CENTRO EDUCACIONAL DA FUNDAÇÃO EDUCACIONAL DE BARRETOS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL ÊNFASE EM SISTEMAS CONSTRUTIVOS

Transcrição

1 CENTRO EDUCACIONAL DA FUNDAÇÃO EDUCACIONAL DE BARRETOS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL ÊNFASE EM SISTEMAS CONSTRUTIVOS VIABILIDADE ECONÔMICA DE ALTERNATIVAS PARA COBERTURAS METÁLICAS BRUNO POLIZELLI PIRES DE SOUZA JOSÉ REZENDE DE SÁ NETO BARRETOS 2012

2 BRUNO POLIZELLI PIRES DE SOUZA JOSÉ REZENDE DE SÁ NETO VIABILIDADE ECONÔMICA DE ALTERNATIVAS PARA COBERTURAS METÁLICAS Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil do Centro Universitário da Fundação Educacional de Barretos como requisito à obtenção do grau de Engenheiro Civil, sob a orientação do Prof. Carlos Eduardo Gomes da Silva. BARRETOS 2012

3 35p SOUZA, Bruno Polizelli Pires; SÁ NETO, José Rezende. Viabilidade econômica de alternativas para coberturas metálicas. Bruno Polizelli Pires de Souza, José Rezende de Sá Neto Barretos Orientador: Carlos Eduardo Gomes da Silva TCC Engenharia Civil - Centro Universitário da Fundação Educacional de Barretos. UNIFEB. 1. Estrutura Metálica. 2. Galpão. 3. Orçamento

4 RESUMO Este trabalho apresentou fatores que devem ser analisados na escolha do tipo de estrutura metálica, tais como, a economia e o acompanhamento das normas técnicas para a elaboração do projeto e cálculo. Através do programa Metálicas 3D, foram comparadas dois tipos de estruturas metálicas em telhado duas águas, comumente utilizadas na construção de galpões: pórtico treliçado com trave em tesoura e pórtico treliçado com viga de banzos paralelos. O galpão será destinado à construção de um ginásio poliesportivo localizado na periferia da cidade de Vinhedo, estado de São Paulo, conhecida pelas fortes correntes de vento. Ambos os galpões, possuem medidas externas de 30,00 metros de largura por 48,00 metros de comprimento, totalizando uma área de m², com pilares de aço de 9,00 metros de altura, distribuídos a cada 6 metros de distância. A cobertura será feita em telha de aço galvanizado, sem fechamento lateral. No orçamento final notou-se uma significativa diferença entre os dois modelos comparados. Palavras chaves: Pórtico, galpões e orçamento.

5 ABSTRACT This work aim to show factors that must be analyzed in the choose of kind metal structure, mandly targeting the economy and the accompaniment the technical standards for project design and calculation. Through the software Metálicas 3D, were compared two kinds of metal structure in gable roof, generally used in the construction of sheds: lattice porch with ginder in scissors and lattice porch with beam in parallel flanges. The shed will be destined to build of gymnasium located in the periphery of the city of Vinhedo, state of São Paulo, known about the strong wild currents. Both sheds have external measures of 30, 00 meters in front by 48,00 meters of background, totaling an area of m², with pillars of steel of 9,00 meter of height, distributed every 6,00 meters away. The roof will be made of galvanized steel tile, without side closure. In the final budget noticed a significant difference between two models compared. Keywords: Porch, shed and budget.

6 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Isopletas da velocidade básica do vento (V 0 em m/s)...5 Figura 2 - Resultante do Vento à 0 e Figura 3 - Modelo 3D do pórtico treliçado com trave em tesoura...12 Figura 4 - Modelo 3D do pórtico treliçado com vigas de banzos paralelos...13 Figura 5 - Força resultante do Vento a 0 atuante no pórtico com trave em tesoura...13 Figura 6 - Força resultante do Vento a 0 atuante no pórtico com viga de banzos paralelos...14 Figura 7 - Força resultante do Vento a 90 atuante no pórtico com trave em tesoura...14 Figura 8 - Força resultante do Vento a 90 atuante no pórtico com viga de banzos paralelos...15 Figura 9 - Força resultante da carga permanente atuante no pórtico com trave em tesoura...15 Figura 10 - Força resultante da carga permanente atuante no pórtico com viga de banzos paralelos...16 Figura 11 - Força resultante da sobrecarga atuante no pórtico com trave em tesoura...16 Figura 12 - Força resultante da sobrecarga atuante no pórtico com viga inclinada de banzos paralelos...17 Figura 13 - Sentido do deslocamento no pórtico em tesoura devido à ação do vento na direção Figura 14 - Sentido do deslocamento no pórtico com viga inclinada devido à ação do vento na direção Figura 15 - Sentido do deslocamento no pórtico em tesoura devido à ação do vento na direção Figura 16 - Sentido do deslocamento no pórtico com viga inclinada devido à ação do vento na direção Figura 17 - Sentido do deslocamento no pórtico em tesoura devido à ação do carregamento permanente...20 Figura 18 - Sentido do deslocamento no pórtico com viga inclinada devido à ação do carregamento permanente...20 Figura 19 - Sentido do deslocamento no pórtico em tesoura devido à ação da sobrecarga...21 Figura 20 - Sentido do deslocamento no pórtico com viga inclinada devido à ação da sobrecarga...22 Figura 21 - Força resultante do Vento a 0 atuante na terça de cobertura...23 Figura 22 - Força resultante da pior condição do Vento a 90 atuante na terça de cobertura...24 Figura 23 - Força resultante da sobrecarga atuante na terça de cobertura...24 Figura 24 - Aprovação de resistência e flecha, definido perfil Ue 150x60x17#2,66mm...25

