Contribuição Técnica Estruturas Vagonadas em Aço: Concepção, Dimensionamento e Aplicações

Transcrição

1 Contribuição Técnica Estruturas Vagonadas em Aço: Concepção, Dimensionamento e Aplicações MPhil. Sandro V. S. Cabral; Eng. Bernar H. G. Braga; Eng. Paulo H. A. Lima; Arq. Tamires O. Cabral

2 1. Introdução: fonte : Estruturas em vagões de trem Viga vagonada

3 1. Introdução: Fragmento do Gauntless viaduct fonte: Delony, 1996 Ponte Paraíba do Sul fonte: BELLEI e PINHO, 2007

4 1. Introdução: Ponte Royal Albert fonte:

5 1. Introdução: La Villete City for Science and Industry fonte: Brown, 2001

6 1. Introdução: Ponte Metro West fonte:

7 2. Concepção: 2.1 Classificação Tipológica/Estrutural: Quanto ao número de montantes a) Triangular ou um montante; Colonial Veículos fonte: Arquivo Projectaço

8 2. Concepção: 2.1 Classificação Tipológica/Estrutural: Quanto ao número de montantes b) Trapezoidal ou dois montantes; Escola Waidhausenstraße fonte: Charleson, 2005

9 2. Concepção: 2.1 Classificação Tipológica/Estrutural: Quanto ao número de montantes c) Parabólica ou três ou mais montantes;

10 2. Concepção: 2.1 Classificação Tipológica/Estrutural: Quanto ao número de montantes c) Parabólica ou três ou mais montantes; Fase I Paddington Station Renovation fonte:

11 2. Concepção: Quanto à direção do elemento principal a) Unidirecional; Fachada Estação Waterloo, Londres fonte: grimshaw-architects.com Escola Waidhausenstraße fonte: Charleson, 2005

12 2. Concepção: Quanto à direção do elemento principal a) Bidirecional;

13 2. Concepção: Quanto à direção do elemento principal b) Bidirecional; Academia de Ciências da Califórnia fonte:

14 2. Concepção: Quanto à direção do elemento principal c) Multidirecional; Shopping Leblon fonte: arquivo Projectaço

15 2. Concepção: Quanto à direção e sentido dos montantes a) Uma direção; BCP Alphaville fonte: Revista Finestra, 2012

16 2. Concepção: Quanto à direção e sentido dos montantes b) Duas direções; Pista de gelo Oxford fonte: grimshaw-architects.com

17 2. Concepção: Quanto ao tipo de elemento principal a) Viga de alma cheia; Centro de distribuição da Renault fonte: Macdonald, 2001

18 2. Concepção: Quanto ao tipo de elemento principal b) Treliça; Ponte Paraíba do Sul fonte: BELLEI e PINHO, 2007

19 2. Concepção: Quanto ao tipo de elemento principal c) Pilar; Pista de gelo Oxford fonte: grimshaw-architects.com d) Outros elementos: lonas tensionadas e vigas vierendeel

20 2. Concepção: 2.2 Pré-dimensionamento:

21 2. Concepção: 2.3 Metodologia de escolha dos parâmetros: Funcionamento de uma estrutura vagonada Compressão Tração Compressão Tipo de vagonamento: a) Número de montantes: carga e vão b) Direção do elementos principal: vãos e geometria geral c) Direção e sentido dos montantes: direção e sentido das cargas ou excentricidade; d) Tipo de elemento principal: vão, esforço e cargas Geometria dos elementos: a)tipo de seção transversal: esforços envolvidos b) Pré-dimensionamento.

22 3. Análise e Dimensionamento: Análise estrutural e Hipóteses de Cálculo: NBR8800/2008 e Análise de elementos finitos; Dimensionamento dos perfis: NBR8800/2008 (laminados) e NBR14762/2010 (formados à frio); Análise Elástica levando em consideração a não-linearidade da estrutura; KL/r 200;

23 3. Análise e Dimensionamento: 3.1 Análise Estrutural Força Nocional: força horizontal equivalente a 0,3% das cargas gravitacionais aplicada nos elementos submetidos a cargas verticais de estruturas com pequena ou média deslocabilidades. Deslocabilidade é a relação entre o deslocamento lateral obtido na análise de 2ª ordem a) pequena deslocabilidade se a relação for menor ou igual a 1,1; b) média deslocabilidade se a relação for maior que 1,1 e menor ou igual a 1,4; c) grande deslocabilidade se a relação for superior a 1,4.

