FACULDADE IMED ESCOLA POLITÉCNICA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL ÉRICA DA ROCHA

Transcrição

1 FACULDADE IMED ESCOLA POLITÉCNICA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL ÉRICA DA ROCHA ESTUDO DO DIMENSIONAMENTO DE GALPÕES INDUSTRIAIS COM PÓRTICOS TRELIÇADOS DE SEÇÃO GEOMÉTRICA VARIÁVEL PASSO FUNDO-RS 2018

2 ÉRICA DA ROCHA ESTUDO DO DIMENSIONAMENTO DE GALPÕES INDUSTRIAIS COM PÓRTICOS TRELIÇADOS DE SEÇÃO GEOMÉTRICA VARIÁVEL Estudo, apresentado como requisito para aprovação na disciplina Trabalho de Conclusão de Curso II, no curso de Engenharia Civil, Escola Politécnica, da IMED. Orientador: Prof. Me. Diego Juliano da Rosa Boeira Banca: Me. Evandro Soffiati e Gilnei Drehmer PASSO FUNDO-RS 2018

3 DEDICATÓRIA Dedico este trabalho a minha mãe e meu irmão que sempre estiveram ao meu lado me apoiando nas dificuldades diárias, ao meu orientador que não mediu esforços para me amparar, orientar e apoiar. Aos meus amigos que entenderam minha ausência e sempre estiveram comigo, aos meus colegas e irmãos que fiz durante o curso e principalmente a Deus e meu pai que lá do céu me deram forças para superar todas as dificuldades e seguir em frente em busca do meu melhor.

4 Que os vossos esforços desafiem as impossibilidades, lembrai-vos de que as grandes coisas do homem foram conquistadas do que parecia impossível. Charles Chaplin

5 RESUMO A tipologia estrutural de um projeto de um galpão de uso geral é comumente definida através da experiência dos projetistas e calculistas de estrutura metálica. As competitividades das estruturas de galpões industriais de uso geral exigem respostas rápidas e econômicas frente ao mercado consumidor. O objetivo deste trabalho foi avaliar, comparativamente, o consumo de aço entre pórticos tradicionais e pórticos modificados geométricamente de acordo com a solicitação da estrutura. Três modelos diferenciados com vãos de 10, 20 e 40 metros, ambos análisados com pórticos compostos por perfis formados a frio com perfil U e dupla cantoneira (2L) em seus banzos e montantes. Os pórticos direcionados para galpões industriais foram modelados, analisados e calculados no software mcalc 3D. Para avaliar a economia do sistema estrutural utilizou-se como parâmetro de avaliação a taxa de consumo de aço. Conclui-se que os pórticos treliçados modificados geométricamente são igualmente eficientes e apresentam uma menor taxa de consumo de aço. A taxa de economia manteve-se em porcentagem igual na análise de todos os vãos, o que nos indica que quanto maior o vão, mais eficiente se torna a solução otimizada. Palavras-chave: Perfis formados a frio, galpões industriais, otimização geométrica

6 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Exemplo de galpão industrial Figura 2: Exemplo de pórtico de alma cheia Figura 3: Modelo de pórtico treliçado Figura 4: Modelos de vigas treliçadas Figura 5: Treliça tipo pratt tradicional Figura 6: Treliça tipo howe Figura 7: Treliça de Banzos Paralelos sem Tirantes Figura 8: Treliça tipo howe duas águas Figura 9: Treliça de arco circular Figura 10: Treliça de duas águas atirantadas Figura 11: Isopletas de velocidade básica Figura 12: Perfil U Figura 13: Dupla cantoneira Seção T Figura 14: Modelo de pórtico plano analisado Figura 15: Fluxograma de organização das análises realizadas Figura 16: Modelo de pórtico inicial Figura 17: Modelo de pórtico inicial modificado Figura 18: Coeficiente de forma externo para parede, vento 0º para Modelo Figura 19: Coeficiente de forma externo para paredes, vento 90º para Modelo Figura 20: Coeficiente de forma externo para telhado, vento 0º para Modelo Figura 21: Coeficiente de forma externo para telhado, vento 90º para Modelo Figura 22: Coeficiente de pressão interna, vento 0º para Modelo Figura 23: Coeficiente de pressão interna, vento 90º para Modelo Figura 24: Coeficiente de forma externo para parede, vento 0º para Modelo Figura 25: Coeficiente de forma externo para paredes, vento 90º para Modelo Figura 26: Coeficiente de forma externo para telhado, vento 0º para Modelo Figura 27: Coeficiente de forma externo para telhado, vento 90º para Modelo Figura 28: Coeficiente de pressão interna, vento 0º para Modelo Figura 29: Coeficiente de pressão interna, vento 90º para Modelo Figura 30: Coeficiente de forma externo para parede, vento 0º para Modelo Figura 31: Coeficiente de forma externo para paredes, vento 90º para Modelo Figura 32: Coeficiente de forma externo para telhado, vento 0º para Modelo

