COMPARATIVO ENTRE ESTRUTURAS DE AÇO E CONCRETO ARMADO

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1 Raquel Simone dos Santos RA º semestre COMPARATIVO ENTRE ESTRUTURAS DE AÇO E CONCRETO ARMADO Monografia apresentada à disciplina Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil da Universidade São Francisco, sob orientação do Profº Drº André Bartholomeu, como exigência parcial para conclusão do curso de graduação. ITATIBA 2007

2 SANTOS, Raquel Simone Comparativo entre estruturas de aço e concreto armado, monografia defendida e aprovada na Universidade São Francisco em 13 de dezembro de 2007 pela banca examinadora constituída pelos professores. Profº Drº André Bartholomeu USF - Orientador Profº M. Sc. Cristina das Graças Fassina Guedes USF Examinadora Profº M. Sc. André Penteado Tramontim USF Examinador

3 Ao meu avô Adão Fontebasso ser. Pela dedicação em me ensinar o correto e o óbvio e pela companhia infinita de seu

4 AGRADECIMENTOS Muitas pessoas se empenharam em suas atividades a fim de que esta monografia fosse concluída com êxito, e através deste manifesto em particular e com enorme gratidão agradeço: Aos meus pais Antonia e Luiz e minhas irmãs Renata e Rosana, pelo empenho e paciência dispensados ao longo desses anos para que este objetivo fosse alcançado. Aos professores Adão Marques Batista e André Bartholomeu pela atenção, orientação e dedicação, fundamentais para conclusão deste trabalho. Aos meus colegas Adriano, João Paulo, Gabriela, José Carlos e Fernando pelo companheirismo e parceria intelectual sem as quais não teria alcançado esse objetivo. A um grande amigo Valmir Martinelli, que me ensinou a viver um dia de cada vez e me mostrou que a vida é feita de paciência, atitudes, persistência e horizontes.

5 Deus nos fez perfeitos e não escolhe os capacitados; capacita dos escolhidos. Fazer ou não fazer algo só depende de nossa vontade e perseverança. (Albert Einsten)

6 SANTOS, Raquel Simone dos. COMPARATIVO ENTRE ESTRUTURAS DE AÇO E CONCRETO ARMADO Monografia (Bacharelado em Engenharia Civil) Curso de Engenharia Civil do Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas da Universidade São Francisco, Itatiba. RESUMO Visando a comparação econômica entre estruturas de aço e concreto, o trabalho em questão mostra uma estrutura metálica em arco e um pórtico duas águas em concreto armado pré moldado, ambos com as mesmas dimensões, mesmos aspectos regionais e mesma finalidade de ocupação. Diante dos resultados obtidos através deste estudo, os valores, encontrados nos orçamentos conclui-se que a estrutura de aço é mais eficiente e oferece maior rapidez na entrega da obra, além de mais econômica que a estrutura de concreto. Palavras-chave: ESTRUTURAS DE AÇO, ESTRUTURAS DE CONCRETO.

7 ABSTRACT Aiming at the economic comparison between steel structures and concrete, the work in question shows to a metallic structure in arc and a porch two waters in armed concrete daily pay - molded, both with the same dimensions, same regional aspects and same purpose of occupation. Ahead of the results gotten through this study, the values, found in the budgets are concluded that the steel structure is more efficient and offers bigger rapidity in the delivery of the workmanship, beyond more economic than the concrete structure. Key word: STEEL STRUCTURES, STRUCTURES OF CONCRETE

8 SUMÁRIO LISTA DE SIGLAS...IX LISTA DE SIMBULOS...X LISTA DE FIGURAS...XI INTRODUÇÃO PROJETO CONCRETO Características Metodologia de Cálculo AÇO Características Metodologia de Cálculo RESULTADOS Concreto Aço ORÇAMENTO CONCLUSÃO BIBLIOGRAFIA...32 ANEXO A...33 ANEXO B...36 ANEXO C...66

9 LISTA DE SIGLAS ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR Norma Brasileira Regulamentadora UDC Vigas U em chapas dobradas CSN Companhia Siderúrgica Nacional

10 LISTA DE FÍGURAS Figura 01 Ponte de Paraíba do Sul...13 Figura 02 Teatro Santa Izabel..14 Figura 03 Museu Oscar Niemeyer...15 Figura 04 Estádio Morumbi...16 Figura 05 Tabela 01 UDC chapa dobrada...23 Figura 06 Tabela 02 Valores de Tensão Critica para curva c...27

