁFICA CEREAIS Estimativas Milho Mercado externo Milho SILOS E ARMAZENAGEM DE GRÃOS A GRANEL Classificação das estruturas de armazenamento de grãos a granel Silos metálicos de fundo plano Capacidade estática e o dimensionamento do silo MECÂNICA DOS SOLOS Classificação dos solos pela granulometria Índices do solo que interessam à sua classificação Argila - caso particular Areia caso particular iii

5 Água no solo Tipo de aqüíferos Percolação de água Transmissão de forças ao solo Ruptura do solo SONDAGEM Sondagem de simples reconhecimento à percussão SPT Determinação da resistência do solo em função do SPT Correlação entre o SPT e outras características dos solos Critérios de paralisação da sondagem SPT Sondagens rotativas Determinação da quantidade e da profundidade dos furos de sondagem FUNDAÇÕES Definição Tipos de fundações Fundações Superficiais Fundações Profundas Fundações Mistas Parâmetros para a escolha da fundação Topografia da área Características do maciço de solo Dados da estrutura Dados sobre as construções vizinhas Aspectos econômicos Critérios para escolha de fundação profunda Estacas iv

6 Estaca Strauss Estaca Franki Estaca escavada com trado helicoidal Estaca hélice contínua Estaca escavada com lama betonítica Estaca raiz Micro-estaca Fundações profundas pré-moldadas Blocos sobre estacas MATERIAL E MÉTODOS MATERIAL A SER ARMAZENADO DIMENSÕES DO SILO ESTUDADO CARGAS ATUANTES MATERIAL ANÁLISE DO LAUDO DE SONDAGEM CAPACIDADE DE CARGA DAS ESTACAS POR MEIO DO SPT CARACTERIZAÇÃO DA ESTACA DETERMINAÇÃO DAS DIMENSÕES DO BLOCO DE COROAMENTO MÉTODO PARA O DIMENSIONAMENTO DO BLOCO DE COROAMENTO Dimensionamento à flexão simples Dimensionamento à flexo tração Determinação do momento fletor e do esforço normal de tração na seção do bloco de coroamento ARMADURA DA ESTACA RESULTADOS E DISCUSSÃO CAPACIDADE DE CARGA DAS ESTACAS v

7 5.2. ESFORÇOS ATUANTES NO BLOCO DE COROAMENTO DIMENSIONAMENTO DA ARMADURA Bloco de coroamento Estaca Detalhamento final LEVANTAMENTO DE MATERIAL CONCLUSÃO ANEXO A DETERMINAÇÃO DAS CARGAS ATUANTES NO SILO ANEXO B - ANÁLISE ESTRUTURAL vi

8 LISTA DE TABELAS TABELA 1 - Distribuição dos tipos de solos e denominações TABELA 2 - Resistência do solo em função do SPT TABELA 3 - Argila Correlações entre SPT e características do solo TABELA 4 - Areia Correlações entre SPT e características do solo TABELA 5 - Classificação da rocha quanto ao grau de fraturamento TABELA 6 - Resultados finais do esforço normal (N x ), momento fletor (M x ) e esforço cortante (Q x ) devido à combinação: peso próprio (PP) e grãos (G), em relação à coordenada (x) TABELA 7 - Parâmetros F1 e F2 propostos por Monteiro (1993) TABELA 8 - Parâmetros k e α propostos por Aoki & Velloso TABELA 9 - Resultados da aplicação do método Aoki-Velloso para determinação da capacidade de carga da estaca vii

9 LISTA DE QUADROS QUADRO 1 - Características do material armazenado QUADRO 2 - Dimensões do silo estudado QUADRO 3 - Características dos materiais utilizados QUADRO 4 - Forças geradoras de flexo tração no anel de coroamento QUADRO 5 - Armadura longitudinal de flexão, flexo tração e total da faixa QUADRO 6 - Armadura de cisalhamento da faixa QUADRO 7 - Volume total necessário de concreto para construção dos elementos de fundação, considerando 40% de perdas QUADRO 8 - Massa de aço (em kg) necessária para as armaduras da estaca e do bloco de coroamento viii