7 Figura 33: Coeficiente de forma externo para telhado, vento 90º para Modelo Figura 34: Coeficiente de pressão interna, vento 0º para Modelo Figura 35: Coeficiente de pressão interna, vento 90º para Modelo Figura 36: Travamento dos nós Figura 37: Sentindo das barras do modelo com perfil U Figura 38: Sentindo das barras do modelo com dupla cantoneira Figura 39: Características do modelo 1, perfil U Figura 40: Deformação - Modelo 1, perfil U Figura 41: Esforço normal - Modelo 1, perfil U Figura 42: Deformação - Modelo 1, dupla cantoneira Figura 43: Esforço normal -Modelo 1, dupla cantoneira Figura 44: Características do modelo Figura 45: Deformação - Modelo 2, perfil U Figura 46: Esforço Normal - Modelo 2, perfil U Figura 47: Deformação - Modelo 2, dupla cantoneira Figura 48: Esforço Normal - Modelo 2, dupla cantoneira Figura 49: Características do modelo Figura 50: Deformação - Modelo 3, perfil U Figura 51: Esforço Normal - Modelo 3, perfil U Figura 52: Deformação - Modelo 3, dupla cantoneira Figura 53: Esforço Normal - Modelo 3, dupla cantoneira Figura 54: Modelo otimizado Figura 55: Deformação - Modelo otimizado 1, perfil U Figura 56: Esforço normal - Modelo otimizado 1, perfil U Figura 57: Deformação - Modelo otimizado 1, dupla cantoneira Figura 58: Esforço normal - Modelo otimizado 1, dupla cantoneira Figura 59: Modelo otimizado Figura 60: Deformação - Modelo otimizado 2, perfil U Figura 61: Esforço Normal - Modelo otimizado 2, perfil U Figura 62: Deformação - Modelo otimizado 2 dupla cantoneira Figura 63: Esforço normal - Modelo otimizado 2, dupla cantoneira Figura 64: Modelo otimizado Figura 65: Deformação - Modelo otimizado 3, perfil U Figura 66: Esforço Normal - Modelo otimizado 3, perfil U

8 Figura 67: Deformação - Modelo otimizado 3 dupla cantoneira Figura 68: Esforço normal - Modelo otimizado 3, dupla cantoneira Figura 69: Comparativo geométrico Figura 70: Caracteristicas geométricas Figura 73: Modelo de estrutura Figura 74: Dados da estrutura Figura 75: Ações atuantes Figura 76: Área das aberturas Figura 77: Localização da edificação Figura 78: Topografia do terreno S Figura 79: Rugosidade do terreno S Figura 80: Fator S Figura 81: Área de barras Figura 82: Modelo de obra... 77

9 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Dimensões de modelos em metros Tabela 2: Características dos modelos Tabela 3: Pressão dinâmica do vento Tabela 4: Deslocamentos máximos Tabela 5: Comparativo de alturas (m) Tabela 6: Comparativo de pesos... 64

10 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO PROBLEMA DE PESQUISA HIPOTESE JUSTIFICATIVA OBJETIVOS AÇO PROPRIEDADES DO AÇO VANTAGENS E DESVANTAGENS DA CONSTRUÇÃO EM AÇO GALPÕES INDUSTRIAIS TIPOS DE GALPÕES TRELIÇAS PERFIS FORMADOS A FRIO AÇÃO DO VENTO AÇÕES DE ACORDO COM ANEXO B DA NBR 8800:2008, (ABNT, 2008) SOFTWARE DE ANALISE E DIMENSIONAMENTO MÉTODO DE PESQUISA CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA INSTRUMENTOS DE ANÁLISE MODELOS ANALISADOS Modelos dos perfis utilizados DELINEAMENTO DA ANÁLISE PRIMEIRA ANÁLISE DE DIMENSIONAMENTO DETERMINAÇÕES DA AÇÃO DO VENTO AÇÕES E COMBINAÇÕES DESLOCAMENTOS MÁXIMOS RESULTADO DA PRIMEIRA ANÁLISE DO DIMENSIONAMENTO OTIMIZAÇÃO DOS MODELOS NO SOFTWARE RESULTADO DA ANÁLISE DO DIMENSIONAMENTO OTIMIZADO COMPARATIVO DE DIMENSIONAMENTOS E RESULTADOS REDUÇÃO DOS PESOS CONCLUSÕES REFERÊNCIAS... 66