11 LISTA DE SÍMBOLOS α - Coeficiente de dilatação térmica γ - Peso específico λ - Índice de esbeltes ρ - Relação entre tensão atuante e limite de escoamento do aço

12 INTRODUÇÃO As estruturas em aço tem em seu histórico obras que datam de 1750, quando se descobriu a maneira de produzi-lo industrialmente. Por volta de 1780, na França foi feito seu primeiro emprego estrutural, na escadaria do Louvre e no Teatro do Palais Royal e na Inglaterra em 1757, onde se fez a primeira ponte de ferro fundido. Em meados de 1880 nos Estados Unidos, principalmente em Chicago o aço passou a ser utilizado em grande escalada na construção de edifícios de múltiplos andares. A fabricação de obras em ferro no Brasil começou por volta de Acredita-se que a primeira obra a usar ferro pudlado, fundido no Brasil, foi no Estaleiro Mauá (figura 01), em Niterói, RJ, onde se construiu a Ponte de Paraíba do Sul, com vãos de 30 metros, cuja data de construção é de 1857, estando e uso até hoje. A primeira obra brasileira a usar aço importado foi o Teatro Santa Izabel (Figura 02), em Recife. Como o Brasil é um país em crescimento, o setor industrial é o grande consumidor de estruturas metálicas, absorvendo a maior parte da produção. Ponte de Paraíba do Sul Estaleiro Mauá Niterói - RJ Figura 01 (Fonte:

13 Teatro Santa Izabel Recife PE Figura 02 (fonte: Ao contrario do que se imagina as estruturas em concreto armado é quase sete décadas mais nova que as estruturas em aço e iniciou-se na França também. Em 1824 o francês J. Aspdin inventa o cimento Portland e em 1855 outro francês J. L. Lambot constrói um barco com argamassa de cimento reforçada com ferro, inicia-se então, na França a historia do concreto armado. Em 1861 o também francês J. Monier constrói um vaso de flores de concreto com armadura de arame, enquanto F. Coignet, publica os princípios básicos para a construção em concreto armado na França. Em 1867, J. Monier obtém uma patente para seus vasos; nos anos seguintes obtém outras para tubos, placas, etc..., ao mesmo tempo em que F. Coignet apresenta na Exposição Internacional de Paris, vigas e tubos de concreto armado. Enquanto 1873 foi marcado pela construção do Ward s Castle (existente até os dias atuais), uma casa em concreto armado criada pelo americano W. E. Ward, 1888 foi a vez de Dohring, de Berlim, obter uma patente segundo a qual é possível aumentar a resistência de placas e pequenas vigas por meio de protensão da armadura; com ela aparece, pela primeira vez, o conceito da protensão provocada deliberadamente. Já em 1900 tem inicio o desenvolvimento da teoria do concreto armado, por Koenen; posteriormente, Mörsch desenvolve a teoria iniciada por Koenen, com base em numerosos ensaios. Os conceitos desenvolvidos constituíram-se, ao longo de décadas e em

14 quase todo mundo, nos fundamentos da teoria do concreto armado, que, em seus princípios fundamentais, são válidos até hoje. Em 1904 são publicadas, na Alemanha, as Instruções provisórias para preparação, execução e ensaio de construções de concreto armado. As estruturas de concreto são predominantes no país devido as grandes obras de realizadas por Oscar Niemeyer (Figura 03), João Batista Vilanova Artigas (Figura 04) e Paulo Mendes Rocha que elevaram a condição estrutural do concreto armado. Museu Oscar Niemeyer Curitiba PR Figura 03 (Fonte:

15 Estádio do Morumbi São Paulo - SP Figura 04 (Fonte: Embora o Brasil seja líder em estruturas de concreto, mesmo tendo um grande mercado produtor de aço, a competitividade do mercado econômico tem recebido com sucesso as estruturas mistas (aço e concreto) e as estruturas somente em aço, muito utilizadas em construções industriais, deixando para trás a tradição de construir somente em concreto. Visando mostrar as diferenças entre uma estrutura de cobertura em arco metálico e em um pórtico de concreto armado pré moldado duas águas, ambos com 25 metros de vão e 102 metros de comprimento dispostos em 17 vãos de 6 metros, dimensionados de acordo as normas em vigor o trabalho teve o objetivo de elucidar os pontos favoráveis e desfavoráveis, incluindo materiais, cronogramas de execução e preço, entre estruturas metálicas e estruturas em concreto armado pré-moldado.