10 LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 - Distribuição da produção brasileira de cereais, leguminosas e oleaginosas, por regiões FIGURA 4 - Silos cilíndricos elevados de concreto FIGURA 5 - Armazém graneleiro: (a) Fundo plano, (b) semi plano, em V (c) e em W FIGURA 6 - Silo bolsa (hermético) FIGURA 7 - Silos metálicos elevados FIGURA 8 - Silo metálico de fundo plano FIGURA 9 - Parede do silo metálico, em detalhe: montante de perfil W FIGURA 10 - Anéis de reforço circundando o silo metálico FIGURA 11 - Silo cilíndrico de fundo plano, onde: (Hto) altura total do silo, (Hc) altura do cilindro, (Ht) altura do telhado, (Hg) altura do cone de grãos, (D) diâmetro do silo, (V1) volume do cilindro e (V2) volume do cone de grãos FIGURA 12 - Tipos de solo: (a) Argila, (b) Silte, (c) Areia, (d) Pedregulho, (e) Matacão e (f) Rocha FIGURA 13 - Tensões normais de compressão e tensões de cisalhamento FIGURA 14 - Sistema de tripé, peso e amostrador, em detalhe o amostrador FIGURA 15 - Trépano de lavagem com corte em bisel, vista frontal (a), corte AA (b) e vista lateral (c) FIGURA 16 - Esquema de funcionamento de sonda rotativa (a) e coroas rotativas (b). 42 FIGURA 17 - Principais tipos de fundação superficial: (a) Bloco, (b) Sapata, (c) Viga, (d) Radier e (e) Grelha FIGURA 18 - Tipos de fundações profundas: (a) Estaca, (b) tubulão e (c) caixão FIGURA 19 - Tipos de fundação mista: (a) Estaca ligada a sapata ( estaca T ), (b) Estaca abaixo de sapata ( estapata ), (c) Radier sobre estacas e (d) Radier sobre tubulões FIGURA 20 - Equipamento para execução da estaca Strauss FIGURA 21 - Execução da estaca Franki FIGURA 22 - Trado helicoidal ix

11 FIGURA 23 - Execução de estaca hélice contínua. Introdução do trado (a) e concretagem (b) FIGURA 24 - Execução da estaca escavada com lama betonítica (barrete) FIGURA 25 - Execução da estaca raiz. Perfuração com revestimento integral do furo (a), colocação da armação interna ao tubo de revestimento (b), preenchimento ascensional do furo com argamassa (c), extração do tubo de revestimento e aplicação de ar comprimido (d) e estaca finalizada (e) FIGURA 26 - Bloco de coroamento para 4 estacas, onde F é a carga da superestrutura e R são as reações nas estacas FIGURA 27 - Blocos apoiados sobre duas estacas, ligados por viga baldrame (a) e bloco corrido (b) FIGURA 28 - Dimensões do silo FIGURA 29 - Perfil de Sondagem Mista (SM) FIGURA 30 - Vista superior e frontal do bloco corrido, respectivamente FIGURA 31 - Configuração da seção de uma viga retangular submetida à flexão FIGURA 32 - Seção retangular sob flexo tração normal FIGURA 33 - Forças horizontais uniformemente distribuídas FIGURA 34 - Corte diametral do anel com enfoque na força radial (inspirado Pedroso, 1998) FIGURA 35 - Momentos radiais uniformemente distribuídos FIGURA 36 - Disposição das estacas ao longo do anel de coroamento, onde 19,8 m é o diâmetro do silo, 0,8 m é a largura do anel de coroamento, e 0,5 m é o diâmetro da estaca FIGURA 37 - Trecho representativo do anel de coroamento (em cm), sob ação de carga distribuída, utilizado na análise FIGURA 38 - Vista superior e frontal do anel de coroamento, com dimensões em centímetros FIGURA 39 - Diagrama de esforço cortante e momento fletor atuantes na faixa, respectivamente FIGURA 40 - Trechos de armadura de apoio e mínima (hachura) em relação à força cortante, com dimensões em centímetros x