24 3. Análise e Dimensionamento: 3.2 Dimensionamento à tração Elementos submetidos à tração em estruturas vagonadas são barras de seção cheia, devendo então ser dimensionados através da NBR8800/2008

25 3. Análise e Dimensionamento: 3.3 Dimensionamento à compressão Para os perfis retângulares formados á frio (duplo U e duplo U enrijecido), o dimensionamento é feito através da NBR14762/2010. A força axial de compressão resistente deve ser o menor dos valores para flambagem global, local e distorcional. Flambagem global: Flambagem local: Flambagem distorcional:

26 3. Análise e Dimensionamento: 3.3 Dimensionamento à compressão Para perfis retangulares ou circulares tubulares laminados (perfis circulares, barras de seção sólida e perfis fechados o dimensionamento é através da NBR8800/2008.

27 3. Análise e Dimensionamento: 3.4 Dimensionamento à flexão Para assegurar a validade da análise elástica o momento fletor resistente de dimensionamento não pode ser tomado maior que (NBR8800/2008) Para perfis retangulares formados à frio (duplo U e duplo U enrijecido): Flambagem global: Flambagem local: Flambagem distorcional:

28 3. Análise e Dimensionamento: 3.4 Dimensionamento à flexão Para perfis retangulares ou circulares tubulares laminados (perfis circulares, barras de seção sólida e perfis Fechados) o dimensionamento é através do Anexo G da NBR8800/2008. Tubos circulares: D/t deve ser menor ou igual a 0,45E/fy (depende dos parâmetros: E, D, t, fy) Tubos retangulares: através dos parâmetros Mpl, Mcr, fy.

29 3. Análise e Dimensionamento: 3.5 Dimensionamento à flexo-compressão

30 4.1 Coberta Terrasse Jardim Análise e dimensionamento de uma coberta em aço para uma área aproximada de 18.7x13.05m Concepção Terrasse Jardim antes da montagem da coberta (Fonte: arquivo Projectaço)

31 4.1 Coberta Terrasse Jardim Concepção

32 4.1 Coberta Terrasse Jardim Concepção Corte na coberta Terrasse Jardim (Fonte: arquivo Projectaço)

33 4.1 Coberta Terrasse Jardim Descrição da estrutura e das cargas Montantes: 2U75x37.5 ch3mm Tirantes: Barra ø3/4 Vigas principais: 2U150x50x30 ch3mm Cargas: Sobrecarga: 0,25kN/m² Peso do policarbonato: 0,008kN/m² Densidade do aço ASTM A36 utilizado: 78,5kN/m³ (fy=250mpa e fu=400mpa) A viga principal é travada a cada 67cm por terças U50x25 ch2.65mm

34 4.1 Coberta Terrasse Jardim Planta baixa da coberta Terrasse Jardim com indicação do local de aplicação da carga nocional (Fonte: arquivo Projectaço)

35 4.1 Coberta Terrasse Jardim Perspectiva esquemática da coberta terrasse jardim (Fonte: arquivo Projectaço)

36 4.1 Coberta Terrasse Jardim Detalhe da ligação entre o montante e o tirante (fonte: arquivo rojectaço)) Terrasse Jardim durante a montagem da coberta (Fonte: arquivo Projectaço)

37 4.1 Coberta Terrasse Jardim Coberta Terrasse Jardim (Fonte: arquivo Projectaço)

38 4.1 Coberta Terrasse Jardim Combinações de carregamento De acordo com a NBR8800 para combinações últimas normais Gu = 1,25 x peso próprio da estrutura + 1,5 x sobrecarga + 1,4 x peso da telha O valor de Gu é utilizado para o dimensionamento último da estrutura e para a avaliação da carga nocional e da deslocabilidade da estrutura E para combinações quase permanentes : Gq = peso próprio da estrutura + 0,6 x sobrecarga + peso da telha E o valor de Gq é usado para análise dos deslocamentos da estrutura

39 4.1 Coberta Terrasse Jardim Cálculo da carga nocional e classificação da estrutura quanto à deslocabilidade Gu = 250,38kN, resultando em uma carga nocional de 0,75kN. Caso A: deslocamento na extremidade superior do montante da viga vagonada 3; Caso B: deslocamento na extremidade esquerda da viga vagonada 3.

40 4.1 Coberta Terrasse Jardim Cálculo da carga nocional e classificação da estrutura quanto à deslocabilidade De acordo com os parâmetros mostrados nas tabelas abaixo:

41 4.1 Coberta Terrasse Jardim Cálculo da carga nocional e classificação da estrutura quanto à deslocabilidade: Relação entre os deslocamentos: Caso A: 1.08 Caso B: 1.08 Estrutura de pequena deslocabilidade.