16 1 - PROJETO Para efeito didático foi utilizado um galpão em concreto armado pré moldado medindo 25 metros de vão por 102 metros de comprimento, sem beirais, dispostos em 17 módulos de 6,00 metros cada e utilizando-se pórtico de concreto armado duas águas com pé direito de 9,00 metros, frente e fundo fechados em alvenaria e telhas de aço, lateral barlavento fechada totalmente até altura de1,00 metros em alvenaria e 5,00 metros em telhas de aço, lateral sotavento fechada 4,00 metros de altura a partir do chão em módulos de 6,00 metros de comprimento com portões deslizante, e 5,00 metros restantes em telhas de aço. A inclinação determinada para o estudo foi de 20%, não sendo considerado beiral para cobertura e as telhas utilizadas são de aço trapézio 40 em chapas 0,5 mm dispostas sobre terças a cada 1,64 metros, com comprimento total de cada telha de 6,60 metros. Para estrutura metálica, foi utilizado um arco em forma de treliça, de 4,90 m. de altura e 25,00 metros de vão, dispostos em 17 módulos de 6,00 metros; sobre pilares metálicos treliçados, com pé direito de 9,00 metros. Frente e fundo fechados em alvenaria e telhas de aço, lateral barlavento fechada totalmente até altura de 4,00 metros em alvenaria e 5,00 metros em telhas de aço, lateral sotavento fechada 4,00 metros de altura a partir do chão em módulos de 6,00 metros de comprimento com portões deslizante, e 5,00 metros restantes em telhas de aço. A estrutura em questão não utilizará beiral, para cobertura serão utilizadas telhas de aço trapézio 40 em chapas 0,5 mm dispostas sobre terças a cada 1,64 metros, com comprimento total de cada telha 6,60 metros. O local de execução é o Distrito Industrial da cidade de Jundiai SP e tem finalidade de armazenamento de materiais para construção. Para o projeto foi considerado todas as informações relevantes para sua finalidade, como armazenamento, localização, logística dos materiais, área de movimentação de empilhadeira, área de carga e descarga e administração. A fim de elucidar as características descritas acima segue no anexo A, os projetos em questão.

17 2. CONCRETO 2.1 Caracterìsticas: Conforme CARVALHO, (2005), podemos dizer que o concreto é um composto de agregados miúdos, agregados graúdos, água e cimento, porém para que o mesmo tenha função estrutural é necessário que a mesma seja armada com aço, por isso denominamos o concreto estrutural de concreto armado. A combinação aço e concreto só é perfeita pelo fato de os dois possuírem coeficientes de dilatação térmica bem próximos (α conc. = 1,0 x 10 5 ºC 1 e α aço = 1,2 x 10 5 ºC 1 ), o que garante também um bom trabalho em conjunto, uma vez que o concreto oferece proteção em condições normais, em casos de oxidação e quando expostos à altas temperaturas. Outro fator importante nessa combinação é a aderência entre os materiais, sem ela os mesmos trabalham de forma individual e por isso mantém suas características próprias, o aço tem bom desempenho a tração enquanto que o concreto trabalha melhor a compressão. Através da aderência é possível garantir que os materiais trabalhem de forma solidária, ou seja, as barras de aço começam a deformar quando o concreto é solicitado. As vantagens na utilização do concreto podem ser observadas através de: Sua boa trabalhabilidade, que permite moldá-lo de varias formas adequando sempre ao projeto arquitetônico, ou a necessidade do projetista; Sua boa resistência também atende a maioria das solicitações assim como também é resistente à choques e vibrações, efeitos térmicos, atmosféricos, e desgastes mecânicos; Apresenta também boa durabilidade e resistência ao fogo desde que os cobrimentos e a qualidade do concreto estejam de acordo com as condições do meio em que está inserida a estrutura, Pode ser utilizada no sistema de pré moldados que alem de facilitar sua execução também possibilita maior rapidez de montagem, alem da técnica ser