7 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Valores de coeficientes de pressão (c pe ) e de forma (C e ) externos, para o telhado tipo duas águas, pertencente a edificação de planta regular...8 Tabela 2 - Valores das Pressões de vento para cada parte da cobertura...9 Tabela 3 - Combinações para os esforços atuantes no pórtico...11 Tabela 4 - Quantitativa de aço referente ao pórtico com trave em tesoura...22 Tabela 5 - Quantitativa de aço referente ao pórtico com viga inclinada de banzos paralelos...23 Tabela 6 - Determinação da telha correta para a cobertura da estrutura...26 Tabela 7 - Orçamento da estrutura com trave em tesoura...26 Tabela 8 - Orçamento da estrutura com viga inclinada de banzos paralelos...26

8 LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas Ai: Área de Influência ASTM: American Society for Testing and Materials Ce: Coeficiente de Forma Externa cm: Centímetro Comp.: Comprimento Cpe: Coeficiente de Pressão CS: Perfil Coluna Soldada CSN: Companhia Siderúrgica Nacional CVS: Perfil Coluna Viga Soldada DIN: Deutsches Institut für Normung ed.: Edição f y : Limite de Escoamento do Aço, valor nominal especificado h: Altura h/b: Altura dividido pela Base I nt.pluv. : Intensidade Pluviométrica Kg: Kilograma Kgf: Kilograma força Kgf/m² : Kilograma força por metro quadrado Km/h: Kilômetro por hora L max : Distância Máxima lt: Distância entre Terças Lt: Distância entre Tesouras m²: Metro Quadrado m/s: Metro por segundo mm: Milímetro mm/h: Milímetro por Hora MPa: Mega Pascal NBR: Norma Brasileira Registrada R$: Real (Moeda) R$/Kg: Real por Kilograma

9 S 1 : Fator Topográfico S 2 : Fator de rugosidade do terreno S 3 : Fator Estatístico Ue: U Enrijecido US$: Dólar dos Estados Unidos V 0 : Velocidade do Vento Inicial V R : Vento Resultante VS: Perfil Viga Soldada : Grau %: Sinal de porcentagem θ: Ângulo de inclinação δ lim : Deslocamento Limite δ v : Deslocamento Vertical

10 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO OBJETIVO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA DEFINIÇÃO DO AÇO AÇO ESTRUTURAL METODOLOGIA CÁLCULO DAS FORÇAS ATUANTES DEVIDAS AO VENTO Definição dos fatores de correção Fator topográfico - S Fator de rugosidade do terreno e dimensões da edificação - S Fator estatístico - S Velocidade característica do Vento (V k ) Pressão dinâmica do vento (q) Coeficientes de pressão (C p ) Determinação dos Coeficientes de Forma Externa (C e ) CÁLCULO DAS FORÇAS ATUANTES NO PÓRTICO Área de Influência Força nodal atuante na estrutura Combinações entre cargas RESULTADOS MODELO ESTRUTURAL Carregamento devido à ação do vento na direção Carregamento devido à ação do vento na direção Carregamento Permanente Carregamento devido à sobrecarga de utilização Deslocamento devido à ação do vento na direção Deslocamento devido à ação do vento na direção Deslocamento devido à ação do carregamento permanente Deslocamento devido à ação da sobrecarga Tabela aço dos pórticos DIMENSIONAMENTO DAS TERÇAS DE COBERTURA DIMENSIONAMENTO DA TELHA DE COBERTURA...25