42 4.1 Coberta Terrasse Jardim Análise e dimensionamento de elementos comprimidos Diagrama de esforço axial de compressão no montante Diagrama de esforço axial de compressão na viga principal

43 4.1 Coberta Terrasse Jardim Análise e dimensionamento de elementos tracionados Diagrama de esforço axial de tração nos tirantes

44 4.1 Coberta Terrasse Jardim Análise e dimensionamento de elementos flexionados Diagrama de momento fletor da viga principal Diagrama de momento fletor do montante

45 4.1 Coberta Terrasse Jardim Dimensionamento dos elementos à flexo-compressão

46 4.1 Coberta Terrasse Jardim Avaliação dos deslocamentos Deslocamento máximo: L/250=0,05m Deslocamentos obtidos: Caso A: 0.040m Caso B: 0.044m

47 4.2 Coberta La Tertúlia Análise e dimensionamento de uma coberta em aço para uma área aproximada de 21.5x15.4m Concepção La Tertulia antes da montagem da coberta (Fonte: arquivo Projectaço)

48 4.2 Coberta La Tertúlia Concepção

49 4.2 Coberta La Tertúlia Concepção Corte na coberta La Tertulia (Fonte: arquivo Projectaço)

50 4.2 Coberta La Tertúlia Descrição da estrutura e das cargas Montantes: Tubos ø76 ch2.65mm (rotulados às viga principal) Tirantes: Barra ø5/8 (maior vão) e ø3/4 (menor vão) Vigas principais: 2U100x50x25 ch4.8mm (menor vão) e 2U100x50x25 ch2.65mm (maior) Cargas: Sobrecarga: 0,25kN/m² Peso da telha: 0,095kN/m² Densidade do aço ASTM A36 utilizado: 78,5kN/m³ (fy=250mpa e fu=400mpa) As vigas principais são mutualmente travadas a cada 154cm. Vários tirantes foram introduzidos para conter o efeito de sucção do vento.

51 4.2 Coberta La Tertúlia Planta baixa da coberta La Tertulia com indicação do local de aplicação das Cargas nocionais (Fonte: arquivo Projectaço)

52 4.2 Coberta La Tertúlia Perspectiva esquemática da coberta La Tertulia (Fonte: arquivo Projectaço)

53 4.2 Coberta La Tertúlia Detalhe da ligação entre o montante e o tirante (fonte: arquivo rojectaço)) Coberta La Tertulia (Fonte: arquivo Projectaço)

54 4.2 Coberta La Tertúlia Coberta La Tertulia (Fonte: arquivo Projectaço)

55 4.2 Coberta La Tertúlia Cálculo da carga nocional e classificação da estrutura quanto à deslocabilidade Gu = 280,86kN, resultando em uma carga nocional de 0,85kN. Aplicação da carga nocional nas duas direções (Nx e Ny)

56 4.2 Coberta La Tertúlia Cálculo da carga nocional e classificação da estrutura quanto à deslocabilidade De acordo com os parâmetros mostrados nas tabelas abaixo:

57 4.2 Coberta La Tertúlia Cálculo da carga nocional e classificação da estrutura quanto à deslocabilidade Relação entre os deslocamentos: Direção Nx: 1.38 Direção Ny: 1.06 Estrutura de média deslocabilidade

58 4.2 Coberta La Tertúlia Análise e dimensionamento de elementos comprimidos Diagrama de esforço de compressão no montante Diagrama de esforço de compressão na viga principal (x) Diagrama de esforço de compressão na viga principal (y)

59 4.2 Coberta La Tertúlia Análise e dimensionamento de elementos tracionados Diagrama de esforço de tração na direção x (ø5/8 ) Diagrama de esforço de tração na direção y (ø3/4 )

60 4.2 Coberta La Tertúlia Análise e dimensionamento de elementos fletidos Diagrama de momento fletor da viga principal (x) Diagrama de momento fletor da viga principal (y)

61 4.2 Coberta La Tertúlia Dimensionamento de elementos à flexo-compressão

62 4.2 Coberta La Tertúlia Avaliação dos deslocamentos Deslocamento máximo: L/250=0,05m Deslocamento máximo obtido: d=0,004m

63 5. Conclusões A partir do histórico, análise, descrição, concepção, dimensionamento e aplicaçõesde estruturas vagonadas sumarizado neste trabalho conclui-se que estes são sistemas estruturais bastante versáteis e com várias vantagens quando aplicadosem obras de arquitetura e engenharia, como viabilidade econômica, apelo estéticoe possibilidade de vencer maiores vãos comparando com estruturas convencionais.de modo específico conclui-se que o método de dimensionamento das NBR 8800/2008 e NBR14762/2010 conduzem a resultados satisfatórios e dentro das expectativas de concepção através do pré-dimensionamento empírico apresentado.