18 razoavelmente dominada no país, também oferece competitividade econômica com estruturas de aço, Sua utilização também é possível em estruturas monolíticas, pois permite aderência entre concreto velho e concreto novo, facilitando a transmissão de esforços. Como todo material, o concreto também tem suas desvantagens que podem ser observadas nas suas dimensões, sempre mais elevadas que o aço e seu peso especifico elevado (γ = 25 kn/m³) que limitam seu uso em determinadas situações ou acabam elevando seu custo, também pode ser observado que reformas e adaptações muitas vezes são de difícil execução, e que o concreto alem de bom condutor de som e calor, também necessita de escoras que devem permanecer no local até que o concreto alcance resistência adequada. 2.2 Metodologia de Cálculo Para os cálculos da estrutura em questão foram utilizados os seguintes métodos: Iniciando-se pelas terças e vigas do pórtico onde foram considerados como carregamentos permanentes (gk) as cargas de telhas e peso próprio e carregamentos variáveis (qk) onde foi considerado sobrecarga conforme a norma NBR 6118/2003. A partir da definição dos carregamentos foi definido também que a melhor opção seria a seção T, então determinou-se também o tipo de concreto e do aço a ser utilizado, que neste caso foi adotado concreto 20 MPa e aço CA-50, através dos domínios 2, 3, 4 e 4a faz-se o estudo inicial a flexão normal pura e simples, e o equilíbrio das forças normais à seção transversal através da F = 0 e dos momentos das forças internas através da M = Md Md = Fc z, em seguida é necessário determinar a resultante das tensões de compressão no concreto através da equação 1 e o braço de alavanca através da equação 2, através dessas equações é possível determinar a posição da linha neutra que é fundamental para solucionar o calculo da terça em questão. (CARVALHO, 2005) Fc = (0,85 fcd) bw (0,8 X) (1) z = d 0,40 X (2)

19 Para encontrar a área de aço utiliza-se a equação 3 e a equação 4 caso a peça esteja trabalhando nos domínios 2 ou 3. As = Md z fs (3) As = Md z fyd (4) Para os pilares foi usado além das reações de apoio das tesouras o carregamento de vento que seguem definidas nas equações 5 e 6 Vk² Q = 16 (5) Vk = Vo S1 S2 S3 (6) Onde: Vo velocidade básica do vento (m/s) que pode ser obtido no mapa do vento. Vk velocidade característica (m/s) Q pressão dinâmica do vento (Kgf/m²) S1 Fator topográfico S2 Rugosidade do terreno S3 Fator estatístico Foram utilizados valores de acordo com normas, portanto para S1, foi adotado o valor de 1, para S2, o valor de 0,90 e para S3 o valor de 0,95 e coeficientes de arrasto (Ca) e coeficiente de pressão externo (Ce). A partir da definição de cargas de vento, define-se o nível de esbeltes do pilar, que nesse caso esta na faixa de 40 < λ 80 que indica pilar esbelto, e as excentricidades eax e eay que devem ser maior de hx /30, hy /30 ou 2 cm, onde hx e hy são dimensões nas direções x e y do pilar e calcula-se o Md1 através da equação 7 e Md2 através da equação 8. (BOTELHO, 1982) Md1 = Fd eay (7) Md2 = Fd L² fl 10 l r (8)

20 Onde: Eay = eixo de excentricidade em y Eax = eixo de excentricidade em x Fd = carga de projeto Lfl = comprimento de flambagem r = curvatura do eixo da peça Finalmente calcula-se a área de aço através da equação 9. w Ac fcd As = fyd (9) 3. AÇO 3.1 Características O aço é um material composto utilizado em praticamente todos os setores construtivos, porém vem se destacando em construções industriais e comerciais, devido a praticidade e facilidade de seu manuseio, evitando perdas, garantindo qualidade e eficiência na montagem. (BELLEI, 2003) Os compostos mais utilizados em estruturas são: 1- Aço carbono, composto de ferro puro e carbono (0,45%) e manganês em menor escala, permite boa soldabilidade, já com aumento no teor de carbono obtem-se um aço mais quebradiço além de diminuir consideravelmente a soldabilidade. Os aços carbono mais usados são: ASTM A36 e A570 e os ABNT NBR 7007, 6648, 6650 e DIN Aços de baixa liga, são os aços carbono com pequenos acréscimos de nióbio, cobre, manganês, silício, etc... que provocam um pequeno aumento de resistência