11 5.4. ORÇAMENTO CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...27

12 1 1. INTRODUÇÃO As estruturas metálicas vêm tomando cada vez mais espaço no mercado brasileiro, devido sua rapidez de construção, e maior resistência, se comparada às estruturas de madeira, cuja matéria-prima legalizada encontra-se cada vez mais escassa no mercado, com isso elevando seu preço, e mais leves se comparadas às estruturas de concreto. Indicadores da utilização de estruturas metálicas começaram a serem observados a partir do ano de 1750, sendo que no Brasil sua fabricação iniciou-se no ano de 1812, alavancando-se pelo surgimento da Companhia Siderúrgica Nacional CSN em Em meados dos anos 70, o mercado interno estava em retração e a alternativa era voltar-se para o mercado externo, sendo assim, o Brasil passava de grande importador, para exportador de aço. Mas a crise que atingia a siderurgia brasileira tinha amplitude mundial. Por toda parte, os mercados se fechavam com medidas restringindo as importações. Após alguns anos, entre 1994 e 2011, as siderúrgicas investiram US$ 36,4 bilhões, priorizando a modernização e atualização tecnológica das usinas. O Brasil tem hoje o maior parque industrial de aço da América do Sul; é o maior produtor da América Latina e ocupa o quinto lugar como exportador líquido de aço e nono como produtor de aço no mundo. Uma das vantagens da estrutura metálica é a capacidade de construir grandes galpões de diversos tamanhos e vãos, um exemplo clássico está localizado em Everett, nos Estados Unidos, o galpão pertence à empresa Boeing, atuante na indústria aeroespacial. Com a impressionante marca de m² de área coberta, em um total de 13,3 milhões de metros cúbicos de área totalmente coberta, com a finalidade de produzir e armazenar aeronaves. Especificamente em galpões, existem três tipos de estruturas metálicas que são mais utilizadas na construção: estrutura de pórtico treliçado com trave em tesoura, em viga inclinada de banzos paralelos e em arco. Neste trabalho buscou-se demonstrar por meio de cálculo, informações relativas ao custo de construção de um mesmo modelo de galpão, porém, variando apenas sua forma interna. Devido a grande procura por coberturas metálicas iremos relatar as diferenças estruturais encontradas em dois modelos mais usados na construção.

13 2 2 OBJETIVO O presente trabalho teve como objetivo discutir sobre as diferenças encontradas entre os modelos: pórtico treliçado com trave em tesoura e viga inclinada de banzos paralelos, comparando os seguintes itens: esforços, deslocamentos, peso total e custo final. 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 3.1 DEFINIÇÃO DO AÇO O aço pode ser definido como uma liga metálica composta em 98% de ferro, e com pequena quantidade de carbono (de 0,002 até 2,00%), na construção civil o teor fica entre 0,18 e 0,25%, com propriedades específicas, sobretudo de resistência e ductilidade. Os principais aços carbono utilizados são: ASTM A36 e A570; ABNT NBR 7007, 6648, 6649, 6650; DIN St37 (norma alemã). O ASTM A36 é o mais usual e possui um teor de carbono entre 0,25% e 0,29%. Pode-se resumir o processo de fabricação do aço em 4 etapas: Preparo das matérias-primas (coqueria e sinterização); Produção do gusa (alto-forno); Produção do aço (aciaria); Conformação mecânica (laminação) Em estruturas metálicas são usadas ligas ferro-carbono, geralmente chamadas aços-carbono de baixa liga. Esses aços contêm pequenos teores de manganês e silício; são comercializados com base em sua resistência mecânica e não necessitam, na maioria das vezes, de nenhum tratamento térmico após a laminação. As principais vantagens na utilização do aço em estruturas de edifícios são as seguintes: alta resistência nos diversos estados de tensão (tração, compressão, flexão, etc.) com área reduzida de seção, o que garante uma estrutura mais leve do que a de concreto armado; os elementos estruturais oferecem grande margem de segurança no trabalho, por ser um material homogêneo e de propriedades bem definidas; as peças são produzidas em oficinas, e contribuem para uma construção racionalizada, onde a montagem e a manutenção das estruturas no local são simplificadas, o que é capaz de diminuir o prazo da construção (BELLEI, 1998).