12 FIGURA 41 - Detalhamento de armadura para o bloco, com medidas em centímetros. 82 FIGURA 42 - Detalhamento da armadura para a estaca, com medidas em centímetros.83 FIGURA 43 - Pressão local em silos de parede fina FIGURA 44 - Estrutura inicial FIGURA 45 - Sistema principal com esforços redundantes X1 e X FIGURA 46 - Condição de contorno, bordas livres FIGURA 47 - Estado E 0, com deslocamentos 10 e FIGURA 48 - Estado E 1, com deslocamentos 11 e FIGURA 49 - Estado E 2, com deslocamentos 12 e FIGURA 50 - Distribuição dos esforços atuantes em uma casca cilíndrica circular carregada simetricamente em relação ao seu eixo xi

13 LISTA DE ABREVIATURAS ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas AS Australian Standard (Norma Australiana) BS EN British Standard European Norm CONAB Companhia Nacional de Abastecimento DIN Deutsches Institut für Normung (Instituto Alemão para Normatização) EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária FAO Food and Agriculture Organization IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IPT Instituto de Pesquisas Técnicas ISO International Organization for Standardization (Organização Internacional de Normatização) MAPA Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento NBR Norma Brasileira SPT Standard Penetration Test (Teste Padrão de Penetração) xii

14 RESUMO O silo metálico está presente em quase todas as unidades armazenadoras e seu uso se dá devido à praticidade de construção, manejo do produto armazenado e sua ampla capacidade de armazenamento. Devido à importância social e econômica dos grãos armazenados, é indispensável que a estrutura de armazenamento apresente estabilidade e resistência. Foi analisada e dimensionada a fundação de um silo metálico de 19,8 m de diâmetro por 37,2 m de altura, para armazenamento de milho a granel, em uma unidade armazenadora, localizada no município de Palotina, Paraná. De acordo com o laudo de sondagem, o solo local foi de estrutura argilosa com consistência variando de mole à rija ao longo do perfil analisado, apresenta resistência satisfatória, com existência de rocha basáltica há aproximadamente 11,0 m da superfície, conferindo estabilidade suficiente para a instalação da estrutura. Foram dimensionados o bloco de coroamento em formato de anel e as estacas, ambos em concreto armado (f ck = 20 MPa). O bloco de coroamento apresenta 0,8 m de largura, 0,6 m de altura e 62,2 m de comprimento. As estacas, do tipo Hélice Contínua, têm 0,5 m de diâmetro e 11,0 m de comprimento. Para o bloco de coroamento, admitiu-se um comportamento estrutural elástico linear, sendo empregada na análise estática a teoria das barras. Foi observado que os maiores esforços solicitantes do bloco ocorreram na região de apoio (estacas). As estacas foram dimensionadas como pilares biengastados submetidos à compressão centrada. Embora não fosse necessário para resistir à compressão, foi utilizada armadura mínima nos 5,0 m iniciais da estaca, com finalidade de ancoragem entre estaca e bloco. Para combate dos esforços gerados utilizou-se, para o bloco, armadura longitudinal com área de aço total de 36,2 cm² em aço CA-50 com bitola de 16 mm. Para as estacas, utilizou-se área total de armadura longitudinal igual a 9,8 cm² em aço CA-50 com bitola de 12,5 mm. Para a armadura transversal das estacas utilizou-se barras de aço CA-50 com bitola de 6,3 mm, e para o bloco, barras de 8,0 mm. Estima-se que, na execução dos elementos de fundação, sejam consumidos aproximadamente 190 m³ de concreto e kg de aço. Palavras-chave: Bloco de Fundação, Estaca, Concreto Armado. xiii