11 11 1 INTRODUÇÃO Com o as competições de mercado, cresceram as preocupações com a redução de material no dimensionamento das estruturas, visando a otimização do sistema. Com a ampla procura pela industrialização de galpões de aço, a otimização se tornou um fator muito importante como um método competitivo. Nesse contexto as estruturas treliçadas são largamente utilizadas nessas situações, pois fornecem uma estrutura leve e resistente, além de permitir que as seções sejam alteradas sem o comprometimento de suas solicitações. Sendo um fator fundamental para a viabilidade de obras, a utilização de estruturas mais leves com perfil compostos, aumentam sua competitividade devido à redução de peso na estrutura. O uso de treliças com seções variáveis em pórticos de galpões industriais é uma solução altamente atraente, pois para uma mesma situação de vão e carregamento, há inúmeras formas de se dispor as barras na treliça de forma eficaz. Com isso, o principal objetivo deste trabalho é dimensionar galpões industriais com pórticos treliçados de seção variável, tendo a função de auxiliar na análise dos profissionais, contribuindo na visão de obtenção de redução de material no dimensionamento das obras. 1.1 PROBLEMA DE PESQUISA Como dimensionar pórticos treliçados usando seções variáveis para galpões industriais visando redução de material? 1.2 HIPOTESE No projeto de galpões industriais usando perfis com seção variável em pórticos, obtém-se uma minimização no consumo de material. Devido a estrutura ter variações de cargas em seu todo, nos possibilita a variação de seções dos perfis de acordo com a solicitação. 1.3 JUSTIFICATIVA Treliças são definidas por um sistema articulado de barras rígidas ligadas entre si por extremidades, formando um sistema. Devido a grande diversidade de configurações, para resistir a carregamentos ou superar grandes vãos, as treliças

12 12 dispõem de um campo fértil em relação ao emprego de técnicas de otimização, com isso busca-se a diminuição no material da estrutura, apesar de a mesma suportar o carregamento atuante com segurança. As treliças são um dos principais tipos de estruturas usadas em pórticos industriais, apresentando-se como uma solução simples, prática, econômica e que apresenta a vantagem de vencer grandes vãos, podendo suportar cargas elevadas apesar de seu peso relativamente leve. Tradando-se de projetos de pórticos treliçados para galpões industriais a otimização é algo que traz uma boa relação custo benefício com a redução de material, sem comprometer a eficiência da estrutura. Como ferramenta imprescindível para a construção civil a tecnologia da informação (TI) traz benefícios como o uso do Software Mcalc, o qual facilita a elaboração de projetos otimizados e dimensionamentos cada vez mais refinados, como por exemplo as dimensões dos elementos estruturais oferecendo grande margem de segurança na elaboração de projetos treliçados no caso de galpões industriais. Segundo Hafta & Kamat (1985), a noção de melhorar ou otimizar uma estrutura, pressupõe, implicitamente, a existência de liberdade para se alterar determinados parâmetros da estrutura. Partindo disso, a otimização tem por objetivo a redução de material sem modificar a capacidade da estrutura e também não deixando de satisfazer as solicitações 1.4 OBJETIVOS Este trabalho tem o objetivo de dimensionar e avaliar as ações atuantes na estrutura para o dimensionamento dos elementos treliçados de seção variável para pórticos de galpões industriais, apresentado o objetivo geral, pode-se listar os objetivos específicos abaixo: Elaborar o dimensionamento de pórticos treliçados com o uso de perfis formados a frio Dimensionar galpões industriais com treliças de seção constante e treliças de seção variável por meio do Software Mcalc Avaliar as estruturas com base nos dados obtidos Propor soluções para o dimensionamento mais adequado de treliças com seção variável visando redução de peso na estrutura

13 13 2 AÇO Segundo a ABM (Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais e Mineração), existem em torno de diferentes tipos de aços. De acordo com (DIAS, 1998): O aço estrutural está presente na maioria das construções metálicas. As estruturas das edificações são elementos de grande responsabilidade que exigem a confiança na qualidade do material a ser utilizado Uma característica marcante do aço estrutural é sua resistência mecânica, o que assevera a obtenção de um projeto assegurado e bem executado. Dias (2008, p. 59) define o aço como sendo uma liga metálica basicamente de ferro e carbono, obtida pelo refino de ferro-gusa, que é o produto da primeira fusão do minério de ferro e contem cerca de 3,5 a 4,0% de carbono. Por refino do ferro gusa, entende-se a diminuição dos teores de carbono e silício e enxofre, que são, a princípio prejudiciais ao aço. Devido aço ter uma maior resistência mecânica comparando-se com outros materiais ele se destaca no processo de construções. É um método construtivo de rápida execução e que atende a grandes vãos, largamente utilizado em salões, ginásios, telhados, pavilhões, torres, escadas, guindastes, pontes, depósitos entre vários outros. Segundo Chaves (2007), também destaca-se que a estrutura em aço gera uma significativa redução nos gastos com as fundações. 2.1 PROPRIEDADES DO AÇO Os tipos mais usados de aços, são os aços carbonos. Classificado em baixo, médio e alto teor de carbono. De acordo com PFEIL (2009) a quantidade é definida em 0,30%, de 0,30% a 0,60% e 0,60% a 1,00%, respectivamente. De acordo com (PFEIL, 2009): No que se refere à composição química, aços estruturais são divididos em dois grupos: aço-carbono e aço de baixa liga. Os dois grupos podem receber tratamentos térmicos que modificam suas propriedades mecânicas.