14 3 3.2 AÇO ESTRUTURAL Os principais materiais usados como elementos ou componentes estruturais são: chapas finas a frio, chapas zincadas, chapas finas a quente, chapas grossas, fios, cordoalhas e cabos, perfis laminados estruturais, tubos estruturais com e sem costura, barras redondas e barras chatas, perfis soldados e perfis estruturais em chapas dobradas (BELLEI, 1998). Então vamos enumerar os principais produtos de aço estrutural produzidos pelas siderúrgicas brasileiras: -Chapas: são produtos laminados, nos quais a espessura é muito menor que a largura e comprimento; -Barras: são produtos laminados nos quais as dimensões da seção transversal são pequenas em relação ao comprimento; -Perfis laminados: os laminadores produzem perfis de grande resistência estrutural, nas formas de H, I, U e L (cantoneiras). São utilizados na fabricação de estruturas metálicas e, secundariamente, como caixilhos e grades; -Perfis de chapas dobradas (perfis formados a frio): são produzidos por máquinas chamadas viradeiras, que permitem dobrar chapas a frio. São aplicados na execução de estruturas leves e, também, para terças e vigas de tapamento de qualquer estrutura; -Perfis soldados: são compostos a partir de três chapas, e devido à grande variabilidade de combinações de espessuras com alturas e larguras, são largamente empregados em estruturas metálicas. Assim, o projetista possui opções variadas e grande liberdade para o projeto. Para facilitar os projetistas e calculistas, a ABNT NBR 5884/80 padronizou três séries de perfis soldados: CS (para colunas), VS (para vigas) e CVS (para colunas e vigas); -Fios (ou arames): são obtidos por trefilação, podendo ser de aço doce ou de aço duro (empregados em molas e cabos de protensão de estruturas); -Cordoalhas: são formadas por três ou sete fios arrumados em forma de hélice; -Cabos de aço: são formados por fios trefilados finos, agrupados em arranjos helicoidais variáveis. As dimensões das peças são limitadas transversalmente pela capacidade dos laminadores, e no comprimento pela capacidade dos veículos de transporte. Então, as estruturas de aço são formadas por associação de peças ligadas entre si. Existem, basicamente, dois tipos de ligações entre peças metálicas: por meio de conectores ou por solda. Os conectores (rebites, parafusos) são colocados em furos que atravessam as peças

15 a ligar. A ligação por solda consiste em fundir as partes em contato de modo a provocar coalescência das mesmas (PFEIL; et al,1995). 4 4 METODOLOGIA Para o desenvolvimento deste trabalho foram realizadas pesquisas bibliográficas em livros técnicos, normas técnicas, sites, periódicos, notas de aulas, dissertações e catálogos técnicos de fornecedores. Concluída a etapa de pesquisa, desenvolveu-se um exemplo de cálculo das forças do vento segundo NBR 6123:1988 Forças Devidas ao Vento em Edificações. Em seguida, desenvolveu-se dois exemplos de cálculo de pórtico plano formado por pilares treliçados de banzos paralelos e traves treliçadas na forma de tesoura e viga inclinada de banzos paralelos, utilizando para análise e dimensionamento o programa Metálicas 3D, mantidas as condições de dimensionamento, alterando apenas a tipologia. Com os resultados obtidos pôde-se quantificar com precisão o peso estrutural de cada modelo, obtendo-se o peso final de cada um deles e seus respectivos deslocamentos, podendo assim quantificar seu custo final. 4.1 CÁLCULO DAS FORÇAS ATUANTES DEVIDAS AO VENTO As forças devidas ao vento atuante na estrutura foram calculadas seguindo a NBR 6123:1988 Forças devidas ao vento em edificações. Utilizou-se velocidade característica do vento (V 0 ) = 42 m/s ou 151,20 km/h, que apresenta a probabilidade de 63% de ser excedido, pelo menos uma vez em um período de 50 anos. A obra se localizará na periferia da cidade de Vinhedo-SP, conforme mapa de isopletas mostrado abaixo na figura 1.

16 5 Figura 1 Isopletas da velocidade básica do vento (V 0 em m/s).(fonte: NBR 6123:1988) Definição dos fatores de correção. Segundo a NBR 6123:1988, os fatores de correção tem como objetivo de corrigir a velocidade básica do vento, levando em consideração o fator topográfico do terreno, fator de rugosidade do terreno e fator estatístico.

17 Fator topográfico - S 1. O fator topográfico S 1 considera os efeitos das variações do relevo do terreno onde a edificação será construída, ou seja, leva em consideração o aumento ou diminuição da velocidade do vento devido à topografia do terreno. A estrutura apresentada localiza-se em terreno plano, considerando o fator S 1 = 1, Fator de rugosidade do terreno e dimensões da edificação - S 2. Segundo a NBR 6123:1988, o fator topográfico S 2 considera os aspectos de cada edificação no que se refere às suas dimensões e à rugosidade média geral do terreno onde a edificação será construída. O fator em função da rugosidade do terreno é divido em categorias, variando de I a V. Já o fator relacionado às dimensões da edificação é dividido em classes, variando de A a C, onde considera-se o tempo das rajadas de vento que atingem a estrutura. A estrutura aqui apresentada se enquadra na Categoria III, já que o terreno é considerado plano, situado a considerável distância do centro. O fator relacionado ás dimensões da edificação enquadrou-se na Classe B, onde se considera o intervalo de 5 segundos para as rajadas de vento que atinge a estrutura. Considerando a altura da obra 15 metros, chegou-se ao valor de S 2 = 0, Fator estatístico - S 3. O fator estatístico S 3 está relacionado com a segurança da edificação, considerando assim, fatores probabilísticos e o tipo de ocupação da edificação. O fator estatístico S 3 é dividido em grupos de 1 a 5. A edificação aqui mostrada possui alto índice de ocupação, sendo considerado o fator S 3 = 1, Velocidade característica do Vento (V k ). A velocidade característica do vento determina a velocidade final do vento que deve ser usada no cálculo das pressões atuantes na estrutura. A velocidade característica é dada pela seguinte equação: V k = V 0 x S 1 x S 2 x S 3 Onde: V k : Velocidade característica do Vento V 0 : Velocidade Inicial do Vento S 1 : Fator topográfico S 2 : Fator de Rugosidade S 3 : Fator Estatístico