15 1. JUSTIFICATIVA O agronegócio é o setor propulsor da economia brasileira. Dentre os produtos destacam-se os grãos, que têm alcançado recordes nas últimas safras graças ao uso de tecnologias de última geração. Por outro lado, a infraestrutura de armazenagem não mostra conexão com este desempenho e compromete a perenidade do agronegócio (FANK, 2010). A armazenagem é uma das etapas mais importantes dentro da logística, pois colabora para a redução de custos de tempo, atendendo com flexibilidade às exigências da demanda do mercado. Armazenar é guardar e conservar o produto, diminuindo ao máximo as perdas, utilizando-se, da melhor maneira possível, as técnicas existentes (LORINI et al., 2002). Durante o armazenamento os grãos não melhoram sua qualidade e sim no máximo a mantém. Logo, somente boas práticas de armazenamento conservam a qualidade física e fisiológica dos grãos (BAUDET e VILELA, 2000). Basicamente os depósitos destinados ao armazenamento de grãos a granel são classificados em silos elevados e silos horizontais segundo a forma da estrutura de armazenamento. Os silos elevados são os depósitos cuja altura é maior que o diâmetro. São os bin, upright storage e vertical storage. Os silos horizontais ou armazéns graneleiros tem altura menor que a base e são denominados: horizontal storage ou flat storage (D ARCE, 2006). Segundo Timm (2002), em 1910 foi publicado nos Estados Unidos um boletim denominado Concrete Silo Construction, onde foram detalhadas instruções para construir um silo de concreto armado. A análise do comportamento das estruturas dos silos tem se destacado nas diversas áreas de pesquisas relacionadas aos sistemas de armazenamento, uma vez que não existe uma padronização no que tange ao dimensionamento destas estruturas (FANK, 2010). Fundações são os elementos estruturais com função de transmitir as cargas da estrutura ao terreno onde ela se apoia (AZEREDO, 1977). Assim, as fundações devem ter resistência adequada para suportar as tensões causadas pelos esforços solicitantes. Além disso, o solo necessita de resistência e rigidez apropriadas para não sofrer ruptura e não apresentar deformações exageradas ou diferenciais (MELHADO et al., 2002). 14

16 Para se escolher a fundação mais adequada, deve-se conhecer os esforços atuantes sobre a edificação, as características do solo e dos elementos estruturais que formam as fundações (MELHADO et al., 2002). Fundações bem projetadas correspondem de 3% a 10% do custo total da edificação; porém, se forem mal concebidas e mal projetadas, podem atingir 5 a 10 vezes o custo da fundação mais apropriada para o caso. Os elementos necessários para o desenvolvimento de um projeto de fundações são: topografia da área, dados geológicos-geotécnicos, dados da estrutura a construir, e dados sobre construções vizinhas. As cargas da estrutura devem ser transmitidas às camadas do terreno capazes de suportá-las sem ruptura (CAMPOS, 2009). Ao longo dos anos, construtores de silos têm melhorado a concepção e construção da porção aérea dos silos, mas, em contraste, muito pouco tem sido feito para melhorar a fundação (BOZOZUK, 1976). 15

17 2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GERAL Dimensionar a fundação para o silo metálico considerando o peso próprio da superestrutura e as pressões devidas ao carregamento e descarregamento de grãos. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Analisar o laudo de sondagem; Dimensionar o bloco de coroamento das estacas; e Quantificar o material necessário para a execução do projeto. 16

18 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 3.1. CEREAIS Os cereais são a maior fonte de alimento para consumo direto pelo homem. Dos 2,4 bilhões de toneladas de cereais produzidos atualmente, 1,1 bilhão de toneladas são consumidas diretamente pelo homem, 800 milhões de toneladas (35 % do consumo mundial) são destinadas à alimentação animal, e os 500 milhões de toneladas remanescentes são usadas em processos industriais, sementes, ou são simplesmente são perdidas (FAO, 2012) Estimativas Segundo levantamento feito pela Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB) em julho de 2012, a área plantada de cereais no Brasil, na safra 2011/12, foi estimada em 50,83 milhões de hectares, 1,9 % maior que a cultivada na safra anterior. Dado destaque para o milho safrinha e a soja, que apresentam crescimento de área plantada. As demais culturas apresentam redução na área cultivada, sobretudo as de arroz e feijão, causado principalmente pela estiagem na região Nordeste. A Conab estima produção de 162,6 milhões de toneladas de cereais para a safra atual, valor ligeiramente inferior à safra anterior, justificada pelas condições climáticas desfavoráveis principalmente no Nordeste, Sul e Sudeste. As culturas de maior produção no país são milho, soja e arroz. Juntas, estas três culturas representaram na safra atual mais de 90 % da produção total de grãos no Brasil, ocupando aproximadamente 84 % da área plantada. A Figura 1 apresenta a distribuição, por regiões, da produção de cereais, leguminosas e oleaginosas. Comparativamente à safra passada, são constatados incrementos nas Regiões Norte, 4,5%, Nordeste, 27,6% e Centro-Oeste, 4,9% e decréscimos na Sudeste, 3,1% e Sul, 5,9% (IBGE, 2012). 17