14 14 Os tipos mais usados de aços, são os aços carbonos. Classificado em baixo, médio e alto teor de carbono. De acordo com PFEIL (2009) a quantidade é definida em 0,30%, de 0,30% a 0,60% e 0,60% a 1,00%, respectivamente. Também de acordo com PFEIL (2009), a adição de carbono aumenta a resistência do aço, no entanto sua capacidade elástica diminui, rompendo com maior facilidade. Os aços de baixa liga, são aços-carbono somados de elementos de liga como cromo, cobre, manganês, molibdênio, níquel, fósforo, vanádio, zircônio, entre outros nos quais melhoram algumas propriedades mecânicas. Conforme (PFEIL, 2009, pág. 10): Alguns elementos de liga produzem aumento de resistência do aço através da modificação da microestrutura para grãos finos. Graças a esse fato, podese obter resistência elevada com teor de carbono de ordem de 0,20%, o que permite a soldagem dos aços sem preocupações especiais. Para efeitos de cálculo é preciso definir as propriedades mecânicas constantes assim como módulo de elasticidade, coeficiente de Poisson, massa especifica de acordo como outras particularidades do aço assim como a NBR 14762:2010 indica em seu item 4.6 Propriedades mecânicas gerais. 2.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA CONSTRUÇÃO EM AÇO Além da agilidade no processo construtivo, com a possibilidade de chegar pronta para a montagem no canteiro de obras, o que é de grande importancia para o tempo do cronograma, alem de ser possível vencer grandes vão e com o uso de peças mais leves. De acordo com (PINIWEB, 2012): Estruturas em aço têm seu peso próprio reduzido e consequentemente traz cargas com intensidade menor as fundações, assim economizando em até 30% os custos nesta etapa Segundo Bellei (2003), as principais vantagens da utilização da estrutura em aço são as seguintes:

15 15 Alta resistência do material nos diversos estados de tensão (tração, compressão, flexão e etc); Os elementos em aço oferecem uma grande margem de segurança no trabalho; São fabricados em oficina; Tem-se a possibilidade de desmontar as estruturas e posteriormente montálas em outro local; Também podem ser reaproveitados os materiais que ficarem em estoque, ou mesmo as sobras de obra. Também de acordo com Bellei (2003), há uma desvantagem, pois os elementos de aço carbono são vulneráveis a corrosão, o que exige que eles sejam cobertos com uma camada de tinta, ou seja, necessitam de um método de proteção.

16 16 5 GALPÕES INDUSTRIAIS De acordo com o Manual Brasileiro para Cálculo de Estruturas Metálicas (MIC/STI, 1986), os galpões são, em geral, construções de um pavimento, com o propósito de fechar e cobrir grandes áreas, com o intuito de proteger os itens e produtos armazenados protegendo-os do clima. Segundo SCHULTE et al. (1978), os galpões possuem a função de transmitir aos pilares, através das tesouras, as ações resultantes do peso próprio e as provenientes da cobertura. Muitos autores (MIC/STI, 1986; PINHO, 2005, BELLEI, 2006) classificam diferentemente o uso de galpões industriais, na intenção de separar as diversas possibilidades construtivas deste tipo de edificação. Já de acordo com o Manual Brasileiro para Cálculo de Estruturas Metálicas (MIC/STI, 1986), os sistemas estruturais dos galpões industriais são escolhidos em função da sua finalidade, das suas dimensões principais e do tipo do terreno. Um dos benefícios característicos dos galpões é a possibilidade de se industrializar o processo de fabricação, onde os mesmos podem ser montados em obra ou fabricados em partes no pátio de uma empresa especializada, o que resultara em rapidez, segurança e economia no processo de fabricação. As estruturas de aço em projetos de Pavilhões industriais tornaram-se diretamente competitivas com os projetos de estruturas pré-fabricadas de concreto. Assim, ganhando espaço uma vez que dispõe de muitas vantagens. Os edifícios industriais denominados galpões, possuem algumas alternativas quanto a sua estrutura de cobertura, porem a principal é a cobertura em duas águas, como se pode ver na figura 1 abaixo:

17 17 Figura 1: Exemplo de galpão industrial Fonte: [MANFRIM, 2016] 5.1 TIPOS DE GALPÕES Para auxiliar no entendimento, os galpões são agrupados quanto a: Estrutura principal: pórticos simples; pórticos múltiplos; estruturas especiais. Cobertura: cobertura plana (horizontal ou inclinada); cobertura dentada; cobertura em arco. Já segundo BELLEI (2006), os galpões podem ser classificados em: Estruturas de vãos simples; Estruturas de vãos múltiplos; PINHO (2005) apresenta dois tipos básicos de galpões em pórticos, definidos em função do tipo de estrutura: Pórticos de alma cheia; Pórticos treliçados;