18 7 Na equação multiplica-se a velocidade básica do vento, obtida na figura de isopletas de velocidade básica do vento (figura 01), pelos fatores de correção S 1, S 2 e S 3. Resultando nos valores: V k = 42 x1,00 x 1,00 x 0,96 :. V k = 40,32 m/s Pressão dinâmica do vento (q). A pressão dinâmica do vento é determinada através da velocidade característica do vento, transformada em pressão de obstrução, que exercerá força nos elementos da estrutura. A pressão dinâmica do vento é obtida através da equação: q = 0,0613 x V k ² (Kgf/m²), Onde, q: Pressão dinâmica do Vento V k : Vento Característico Resultando em: q = 0,0613 x 40,32 2 :. q = 99,66 Kgf/m Coeficientes de pressão (C p ) O coeficiente de pressão calcula a pressão que irá atuar em cada parte da estrutura. O coeficiente é determinado através da equação: C p = C e - C pi => Onde, C p : Coeficiente de Pressão C pi : Coeficiente de Pressão Interna C e : Coeficiente de Forma Externa A equação é composta pela diferença entre a pressão externa e a pressão interna atuantes na estrutura. A estrutura apresenta as quatro faces laterais igualmente permeáveis, já que não existe fechamento lateral, resultando assim um C pi = Determinação dos Coeficientes de Forma Externa (C e ) O Coeficiente de Forma Externa tem como objetivo transformar a pressão dinâmica em pressão estática, através da equação: p = Cf x q => Onde, Cf: Coeficiente de Forma q: Pressão Dinâmica do Vento Onde a pressão estática é obtida através do produto do Coeficiente de forma e da pressão dinâmica, resultando assim em força estática que será aplicada na estrutura. O coeficiente de

19 forma depende do tipo de telhado da estrutura, altura relativa da edificação, e da inclinação do telhado, onde é obtido através da tabela: 8 Tabela 1 - Valores de coeficientes de pressão (c pe ) e de forma (C e ) externos, para o telhado tipo duas águas, pertencente a edificação de planta regular. (Fonte: NBR 6123:1988)

20 9 Através da pressão dinâmica e do coeficiente de forma obtemos a pressão estática. O coeficiente de forma varia para cada parte da cobertura da estrutura, e é dividido em dois tipos de vento: -Vento 0 -Vento 90 As estruturas apresentadas possuem telhado com inclinação = 6, mas por simplificação será adotado inclinação = 5, portanto, θ = 5. A altura da edificação é de 9,80 metros, sendo a base de 30,00 metros, resultando h/b = 0,33, portanto h/b 1/2. Após a definição dos coeficientes em função das dimensões da estrutura, obtêm-se as forças estáticas do vento em cada parte da estrutura, como mostra a tabela 2: Tabela 2 Valores das Pressões de vento para cada parte da cobertura 90 0 θ EF GH EG FH 5-0,9-0,4-0,8-0,4 pv (Kgf/m²) -89,69-39,86-79,73-39,86 A pressão do vento à 90 é dividida em pressão de barlavento e pressão de sotavento, onde a pressão de barlavento é o impacto inicial do vento no telhado da estrutura, a pressão de sotavento é o segundo impacto do vento no telhado da estrutura. A figura 2, mostra a resultante do vento à 0 e 90. Figura 2 Resultante do Vento à 0 e 90