19 FIGURA 1 - Distribuição da produção brasileira de cereais, leguminosas e oleaginosas, por regiões. Fonte: IBGE (2012) Milho O milho é um cereal de extrema importância no Brasil, sendo produzido em todas as regiões do país, dentro de diferentes sistemas de produção. Ele é utilizado predominantemente para consumo humano e alimentação de animais, principalmente suínos e aves (GARCIA et al., 2008). É cultivado em praticamente todo o território nacional. Entre 2004 e 2007, 92% da produção concentravam-se nas regiões Sul (47% da produção), Sudeste (21% da produção) e Centro-Oeste (24% da produção) (GARCIA et al., 2008). De acordo com a Conab, a área plantada com milho no Brasil, para primeira e segunda safra, no período 2011/12 foi fixada em 15,11 milhões de hectares. A produção foi estimada em ,5 mil toneladas. O custo de produção de 3,9 t/ha de milho, avaliado para a safra de seca 2012/12, corresponde a aproximadamente R$ 1.442,00 por hectare, segundo dados da Conab, para o município de Rio Verde Goiás. A produtividade teve um crescimento de 182 % entre as safras de 1976/77 e 2011/12, chegando à média nacional de 4,59 t/ha. A produção de milho no país também aumentou entre 2000 e 2009, sendo que este aumento foi mais expressivo considerando separadamente a segunda safra. Os 18

20 sistemas de produção da safrinha têm sido aprimorados nos últimos anos, contribuindo para elevar a produtividade e consequente produção das lavouras nessa época. Os Estados do Paraná, do Mato Grosso e de Minas Gerais destacaram-se em termos de produção (LANDAU, 2011) Mercado externo Milho O maior importador do milho brasileiro em junho de 2012 foi a Tunísia, que adquiriu do Brasil um total de 29,4 mil toneladas. Em seguida, destacaram-se Marrocos e Costa Rica, que adquiriram respectivamente, 27,2 mil toneladas e 27,0 mil toneladas (DUPONT PIONEER, 2012). O mercado mundial do milho vem atravessando um profundo cenário de mudança. O cereal se tornou uma das principais fontes para produção de etanol, o que alterou a sua curva de demanda. Os Estados Unidos são responsáveis por quase 70 % das exportações mundiais do grão. Com boa parte do excedente de milho norte americano direcionado à produção de etanol, no médio e longo prazo haverá uma menor participação dos Estados Unidos nas exportações mundiais. Neste cenário, abre-se um imenso espaço para o Brasil ocupar parte deste mercado. Estima-se que em 2017 as exportações mundiais de milho atingirão 105,8 milhões de toneladas e a participação dos Estados Unidos será restrita a 50 % (SOLOGUREN, 2007). O estudo das projeções de produção do cereal, realizado pela Assessoria de Gestão Estratégica do MAPA (Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento), indica aumento de 19,11 milhões de toneladas entre a safra de 2008/2009 e 2019/2020. O Brasil está entre os países que terão aumento significativo das exportações de milho, ao lado da Argentina. O crescimento será obtido por meio de ganhos de produtividade. Enquanto a produção de milho está projetada para crescer 2,67% ao ano nos próximos anos, a área plantada deverá aumentar 0,73% (MAPA, 2010). No último levantamento apresentado pela Conab, no período entre janeiro e maio de 2012, o Brasil exportou 1,68 milhões de toneladas de milho, e importou 337,9 mil toneladas. Ao longo da última década, o Brasil se estabeleceu como grande exportador de milho. Adicionalmente à maior quantidade de exportações, o país também diversificou o destino das mesmas. Nesse período, houve dois grandes parceiros comerciais, o Irã e a 19