18 Pórticos de alma cheia Os pórticos de alma cheio são economicamente competitivos quando se trata de grandes vãos livres. É vantajoso quando se refere a limpeza da solução estrutural, pois possui poucas peças de travamento, baixo custo de pintura além da facilidade na fabricação, transporte e montagem, o que agiliza muito o processo comparado a pórticos treliçados. Abaixo segue um exemplo de pórtico de alma cheia: Figura 2: Exemplo de pórtico de alma cheia Fonte: (Bellei,2006) Pórticos treliçados Os pórticos treliçados tratam-se de um sistema formado por colunas e viga de cobertura treliçada. Existe uma ampla modelagem de treliças, já a disposição dos elementos são de acordo com os requisitos estruturais, funcionais econômicos e também estéticos, sua altura varia de acordo com o vão que deve ser vencido. As diagonais e montantes são dispostos de acordo com que as cargas transmitidas estejam sendo aplicadas somente nos nós das treliças e que todas as peças sejam submetidas apenas a esforços normais Na sequência está um modelo de pórtico treliçado apresentado na figura 3.

19 19 Figura 3: Modelo de pórtico treliçado Fonte: Da autora (2018).. Os pórticos treliçados são economicamente competitivos para grandes vãos livres e ações verticais moderadas, principalmente devido à eficiência do sistema provocado pela não existência de uma alma.

20 20 6 TRELIÇAS As treliças são estruturas reticuladas constituídas de elementos retos, igualmente chamados de elementos de barra, conectados a nós e submetidos somente a forças axiais. A modelagem das treliças é feita a partir de um elemento de barra. Segundo o relatório SECHALO (2012), para que as treliças tenham eficiência em sua disposição e transmissão de cargas, as suas diagonais devem ter inclinações compreendidas entre os 35 e 55 e a aplicação das cargas deve ser feita diretamente nos nós. Figura 4: Modelos de vigas treliçadas Fonte: Nogueira (2009)

21 21 Alguns dos modelos mais usuais de treliças podem ser visto nas figuras 5, 6, 7, 8,9 e 10: Figura 5: Treliça tipo pratt tradicional Fonte: Da Autora (2018) Figura 6: Treliça tipo howe Fonte: Da Autora(2018) Figura 7: Treliça de Banzos Paralelos sem Tirantes Fonte: Da Autora (2018) Figura 8: Treliça tipo howe duas águas Fonte: Da Autora (2018)

22 22 Figura 9: Treliça de arco circular Fonte: Da Autora (2018) Figura 10: Treliça de duas águas atirantadas Fonte: Da Autora (2018)

23 23 7 PERFIS FORMADOS A FRIO Desde a década de 60 o emprego desses perfis deu-se no Brasil, quando empresas buscavam equipamentos para a realização de processos de dobramentos a frio, porem o maior emprego dos mesmos se deu com a publicação da norma NBR 14762:2001 (ABNT, 2001). Estes perfis são formados a frio são obtidos por meio de dobramento, em temperatura ambiente, de chapas de aço por dois processos distintos: descontínuo, com a utilização de prensa dobradeira ou viradeira, ou contínua, por meio de perfiladeira. Com o uso destes perfis apresenta uma estrutura mais leve ao ser comparada com outras estruturas. Também apresentam uma maior relação inércia/peso que perfis laminados, o que consequentemente resulta em menor consumo de material. CARVALHO (2006) indica algumas vantagens do uso de perfis formados a frio em comparação aos perfis laminados: Facilidade de adequação à forma e às dimensões solicitadas. Pois pode-se criar formas especificas para atender as solicitações; Facilidade de produção e baixo custo de estoque. Comparada a de um perfil laminado a produção é mais barata; Para cargas e vãos médios, uma estrutura com perfis formados a frio resulta em edificações mais leves;

24 24 8 AÇÃO DO VENTO A ação do vento é de suma importância, pois a mesma pode destruir totalmente ou parcialmente edificações, principalmente em aço. De acordo com isso existem normas a serem seguidas no dimensionamento de obras. Como (BLESSMANN, 1986) destaca: Se as normas correspondentes à ação do vento e ao dimensionamento estrutural forem rigorosamente seguidas, tem-se menor probabilidade de ocorrer acidentes devido à ação do vento. Muitos efeitos danosos são decorrentes da velocidade do vento em edificações. Os ventos de maiores intensidades, bem como a rugosidade dos terrenos e obstáculos naturais e artificiais são itens a serem considerados na determinação nas cargas de vento segundo a norma NBR Vk é a velocidade usada em projeto, considerando os fatores topográficos S1, S2 e S3, a mesma pode ser calculada por: Vk = Vo S1 S2 S3 Sendo Vo a velocidade básica do vento que é caracterizada na figura 11, pelas isopletas do vento, o fator S1, o qual é um fator topográfico, o fator S2 que é um fator que indica a rugosidade do terreno e dimensões da edificação e o fator S3 que tratase de um fator estatistico. A figura na sequência foi retirada da NBR 6123, onde apresenta a velocidade básica do vento de onde tira-se o V 0, que corresponde à velocidade de 3 s, em média uma vez em 50 anos, a 10 m acima do terreno, em campo aberto e plano.