21 do aço. Através da modificação da microestrutura para grãos finos. Este processo oferece um aço com elevada resistência e um teor de carbono na ordem de 0,20%, permitindo assim uma soldabilidade. Nesta ordem os mais usados são: ASTM A572, A441, os ABNT 7007, 5000, 5004, DIN St52, etc Aços Patináveis: são formados através dos aços de baixa liga que com uma pequena variação química e adição de alguns componentes como: navàdio, cromo, cobre, níquel, alumínio, pode ter sua resistência à corrosão atmosférica aumentada de duas a quatro vezes, dos quais pode-se citar o seguinte: ASTM A588, os ABNT NBR 5920, 5921, 5002 e seus nomes comerciais são: COR 420, produzido pela CSN, SAC produzido pela USIMINAS, COS AR COR, produzido pela Cosipa. Algumas vantagens no uso de estruturas em aço são citadas a seguir: O aço é altamente resistente nos diversos estados de tensão (tração, compressão, flexão, etc...), o que permite aos elementos estruturas suportarem grandes esforços apesar da área relativamente pequena das suas seções; por isso, as estruturas de aço, apesar de sua grande densidade (7.850 Kgf/m³), são mais leves do que os elementos constituídos em concreto armado. Por ser um material homogêneo e único pode-se trabalhar com limites de escoamento, ruptura e módulos de elasticidade bem definidos, garantindo uma grande margem de segurança. Garante rapidez na entrega da obra uma vez que as peças são fabricadas em série e sua montagem é totalmente mecanizada. Seu sistema de montagem possibilita a desmontagem com facilidade para substituição ou reparo apenas dos elementos comprometidos. Permite o reaproveitamento parcial ou total de materiais que não sejam mais necessário à construção. Possibilita que pequenas estruturas sejam remontadas em outros locais. Como características desfavoráveis destaca-se apenas: O aço é um material pouco resistente ao fogo e à corrosão por isso devem receber tratamento especial, podendo aumentar o valor da obra.

22 3.2 Metodologia de cálculo O cálculo iniciou-se nas terças onde foram considerados carregamentos permanentes (gk) que se referem as cargas de telhas e peso próprio e carregamentos variáveis (qk) onde temos sobrecarga, conforme a norma NBR 8800/86 e cargas de vento conforme NBR 6123/88. A partir da definição dos carregamentos foram calculados o momento de inércia, através da equação 10, momento fletor pela equação 11, em seguida através do resultado obtido na equação 12, verifica-se o perfil na tabela 1. (CARNASCIALI, 1996) I min = 3,13 x qk x l³ (10) Md = 1,4 (gk + qk) x l² (11) E 8 W min = Md fy 1,12 (12)

23 Tabela 1 UDC chapa dobrada. h - altura da alma b - largura das abas d - altura do elemento enrijecido e - espessura da chapa ey - distância entre o eixo y-y e a fibra paralela mais externa S - área da seção P - peso por metro linear r - raio de curvatura interno Jx - momento de inércia, eixo x - x Jy - momento de inércia, eixo y - y Wx - módulo de resistência, eixo x - x Wy - módulo de resistência, eixo y - y ix - raio de giro eixo x iy - raio de giro eixo y DIMENSÕES (mm) h b e = r S P Jx Wx Ix ey Jy Wy iy Cm2 Kg/m cm4 cm3 Cm cm cm4 cm3 cm ,00 2,80 2,20 25,10 6,6 2,99 1,12 4,55 1,58 1,27 2,25 3,32 2,61 29,43 7,8 2,97 1,14 5,37 1,88 1,27 2,66 3,84 3,01 33,56 8,9 2,95 1,16 6,15 2,17 1,26 3,04 4,35 3,41 37,49 9,9 2,93 1,18 6,91 2,45 1,26 3,35 4,84 3,80 41,20 10,9 2,91 1,20 7,64 2,73 1,25 3,75 5,32 4,17 44,71 11,9 2,89 1,22 8,34 3,00 1,25 4,25 5,79 4,54 48,04 12,8 2,87 1,24 9,02 3,27 1,24 4,76 6,48 5,09 52,75 14,0 2,85 1,27 10,00 3,66 1,24