21 Coréia do Sul, que, juntos, quase sempre garantiram entre 2 e 3 milhões de toneladas exportadas (MIRANDA e GARCIA, 2012). 3.2 SILOS E ARMAZENAGEM DE GRÃOS A GRANEL A implantação do manuseio e armazenagem de grãos a granel constitui uma tendência universal. Nos países desenvolvidos, a manipulação a granel é generalizada e integrada desde a colheita. À medida que o agricultor melhora o nível de tecnificação, utilizando combinadas nas colheitas, verifica-se a necessidade de manipular a sua produção a granel. grãos a granel Classificação das estruturas de armazenamento de Segundo D arce (2012), basicamente os depósitos destinados ao armazenamento de grãos a granel são classificados em: a. Silos de concreto: são depósitos de concreto de média e grande capacidade, constituído de duas partes fundamentais, torre e conjunto de células e entre células (Figura 2). Na torre acham-se instalados os elevadores, secadores, exaustores, máquinas de limpeza, distribuidores, entre outros. As células e entre células são de grande altura com o fundo em forma de cone para facilitar a descarga dos grãos. Sua parede espessa evita a transmissão de calor para a massa de grãos, permitindo armazenagem por tempo prolongado. Requer alto custo de implantação e longo tempo para sua construção. 20

22 FIGURA 2 - Silos cilíndricos elevados de concreto. Fonte: Tecbarragem Slipform (2012). b. Armazéns graneleiros: face ao seu baixo custo em relação ao silo elevado e rapidez de construção, o interesse sobre o emprego de armazém graneleiro tem sido crescente. Este tipo de estrutura apresenta algumas limitações funcionais, destacando-se a necessidade de manter o teor de umidade da massa de grãos mais baixo que no silo elevado, emprego frequente da aeração mecânica, ineficiência do sistema de termometria, e dificuldades na descarga do produto. São caracterizados por grandes compartimentos de estocagem de concreto ou alvenaria. A unidade pode apresentar fundo plano, semi plano, em forma de V, ou em forma de W, conforme ilustra a Figura 3. FIGURA 3 - Armazém graneleiro: (a) Fundo plano, (b) semi plano, em V (c) e em W. Fonte: GOMES E CALIL JUNIOR (2005). 21

23 c. Silos herméticos: os silos herméticos podem manter os grãos livres de insetos e impedir o desenvolvimento de fungos. O princípio básico do armazenamento hermético é o mesmo tanto para grãos secos ou úmidos, e baseia-se no seguinte: redução da taxa de oxigênio a um nível que causa a morte ou deixa inativos os insetos e fungos, antes que esses organismos nocivos proliferem a ponto de prejudicar o produto. O modelo mais utilizado é o Silo Bolsa, feito de polietileno, instalado diretamente no chão, como mostrado na Figura 4. O Silo Bolsa requer baixo investimento inicial, rápido retorno, redução nos custos operacionais e dispensa investimentos em obras civis. FIGURA 4 - Silo bolsa (hermético). Fonte: Marcher Brasil (2012). d. Silos Metálicos: os silos de média e pequena capacidade, em geral, são metálicos, de chapas lisas ou corrugadas, de ferro galvanizado ou alumínio, fabricados em série e montados sobre um piso de concreto. Os silos de ferro galvanizados são pintados de branco para evitar a intensa radiação solar. Podem ser de fundo plano, fundo cônico, ou elevado (Figura 5). 22

24 FIGURA 5 - Silos metálicos elevados. Fonte: ARMCO STACO (2012) Silos metálicos de fundo plano Segundo ANDRADE JUNIOR E CALIL JUNIOR, 2007, os silos metálicos cilíndricos de chapas corrugadas e cobertura cônica são as unidades mais utilizadas no Brasil para o armazenamento de produtos granulares, por que são eficientes, de baixo custo e de fácil montagem, seja em cooperativas ou agroindústrias. A Figura 6 ilustra um silo vertical metálico de fundo plano. FIGURA 6 - Silo metálico de fundo plano. Fonte: Devilla (2004). 23