21 CÁLCULO DAS FORÇAS ATUANTES NO PÓRTICO. As forças atuantes no pórtico são derivadas de combinações previstas pela NBR 14762:2010 Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio, onde se deve combinar os esforços de carga permanente, sobrecarga, vento 0 e vento 90. Os esforços de carga permanente são todos que irão atuar permanentemente na estrutura, tais como: telha, terça, correntes, além do peso próprio do pórtico. A sobrecarga é estabelecida por norma em 25 kgf/m², onde se considera uma sobrecarga de manutenção da estrutura. Os ventos 0 e 90 são os mostrados na figura Área de Influência Para obter os esforços atuantes no pórtico, deve-se multiplicar a força do vento pela área de influência da terça, que é dada pela seguinte equação: Ai = lt x Lt => Onde, Ai: Área de Influência, lt: distância entre terças Lt: Distância entre pórticos A área de influência é obtida pelo produto da distância entre terças com a distância entre pórticos. Nas estruturas apresentadas a distância entre pórticos é de 6,00 metros, e a distância entre terça de 1,50 metros, resultando em: Ai = 1,50 x 6,00 = 9,00 m² Força nodal atuante na estrutura. Após obter-se a área de influência, a mesma deve ser multiplicada pelas forças resultantes de cada vento, resultando assim em forças que serão aplicadas aos nós que receberem o apoio das terças. O resultado dos esforços nodais resultou em: - Pressão do Vento a 0 = 9,00 x -79,44 = -714,96 kgf - Pressão do Vento a 90 => Barlavento = 9,00 x -89,69 = -807,21 kgf Sotavento = 9,00 x -39,86 = -358,74 kgf - Sobrecarga = 9,00 x 25,00 = 225 kgf - Carga Permanente = 9,00 x 15,00 = 135 kgf

22 Combinações entre cargas. A combinação entre cargas é feita automaticamente pelo programa Metálicas 3D, onde todas as forças são aplicadas à estrutura, assim são obtidas as envoltórias dos esforços através de 32 combinações como mostra a Figura 03: Tabela 3 Combinações para os esforços atuantes no pórtico

23 12 5 RESULTADOS Os dois sistemas estruturais foram modelados e analisados estaticamente e dimensionados pelo programa METÁLICAS 3D. 5.1 MODELO ESTRUTURAL Para o cálculo dos pórticos utilizou-se perfil de aço formado a frio, sendo o aço CF-26 (f y = 260 MPa). O modelo estrutural dos pórticos analisados pode ser observado nas figuras 3 e 4: Figura 3 Modelo 3D do pórtico treliçado com trave em tesoura.

24 13 Figura 4 - Modelo 3D do pórtico treliçado com vigas de banzos paralelos. Observando as figuras 3 e 4 nota-se que a geometria externa das duas estruturas é idêntica, variando apenas sua forma interna Carregamento devido à ação do vento na direção 0. As figuras 5 e 6 mostram o posicionamento e os valores dos carregamentos devidos à ação do vento na direção 0 segundo a NBR 6123:1988 atuando nos dois sistemas estruturais. Figura 5 Força resultante do Vento a 0 atuante no pórtico com trave em tesoura.

25 14 Figura 6 - Força resultante do Vento a 0 atuante no pórtico com viga de banzos paralelos. Como mostrado nas figuras 6 e 7, a estrutura recebe cargas nodais de sucção devido ao vento 0. Nos extremos da estrutura percebe-se uma variação da força devido o espaçamento entre terças ficar menor para se ajustar a geometria do pórtico Carregamento devido à ação do vento na direção 90. As figuras 7 e 8 mostram o posicionamento e os valores dos carregamentos devidos à ação do vento na direção 90 segundo a NBR 6123:1988 atuando nos dois sistemas estruturais Figura 7 Força resultante do Vento a 90 atuante no pórtico com trave em tesoura.

26 15 Figura 8 Força resultante do Vento a 90 atuante no pórtico com viga de banzos paralelos. Como mostrado nas figuras 7 e 8, a estrutura recebeu cargas nodais de sucção devido ao vento Carregamento Permanente. As figuras 9 e 10 mostram o posicionamento e os valores dos carregamentos permanentes, constituídos pelo peso próprio do pórtico, das terças, das telhas e da estrutura de contraventamento nos dois sistemas estruturais Figura 9 Força resultante da carga permanente atuante no pórtico com trave em tesoura.

27 16 Figura 10 Força resultante da carga permanente atuante no pórtico com viga de banzos paralelos Carregamento devido à sobrecarga de utilização. As figuras 11 e 12 mostram o posicionamento e os valores dos carregamentos de sobrecarga recomendado pela NBR 14762:2010 nos dois sistemas estruturais Figura 11 Força resultante da sobrecarga atuante no pórtico com trave em tesoura.

28 17 Figura 12 - Força resultante da sobrecarga atuante no pórtico com viga inclinada de banzos paralelos Deslocamento devido à ação do vento na direção 0. As figuras 13 e 14 mostram o deslocamento no pórtico devido ao vento na direção 0. Figura 13 Sentido do deslocamento no pórtico em tesoura devido à ação do vento na direção 0.