24 ,00 3,27 2,57 49,01 9,8 3,86 0,97 4,99 1,65 1,23 2,25 3,89 3,06 57,67 11,5 3,84 0,99 5,89 1,96 1,22 2,66 4,51 3,54 65,99 13,1 3,82 1,01 6,76 2,26 1,22 3,04 5,11 4,01 73,99 14,7 3, ,61 2,56 1,22 3,35 5,69 4,47 81,61 16,3 3,78 1,04 8,43 2,85 1,21 3,75 6,27 4,92 88,89 17,7 3,76 1,06 9,22 3,14 1,21 4,25 6,83 5,36 95,85 19,1 3,74 1,08 9,98 3,42 1,20 4,76 7,67 6,02 105,90 21,1 3,71 1,11 11,09 3,84 1, ,00 3,65 2,87 58,15 11,6 3,98 1,34 9,24 2,52 1,58 2,25 4,35 3,41 68,55 13,7 3,96 1,36 10,94 3,00 1,58 2,66 5,04 3,95 78,60 15,7 3,94 1,38 12,59 3,48 1,58 3,04 5,71 4,48 88,29 17,6 3,92 1,40 14,20 3,94 1,57 3,35 6,38 5,00 97,57 19,5 3,91 1,41 15,75 4,40 1,57 3,75 7,03 5,52 106,50 21,2 3,89 1,43 17,27 4,84 1,56 4,25 7,67 6,02 115,10 23,0 3,87 1,45 18,74 5,28 1,56 4,76 8,63 6,77 127,50 25,4 3,84 1,48 20,39 5,94 1,55 6,30 10,59 8,31 151,30 30,2 3,78 1,58 25,17 7,29 1, ,75 8,17 6,42 129,40 25,8 3,98 2,17 29,95 7,21 1,91 4,75 10,02 7,87 154,90 30,9 3,93 2,12 36,25 8,83 1,90 6,30 11,79 9,26 177,90 35,5 3,88 2,06 42,11 10,39 1, ,75 12,02 9,44 200,10 40,0 4,08 3,09 80,32 15,29 2,58 6,30 14,19 11,14 231,00 46,2 4,03 3,04 93,75 18,04 2, ,00 4,17 3,27 101,30 15,9 4,92 1,19 9,94 2,61 1,54 2,25 4,97 3,90 119,60 18,8 4,90 1,20 11,78 3,10 1,53 2,66 5,76 4,52 137,50 21,6 4,88 1,22 13,57 3,59 1,53 3,04 6,53 5,13 154,80 24,3 4,86 1,24 15,32 4,08 1,53 3,35 7,30 5,73 171,50 27,0 4,84 1,26 17,02 4,55 1,52 3,75 8,05 6,32 187,60 29,5 4,82 1,27 18,67 5,02 1,52 4,25 8,80 6,91 203,10 31,9 4,80 1,29 20,28 5,47 1,51 4,76 35,5 4,77 1,32 22,66 1,51

25 9,91 7,78 255,90 6,16 6,30 12,09 9,49 260,00 41,6 4,63 1,46 27,27 7,56 1, ,00 4,60 3,61 149,90 19,9 5,70 1,08 10,42 2,65 1,50 2,25 5,49 4,31 177,40 23,6 5,68 1,10 12,35 3,17 1,49 2,66 6,37 5,00 204,10 27,2 5,65 1,12 14,24 3,67 1,49 3,04 7,23 5,68 230,10 30,6 5,63 1,13 16,08 4,16 1,49 3,35 8,09 6,35 255,30 34,0 5,61 1,15 17,87 4,65 1,48 3,75 8,93 7,01 279,70 37,2 5,59 1,17 19,62 5,12 1,48 4,25 9,76 7,66 303,30 40,4 5,57 1,19 21,32 5,59 1,47 4,76 11,01 8,64 338,00 45,0 5,54 1,21 23,84 6,30 1,47 6,30 13,59 10,67 406,50 54,2 5,46 1,36 28,91 7,75 1,45 8,00 17,49 13,73 501,60 66,8 5,35 1,25 36,23 9,96 1, ,75 13,52 10,61 457,00 60,9 5,81 2,34 64,34 12,69 2, ,00 5,55 4,36 299,30 29,9 7,33 0,91 11,20 2,74 1,41 2,25 6,63 5,20 354,90 35,4 7,31 0,93 13,28 3,26 1,41 2,66 7,70 6,04 409,30 40,9 7,28 0,95 15,32 3,78 1,41 3,04 8,75 6,87 462,40 46,2 7,26 0,96 17,31 4,29 1,40 3,35 9,80 7,69 514,10 51,4 7,24 0,98 19,26 4,79 1,40 3,75 10,83 8,50 564,50 56,1 7,21 1,00 21,16 5,29 1,39 4,25 11,85 9,30 613,60 61,3 7,19 1,01 23,01 5,77 1,39 4,76 13,39 10,51 686,20 68,6 7, ,76 6,51 1,38 6,30 16,59 13,02 831,60 83,1 7,08 1,18 31,32 8,02 1,37 8,00 21,49 16, ,10 103,9 6,95 1,07 39,46 10,34 1, ,75 16,02 12,58 905,60 90,5 7,51 2,13 70,37 13,20 2,09 6,30 18,99 14, ,50 105,7 7, ,53 15,62 2,08 8,00 24,69 19, ,10 133,4 7,35 1,97 105,14 20,25 2, ,75 17,02 13, ,70 100,0 7,66 2,58 102,44 17,11 2,45 6,30 20,19 15, ,50 117,0 7,61 2,53 120,38 20,26 2,44 8,00 26,29 20, ,70 148,1 7,50 2,43 153,96 26,33 2, ,30 22,59 17, ,70 152,8 9,19 2,10 106,98 18,36 2,17