25 Este tipo de silo contém arranjo estrutural de muitos elementos ligados por parafusos, sendo classificado em função da relação altura/diâmetro H/D: quando H/D é menor ou igual a 0,5 o silo é classificado como silo curto, H/D entre 0,5 e 1,5 é classificado como silo médio; e H/D maior que 1,5 é classificado como silo longo. O cilindro, ou costado, é composto em chapas metálicas corrugadas. Os silos cilíndricos têm dimensões comerciais que variam de 3 m a 32 m de diâmetro por 3 m a 30 m de altura, com volumes de 20 m³ até m³. Todo este conjunto encontra-se diretamente apoiado sobre uma base, com o costado fixo por parafusos a um anel rígido de concreto que é independente da base. Os silos de fundo plano possuem como característica o baixo custo por tonelada armazenada, sendo a melhor opção para a armazenagem de grãos a longo período. Os projetos dos silos possibilitam ampliações verticais, otimizando o espaço físico das instalações. São estruturas leves, de chapas delgadas e de grandes dimensões em relação ao peso-próprio, o que torna este tipo de silo susceptível aos eventuais problemas de perda de estabilidade local e global da estrutura. A cobertura é composta por telhas que podem ser autoportantes, ou podem estar apoiadas na estrutura do telhado. De acordo com Scalabrin (2008), o corpo do silo possui como componentes chapas, montantes e anéis de reforço. As chapas costumam ser de perfil ondulado para as paredes e perfil trapezoidal para a cobertura do silo. As chapas laterais são montadas nos silos, formando anéis cuja espessura varia conforme a carga que deverão resistir. Os silos cilíndricos utilizados no armazenamento de grãos geralmente são formados por chapas de aço de espessura t, soldadas entre si e geometricamente definidas pelo seu diâmetro e sua altura. O corpo do silo é soldado ao fundo. Os montantes (colunas do silo) podem ser montados no interior ou exterior. Possuem o mesmo perfil em todas as peças, garantindo maior harmonia visual ao silo montado. Alguns modelos de silos possuem montantes sobrepostos, resultando em resistência superior. A Figura 7 mostra o montante na estrutura metálica do silo. 24

26 FIGURA 7 - Parede do silo metálico, em detalhe: montante de perfil W. Fonte: Kepler Weber (2012). Os anéis de reforço (Figura 8) são elementos usados para enrijecer o silo quando o mesmo está sujeito a pressões de vento que não podem ser absorvidas somente pelo conjunto chapa lateral e montante. FIGURA 8 - Anéis de reforço circundando o silo metálico. Fonte: Kepler Weber (2012). 25

27 Todas as peças que compõem um silo são unidas por parafusos com acabamento superficial efetuado através do processo de zincagem ou biocromatizagem (SCALABRIN, 2008). O Brasil ainda não possui uma norma específica para a construção de silos, entretanto as seguintes normas internacionais podem ser consideradas para o seu dimensionamento: AS 3774 (1996), DIN (2005), EUROCODE 1-Part 4 (2002) e ISO (1995). A célula de fundo plano requer menos altura para um determinado volume de material armazenado. O seu custo inicial é baixo, comparado a outros tipos, e uma das razões pela qual a construção pode ser econômica é que o produto repousa sobre o solo, do qual ele é isolado apenas por uma laje impermeável. Isso significa que a fundação é limitada a um anel de concreto sob as paredes. O recalque do fundo plano resultante das pressões verticais exercidas pelo produto não é considerado problemático (TIMM, 2002) Capacidade estática e o dimensionamento do silo Capacidade estática é a quantidade de produto que pode ser armazenado na estrutura física do armazém ou silo (OLIVEIRA et al., 2010). Segundo Devilla (2004), o cálculo da capacidade da unidade armazenadora dependerá do tipo de armazenamento que será realizado, a granel ou convencional. No caso do armazenamento a granel, deve-se selecionar uma estrutura armazenadora que atenda a necessidade do projeto. Desta forma, na armazenagem a granel deve-se determinar a capacidade da estrutura armazenadora, de acordo com a quantidade de produto a ser armazenada. As propriedades friccionais de materiais granulares, tais como sementes e grãos, são de grande importância, no projeto de estruturas de armazenamento, para a determinação da capacidade estática de silos e correias de transporte, e no dimensionamento de moegas, dutos e rampas de descargas (SILVA, 1995). O coeficiente de fricção entre materiais granulares é igual à tangente do ângulo de fricção interna do material e, muitas vezes, é denominado ângulo de repouso (REZENDE, 2010). Dentre as várias aplicações do ângulo de repouso, pode-se citar: determinação da capacidade de correias transportadoras, dimensionamento de moegas, 26