29 18 Figura 14 Sentido do deslocamento no pórtico com viga inclinada devido à ação do vento na direção 0. A estrutura pórtico com trave em tesoura apresentou um deslocamento vertical máximo no nó central de valor δv = 6,78 cm, enquanto o sistema pórtico com trave em viga com banzos paralelos apresentou um deslocamento vertical máximo no nó central de valor δv = 11,54 cm, superior ao anterior em 70%, mas inferior ao valor máximo de δ lim = L/250 = 11,60 cm, recomendado pela NBR 14762: Deslocamento devido à ação do vento na direção 90. As figuras 15 e 16 mostram o deslocamento no pórtico devido ao vento na direção 90.

30 19 Figura 15 Sentido do deslocamento no pórtico em tesoura devido à ação do vento na direção 90. Figura 16 Sentido do deslocamento no pórtico com viga inclinada devido à ação do vento na direção 90. A estrutura pórtico com trave em tesoura apresentou um deslocamento vertical máximo no nó central de valor δv = 5,15 cm, enquanto o sistema pórtico com trave em viga com banzos paralelos apresentou um deslocamento vertical máximo no nó central de valor δv = 9,47 cm,

31 superior ao anterior em 84%, mas inferior ao valor máximo de δ lim = L/250 = 11,60 cm, recomendado pela NBR 14762: Deslocamento devido à ação do carregamento permanente. As figuras 17 e 18 mostram o deslocamento no pórtico devido ao carregamento permanente Figura 17 Sentido do deslocamento no pórtico em tesoura devido à ação do carregamento permanente. Figura 18 Sentido do deslocamento no pórtico com viga inclinada devido à ação do carregamento permanente.

32 21 A estrutura pórtico com trave em tesoura apresentou um deslocamento vertical máximo no nó central de valor δv = 1,66 cm, enquanto o sistema pórtico com trave em viga com banzos paralelos apresentou um deslocamento vertical máximo no nó central de valor δv = 3,11 cm, superior ao anterior em 87%, mas inferior ao valor máximo de δ lim = L/250 = 11,60 cm, recomendado pela NBR 14762: Deslocamento devido à ação da sobrecarga. As figuras 19 e 20 mostram o deslocamento no pórtico devido à sobrecarga. Figura 19 Sentido do deslocamento no pórtico em tesoura devido à ação da sobrecarga.

33 22 Figura 20 Sentido do deslocamento no pórtico com viga inclinada devido à ação da sobrecarga. A estrutura pórtico com trave em tesoura (fig.19) apresentou um deslocamento vertical máximo no nó central de valor δv = 1,97 cm, enquanto o sistema pórtico com trave em viga com banzos paralelos (fig.20) apresentou um deslocamento vertical máximo no nó central de valor δv = 3,63 cm, superior ao anterior em 84%, mas inferior ao valor máximo de δ lim = L/250 = 11,60 cm, recomendado pela NBR 14762: Tabela aço dos pórticos. Depois de realizado o cálculo, gerou-se uma tabela contendo a quantidade de aço presente em cada pórtico, como mostram as tabelas 4 e 5. Tabela 4 Quantitativa de aço referente ao pórtico com trave em tesoura (Kg/pórtico).

34 Tabela 5 - Quantitativa de aço referente ao pórtico com viga inclinada de banzos paralelos (Kg/pórtico). 23 Nota-se que o pórtico com trave em tesoura apresentou um peso = 1654,07 kg, enquanto o sistema pórtico com trave em viga com banzos paralelos apresentou um peso = 2061,22 kg, superior ao anterior em 25%, ou 407,15 kg. 5.2 DIMENSIONAMENTO DAS TERÇAS DE COBERTURA. A terça presente na cobertura foi dimensionada utilizando aço CF-26 (f y = 260 MPa) e perfil de aço formado a frio em formato de U enrijecido. A terça calculada é valida para os dois modelos estruturais, visto que a geometria externa de ambos é idêntica. Figura 21 - Força resultante do Vento a 0 atuante na terça de cobertura.

35 24 Figura 22 - Força resultante da pior condição do Vento a 90 atuante na terça de cobertura. Figura 23 - Força resultante da sobrecarga atuante na terça de cobertura.