26 ,30 24,39 19, ,70 174,2 9,45 2,78 179,39 26,22 2, ,30 23,79 18, ,80 173,3 10,45 1,31 58,66 12,01 1, ,30 26,19 20, ,50 207,9 10,91 2,15 134,89 21,26 2, ,00 288,9 10,98 2,48 243,15 35,89 28, ,60 Fonte: 34,96 2,60 Para verificação do cisalhamento deve-ser utilizar a equação 13. Vd = 1,4 (qk + gk) x l (13) 2 Após o dimensionamento das terças utiliza-se a equação 14 para obter as reações de apoio nas extremidades da treliça. Rt = 2 Vd + 0,50 (14) A partir dessas reações são calculados os esforços normais, cortantes e momentos das barras que neste caso foram feitos através do programa estrupla.exe (anexo B), em seguida foram utilizados os seguintes parâmetros: Índice de esbeltes da peça ( λ ), através da equação (15) λ = KL r (15) onde : L = Comprimento nominal da peça r = Raio de giração mínimo da seção K = Constante relativo à condição de vínculo da peça

27 Considerando que as barras da treliça dos arcos são simplesmente apoiadas, utilizouse para a constante k o valor = 1. Para obtenção do λo, divide-se o valor de λ por 90, que nos fornece um número de ρ encontrado na tabela 2. Tabela 2 Valores de Tensão Critica de Flambagem, para curva c. Fonte: Apostila de Estruturas Metálica André Bartholomeu (2005)

28 Através do momento de inércia e da área total do perfil utilizado, determina-se o raio de giração r, utilizado para determinar o índice de esbeltez para peças comprimidas, fazendo assim um estudo da flambagem, conforme equação 16. r = I S (16) Através da equação 17, pode determinar a resistência de cálculo de barras axialmente comprimidas sujeitas a flambagem: fy Nrd = ρ. Ag. 1,12 (17) Onde : ρ é a relação entre a tensão resistente à compressão simples com flambagem e o limite de escoamento do aço Ag é a área da seção transversal da peça fy é o limite de escoamento do aço Para o cálculo dos pilares feitos em UDC, treliçados em cantoneiras duplas, foram calculados Inércia, raios de giração e λ para cada eixo (x e y ), conforme equações 18, 16 e 15. I = n (Ip + S x d²) (18) Diante desses dados, calcula-se a constante equivalente a condição da peça (Keq), de acordo com a equação 19, e consequentemente o índice de esbeltes equivalente ( λ eq) através da equação 20. Keq = (19) λ eq = λ (Keq) (20) λ²

29 Em seguida obtém-se o valor de λ o, dividindo o valor de λ eq por 90, que nos possibilita encontrar o valor de ρ conforme tabela 2 e finalmente calcula-se a carga resistente de cálculo da seção através da equação 17. As barras de travejamento devem seguir o mesmo roteiro dos pilares, uma vez que elas também trabalham compressão. 4 RESULTADOS 4.1 Concreto Através das equações para determinação das seções dos pilares e vigas, e das áreas de aço necessária para compor essa estrutura obteve-se que os pilares serão retangulares medindo 25 cm x 50 cm, vigas em seção T, medindo 25 cm de aba e 40 cm de altura e terças em vigas seção T, medindo 25 cm de aba e 30 cm de altura. Os resultados foram obtidos considerando a utilização de um concreto com fck de 20 MPa. 4.2 Aço Através dos resultados de forças normais, obtidos pelo programa estrupla, foram dimensionados os banzos superiores, inferiores, e intermediários. Para o banzo superior a barra mais solicitada obteve Nd = 39,83 kn, e para atender essa solicitação é necessário utilizar o perfil UDC 150 x 50 x 3,04 No banzo inferior a barra mais solicitada foi de tração e obteve Nd = 32,47 kn e pode-se adotar o mesmo perfil UDC 150 x 50 x 3,04. Os banzos verticais e diagonais as barras mais comprimidas possuem Nd = 17,71 kn e serão utilizados cantoneiras duplas de 1.1/2 x 3/16. Para os pilares Nd = 32,46 kn e foi utilizado UDC 150 x 50 x 3,04 treliçado em cantoneiras duplas de 1.1/2 x 3/16.