25 25 Figura 11: Isopletas de velocidade básica Fonte: NBR 6123:1990 p. 6

26 26 9 AÇÕES DE ACORDO COM ANEXO B DA NBR 8800:2008, (ABNT, 2008). Tratando-se de edifícios industriais, designados galpões, as ações permanentes correspondem ao peso próprio dos elementos constituintes da estrutura e dos materiais a ela ligados. As ações variáveis são as que variam de valor no decorrer da vida útil da edificação. No caso de galpões industriais, as ações variáveis a serem consideras são a sobrecarga de cobertura e a ação do vento. A NBR 8800, no seu item B.5.1, diz: Nas coberturas comuns (telhados), na ausência de especificação mais rigorosa, deve ser prevista uma sobrecarga característica mínima de 0,25kN/m², em projeção horizontal. Admite-se que essa sobrecarga englobe as cargas decorrentes de instalações elétricas e hidráulicas, de isolamentos Para coberturas comuns, na ausência de especificação mais rigorosa, deve ser prevista uma sobrecarga nominal mínima de 0,25 kn/m² (Anexo B da NBR8800:2008 (ABNT, 2008)).

27 27 10 SOFTWARE DE ANALISE E DIMENSIONAMENTO No momento atual é feito o uso de programas computacionais na modelagem das estruturas. Com a finalidade de alcançar os esforços e deslocamentos averiguando a conformidade das seções recomendadas. A ABNT NBR 8800:2008 requer que a estrutura seja avaliada quanto à sua deslocabilidade lateral, seja com o método simplificado de amplificação dos esforços solicitantes (Anexo D da norma ABNT NBR 8800), seja com programas que realizem análises de segunda ordem. (Galpões em aço 2. Construção em aço I. Chamberlain Pravia, Zacarias M. II. Drehmer, Gilnei Artur III. Mesacasa Júnior, Enio IV). Estão disponíveis hoje programas de dimensionamento de elementos estruturais formados por perfis de aço, dentre eles destaca-se o software MCalc, este segundo (Carvalho et al., 2009) concede o dimensionamento integrado com a análise estrutural de perfis de aço laminados ou soldados de acordo com a NBR 8800:2008 (ABNT, 2008) e perfis formados a frio segundo a NBR 14762:2001 (ABNT, 2001). A grande vantagem na utilização de softwares para a análise de estruturas é a obtenção de todos os diagramas de esforços para a estrutura com rapidez e precisão, concedendo ao projetista uma análise rigorosa de erros de modelagem ou processamento.

28 28 11 MÉTODO DE PESQUISA Este trabalho consiste no dimensionamento de galpões industriais, com pórticos treliçados, onde as treliças apresentam seção geométrica variável. O uso do Software MCalc no procedimento de cálculo, permite determinar os esforços reais solicitantes, bem como a capacidade resistente dos elementos de acordo com as normas NBR 8800:2008 e NBR 14762:2010. Para tanto, o estudo será primeiramente determinado o modelo de galpão industrial e suas dimensões, bem como as seções dos perfis, todos moldados a frio em aço ASTM A36. Serão analisados pórticos treliçados com seções constantes os resultados obtidos no software Mcalc serão analisados e levados em consideração para o dimensionamento de pórticos treliçados com as seções variáveis, de acordo com as solicitações obtidas CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA Do ponto de vista da forma de abordagem do problema a pesquisa é quantitativa. A pesquisa quantitativa objetiva verificar estatisticamente uma hipótese a partir da coleta de dados concretos e quantificáveis, isto é, números. Ela se baseia em dados que serão levantados e que posteriormente são agrupadas e analisadas de maneira estatística. Desta forma, através da utilização da pesquisa quantitativa, é possível mensurar e obter dados que vão confirmar ou contestar a hipótese inicial do seguinte trabalho e, assim, possibilitar que o mesmo possa chegar à resolução do seu problema de pesquisa INSTRUMENTOS DE ANÁLISE Os modelos serão analisados por meio do software comercial Mcalc, o qual fornece combinações de ações, considerando a ponderação correspondente a cada estado, visando obterem-se as solicitações de cálculo para o dimensionamento. Quanto as ações do vendo, será utilizado o modulo ST_Ventos alinhado ao programa Mclalc 3D.O ST_Ventos, tem o objetivo de determinar as forças devidas ao vento em edificações de planta retangular e telhados a duas águas, de acordo com as especificações normativas da NBR6123:1987.