36 25 Figura 24 Aprovação de resistência e flecha, definido perfil Ue 150x60x17#2,66mm. O perfil de aço Ue 150x60x17#2,66mm, suportou a envoltória dos esforços atuantes na terça, nota-se uma aprovação de resistência do aço de 95,76%, e aprovação de deslocamento vertical em 80,12% = 4,00 cm, inferior ao δ lim = L/120 = 5,00 cm, previsto pela NBR 14762: DIMENSIONAMENTO DA TELHA DE COBERTURA. A especificação da telha é um elemento fundamental para o sucesso no final da construção. Sua especificação leva em conta a intensidade pluviométrica do local da edificação, a inclinação do telhado, o espaçamento máximo entre terças e a carga de vento que atuará no telhado. Segundo a NBR Instalações Prediais de Águas Pluviais NBR 10844, a intensidade pluviométrica na região de Vinhedo-SP corresponde a 172 mm/h, considerando um tempo de retorno de 5 (cinco) anos. A tabela 6 mostra que a telha metálica trapezoidal 25mm não passou pelas especificações, portanto será usada a telha trapezoidal 40mm:

37 26 Tabela 6: Determinação da telha correta para a cobertura da estrutura 5.4 ORÇAMENTO. Segundo proposta solicitada à empresa Rasa Metálicas, localizada na cidade de São Paulo, o preço da obra será cobrado baseado na quantidade (kg) de aço, o preço fechado ficou em R$ 12,00/kg, incluso o fornecimento de material e mão de obra para a fabricação e montagem da estrutura metálica que será executada em chapas de aço dobrada CF-26, excluindo o serviço de fundação. Os itens projeto, pintura da estrutura, telhas e colocação de telhas serão cobrados a parte e estão descritos nas tabelas 7 e 8: Tabela 7 Orçamento da estrutura com trave em tesoura. (Fonte: Rasa Metálicas, 2012). Tabela 8 Orçamento da estrutura com viga inclinada de banzos paralelos. (Fonte Rasa Metálicas, 2012).

38 27 6 CONCLUSÃO. Durante o trabalho desenvolvido, foi possível observar que os modelos comparados, embora possuam mesma geometria externa, apresentaram diferenças relevantes para a decisão sobre qual o tipo de estrutura metálica deve ser escolhida na hora de construir uma cobertura metálica. O pórtico com trave em tesoura apresentou-se 19,75% mais leve que a estrutura pórtico com viga de banzos paralelos, totalizando uma economia final no custo de construção do galpão de 12,23%. Com relação ao deslocamento, a estrutura em pórtico com viga de banzos paralelos foi maior comparado com o pórtico com a estrutura em pórtico com trave em tesoura. A estrutura com trave em tesoura resultou em 15,14 kg de aço por m², já a estrutura com viga de banzos paralelos resultou em 17,68 kg de aço por m². Vale ressaltar que, a estrutura com viga inclinada de banzos paralelos mesmo sendo mais pesada e menos viável economicamente, possui uma vantagem sobre a estrutura com trave em tesoura, um maior pé direito no centro da estrutura, visto que o ginásio será destinado à prática de esportes. Porém alguns engenheiros utilizam do artifício de atirantar os pilares visando uma economia aço na estrutura com viga inclinada de banzos paralelos, o que não seria uma boa opção, já que os tirantes não possuem grande resistência a compressão, sendo que a força de sucção do vento causaria um esforço de compressão no mesmo. Tecnicamente a estrutura Pórtico treliçado com trave em tesoura se mostrou uma melhor opção, lembrando que ambas estruturas atenderam as especificações previstas pela NBR 14762:2010. Entretanto, após expor, particularidades de cada estrutura, fica a cargo do cliente a opção de escolha do tipo de estrutura a ser utilizado em seu empreendimento. 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR-6123:1988: Forças devidas ao vento em edificações. ABNT. Rio de Janeiro ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR-8800:2008: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios ABNT. Rio de Janeiro ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR-10844:1989: Instalações Prediais de Águas Pluviais. ABNT. Rio de Janeiro

39 28 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR-14762:2010: Dimensionamento de estruturas de aço constituída por perfis formados a frio. ABNT. Rio de Janeiro BELLEI, I.H. Edifícios de Múltiplos Andares em Aço 3ªed. São Paulo, PINI, 2000 GONÇALVES, Roberto Martins, et al. Ação do vento nas edificações teoria e exemplos 2ª Ed. São Carlos, EESC-USP, Instituto Aço Brasil - Disponível em: - Acessado em 02 de Out. às 18:09 hs. PINHEIRO, Antonio Carlos da Fonseca Bragança. Estruturas Metálicas: cálculos, detalhes, exercícios e projetos 2ª Ed. São Paulo, Blucher, PINHEIRO, Libânio Miranda. Viabilidade Econômica de Alternativas Estruturais de Concreto Armado para Edifícios. Disponível em: - Acessado em 08 de Out. de 2012 às 20:09 hs. PFEIL, W.; PFEIL, M. Estruturas de Aço: Dimensionamento Prático 7ªed. Rio de Janeiro, LTC, 2000 Portal Metálica - Disponível em: - Acessado em 26 de Set. de 2012 às 14:35 hs. Portal Metálica. Disponível em: - Acessado em 07 de Nov. de 2012 às 00:11 hs.