30 Correntes rígidas e diagonais em cantoneira 1 x 1/8, contra ventos e tirantes em ferro redondo 3/8. 5 ORÇAMENTOS O objetivo de calcular cada estrutura foi o de garantir que as mesmas fossem orçadas de acordo com os resultados obtidos, evitando assim que as empresas apresentassem seus padrões, que variavelmente podem ser super dimensionadas ou até dimensionadas no limite de ruptura da estrutura, podendo ocasionar um orçamento sem definições precisas e sem parâmetros suficientes para comparação. A partir dos dados obtidos nos cálculos das estruturas em questão seguiu-se solicitação de orçamento do concreto para a empresa Leonardi Pré fabricados de concreto, com sede em Jundiaí SP e o orçamento da estrutura metálica para Montagem Industrial Santa Maria, com sede em Jundiaí SP que podem ser vistos no anexo C. Para uma avaliação real, os orçamentistas levaram em conta material utilizado para a execução dos serviços, tempo necessário para entrega total, formas de pagamento e escopo de fornecimento de cada empresa. Diante dos valores apresentados pelas empresas apresenta-se o seguinte: Para a estrutura metálica o valor do orçamento foi de: R$ ,00 (Duzentos e doze mil, e quinhentos reais) para essa composição a empresa não considerou fundações e o prazo de entrega previsto foi de 90 (noventa) dias, enquanto o orçamento de concreto verifica-se o valor de R$ ,00 (trezentos e noventa e três mil, seiscentos e dezesseis reais) levando em conta que para essa composição a empresa considerou o fornecimento de blocos de fundações e vigas baldrame (dimensionadas pelo orçamentista) para suportar as cargas provenientes dos pilares e da estrutura de cobertura.

31 6 CONCLUSÃO Através dos resultados obtidos pôde-se concluir que a estrutura de aço é mais viável economicamente e tecnicamente, pois sua execução tem o tempo reduzido quando comparado ao concreto, não há perdas de material, não é necessário uso de formas e escoras. Para as estruturas estudadas a variação percentual da estrutura de aço em relação ao concreto armado é de aproximadamente 46,02 %, ocorre que o orçamento para estrutura em concreto inclui o fornecimento dos blocos de fundações e vigas baldrame agregando um valor de: R$ ,00 (setenta mil setecentos e quarenta e nove reais), que devem ser deduzidos, do valor total do orçamento a fim de se manter os mesmos quesitos, levando o orçamento da estrutura de concreto a custar R$ ,00 (trezentos e vinte e dois mil, oitocentos e sessenta e sete reais), baixando assim a diferença entre elas para 34,18% a favor da estrutura de aço. Portanto fica claro que para o perfil de obra adotado neste trabalho, torna-se viável através da estrutura de aço, que além de oferecer competitividade financeira é amplamente mais adequada à utilização proposta neste trabalho.

32 7 - BIBLIOGRAFIA BOTELHO, Manoel Henrique Campos. Concreto armado eu te amo habitacionais. São Paulo: Editora Edgar Blucher Ltda, CARVALHO, Roberto Chust; FILHO, Jasson Rodrigues de Figueiredo. Concreto armado segundo NBR São Paulo: EDUSFCar, BELLEI, Ildony H. Edifícios Industriais em aço Projeto e Cálculo. Pini. São Paulo BARTHOLOMEU, André. Apostila Estruturas Metálicas. USF (2005) 14/12/ /12/ /12/2007 CARNASCIALI, Carlos Celso. Estruturas metálicas na prática. 1ª ed. São Paulo:McGraw- Hill do Brasil, p.

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