29 29 Os modelos analisados serão trabalhados com o sistema de unidades em metros (m) e quilonewton (kn) MODELOS ANALISADOS Os modelos do seguinte trabalho são de pórticos intermediários treliçados de banzos paralelos sem tirantes para galpões industriais. Os mesmos serão construídos na cidade de Passo Fundo, no estado do Rio Grande do Sul, Brasil. O aço de composição dos perfis é ASTM A36, com limite de escoamento em 250Gpa, resistência a tração entre 400Mpa e 550Mpa, modulo de elasticidade de 200 Gpa. Três modelos serão analisados, todos serão em duas águas, com inclinação de 10%, com uma abertura no oitão frontal, telhas em aluzinc modelo TP 40 de 50mm de espessura na cobertura e fechamento total exceto no vão da porta com telha em aluzinc modelo TP 40 43mm de espessura, com distância entre pórticos de 5m (cinco metros), com terças de cobertura e fechamento, além de todas as obras devidamente, travadas e contraventadas conforme necessidade. A seguir é apresentado a tabela 1 com as dimensões em metros de cada modelo: Tabela 1: Dimensões de modelos em metros Fonte: Da autora (2018) Modelos dos perfis utilizados Todos os três modelos serão analisados com dois tipos de perfis, sendo eles perfil U e dupla cantoneira. Os perfis U, devido ao formato tradicional com faces das abas internas inclinadas, possuem alta inércia e maior resistência geométrica, o que os tornam ideais para aplicações que exijam maior robustez.

30 30 Figura 12: Perfil U Fonte: Catálogo Gerdau (2018) Os aumentos dos esforços de compressão fazem com que os perfis necessitem ser cada vez maiores. Nestes casos a dupla cantoneira torna-se uma boa alternativa, estas podem estar dispostas de várias maneiras, segundo GALAMBOS (1998) o formato em T é o mais utilizado. Figura 13: Dupla cantoneira Seção T Fonte: Pinheiro (2005, p.271) Características de cada pórtico De acordo com as determinações, a analise se dará com 3 modelos de pórticos com diferentes dimensões (vão teórico, pé direito, comprimento), chamado de modelos I, II e III, o modelo de pórtico utilizado será o modelo treliçado plano de como mostra a figura a seguir.

31 31 Figura 14: Modelo de pórtico plano analisado Fonte: Da autora (2018) Cada pórtico é analisado com dimensionamento em perfil U e Dupla cantoneira (2L). Todos os pórticos de ambos os modelos são espaçados a cada 5m. A altura foi determinada como sendo o vão/20. A Flecha de cada modelo foi determinada pela sua inclinação, ambos de 10%. Inter-nós ou inter-terças, foram espaçados de acordo com cada aba de cada modelo, tendo o valor total e dividindo pela quantidade de terças. A quebra inferior foi determinada como sendo duas vezes o valor do espaçamento entre nós, ou entre terças. Todas as características adotadas estão na tabela 6. Tabela 2: Características dos modelos MODELO Perfil Altura Vão Teórico Quedra Flecha inter-nós inferior intertreliças Pé direito Comprimento I U 50cm 10m 1m 1,21m 2,42m 5m 3m 20m I 2L 50cm 10m 1m 1,21m 2,42m 5m 3m 20m II U 80cm 25m 2,05m 1,24m 2,48m 5m 4m 50m II 2L 80cm 25m 2,05m 1,24m 2,48m 5m 4m 50m III U 1,60m 40m 3,60m 1,33m 2,66m 5m 5m 80m III 2L 1,60m 40m 3,60m 1,33m 2,66m 5m 5m 80m Fonte: Da autora (2018)

32 32 12 DELINEAMENTO DA ANÁLISE Neste estudo, o dimensionamento segue as orientações das normas NBR 14762:2010 para perfis formados a frio. Os resultados obtidos serão analisados, bem como máximos e mínimos deslocamentos, solicitações e reações de apoio. Para a realização dos estudos serão utilizadas as estruturas de aço A36, em barras com perfil U e dupla cantoneira, promovendo as necessárias análises por meio do software comercial Mcalc. O uso da norma NBR 14762: Estruturas de perfis de aço formados a frio e metodologia e NBR 8800: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios, propiciam ao engenheiro estrutural a obtenção e análise de todos os efeitos que podem ocorrer na estrutura. Figura 15: Fluxograma de organização das análises realizadas Início Definição das tipologias de galpões industriais Realização da análise estrutural dos modelos pelo programa Mcalc apoiado na ABNT NBR 8800: 2008 e ABNT NBR 14762: Obtenção e análise dos esforços solicitantes para cada modelo. Dimensionamento da otimização geométrica das treliças. Comparação entre os resultados obtidos e verificação se houve redução de material. Fonte: Da Autora 2018

33 33 13 PRIMEIRA ANÁLISE DE DIMENSIONAMENTO Inicialmente de acordo com o modelo escolhido através do assistente de geração o pórtico da edificação possuía a seguinte geometria com mostra a figura a seguir: Figura 16: Modelo de pórtico inicial Fonte: Software Mcalc 3D (2018) Para fins de dimensionamento e com o intuito de utilizar barras não tão grandes e espessas, o pórtico inicial sofreu uma modificação, tendo a continuação do banzo inferior até o pilar, como mostra a figura abaixo. Figura 17: Modelo de pórtico inicial modificado Fonte: Software Mcalc 3D (2018)

34 DETERMINAÇÕES DA AÇÃO DO VENTO O fator topográfico, referente as variações do relevo do terreno foram determinadas como S1=1,0, tradando de um terreno plano e/ou fracamente acidentado. O fator S2, referente a rugosidade do terreno e dimensões da edificação, foi determinado como categoria IV, por tratar-se de zona industrial. Quanto a classe cada modelo fica de acordo com uma classe. Classe A, maior dimensão da superfície frontal menor que 20m, Classe B, maior dimensão da superfície frontal entre 20 a 50m e Classe C, maior dimensão da superfície frontal acima de 50m. Devido as edificações serem dimensionada na cidade de Passo Fundo, Rio Grande do Sul - Brasil, tem-se uma velocidade média do vento de 45 m/s. Com os fatores determinados e usando o módulo ST_Ventos, obteve-se a pressão dinâmica do vento, como é mostrado no ANEXO A e de acordo com a tabela a seguir: Tabela 3: Pressão dinâmica do vento MODELO V0 45 m/s 45 m/s 45 m/s S1 1,00 1,00 1,00 S2 0,79 0,78 0,78 S3 0,95 0,95 0,95 Vk 33,83 m/s 33,44 m/s 33,43 m/s Q 71,53 Kgf/m² 69,90 Kgf/m² 69,83 Kgf/m² Fonte: Da autora (2018) Após a definição dos parâmetros referentes a pressão dinâmica do vento, dimensões e aberturas de cada modelo, deu-se a obtenção dos coeficientes de forma externo para paredes e telhados com duas águas, além do coeficiente de pressão interno. Nas figuras 18,19,20,21,22 e 23 tem-se respectivamente os valores obtidos através do módulo ST_Ventos para o modelo 1.

35 35 Figura 18: Coeficiente de forma externo para parede, vento 0º para Modelo 1 Fonte: ST_ventos (2018) Figura 19: Coeficiente de forma externo para paredes, vento 90º para Modelo 1 Fonte: ST_ventos (2018)

36 36 Figura 20: Coeficiente de forma externo para telhado, vento 0º para Modelo 1 Fonte: ST_ventos (2018) Figura 21: Coeficiente de forma externo para telhado, vento 90º para Modelo 1 Fonte: ST_ventos (2018) Figura 22: Coeficiente de pressão interna, vento 0º para Modelo 1 Fonte: ST_ventos (2018)

37 37 Figura 23: Coeficiente de pressão interna, vento 90º para Modelo 1 Fonte: ST_ventos (2018) Nas figuras 24,25,26,27,28 e 29 tem-se respectivamente os valores obtidos através do software VISUALVENTOS para o modelo 2. Figura 24: Coeficiente de forma externo para parede, vento 0º para Modelo 2 Fonte: ST_ventos (2018)

38 38 Figura 25: Coeficiente de forma externo para paredes, vento 90º para Modelo 2 Fonte: ST_ventos (2018) Figura 26: Coeficiente de forma externo para telhado, vento 0º para Modelo 2 Fonte: ST_ventos (2018)

39 39 Figura 27: Coeficiente de forma externo para telhado, vento 90º para Modelo 2 Fonte: ST_ventos (2018) Figura 28: Coeficiente de pressão interna, vento 0º para Modelo 2 Fonte: ST_ventos (2018) Figura 29: Coeficiente de pressão interna, vento 90º para Modelo 2 Fonte: ST_ventos (2018)

40 40 Nas figuras 30,31,32,33,34 e 35 tem-se respectivamente os valores obtidos através do software VISUALVENTOS para o modelo 3. Figura 30: Coeficiente de forma externo para parede, vento 0º para Modelo 3 Fonte: ST_ventos (2018) Figura 31: Coeficiente de forma externo para paredes, vento 90º para Modelo 3 Fonte: ST_ventos (2018)

41 41 Figura 32: Coeficiente de forma externo para telhado, vento 0º para Modelo 3 Fonte: ST_ventos (2018) Figura 33: Coeficiente de forma externo para telhado, vento 90º para Modelo 3 Fonte: ST_ventos (2018) Figura 34: Coeficiente de pressão interna, vento 0º para Modelo 3 Fonte: ST_ventos (2018)

42 42 Figura 35: Coeficiente de pressão interna, vento 90º para Modelo 3 Fonte: ST_ventos (2018) 13.2 AÇÕES E COMBINAÇÕES Os dados relativos as ações forem determinados apoiados na NBR 6123:1988. Tendo por determinação peso próprio (Permanente), como o peso da telha = 15kgf/m² ou 0,15kN/m² e sobrecarga como sendo a mínima de norma = 25kgf/m² ou 0,25 kn/m². Partindo para a análise dos modelos foram compostas as seguintes combinações: 1ª. AP.1,25 + SC 1,5 2ª. AP.1,25 + SC 1,5 + VT 0,6*1,4 3ª. AP.1,25 + SC 1,5 + VT 0,6*1,4 + Pl/VT 0,6*1,4 4ª. AP.1,25 + SC 1,5 + VTD0,6*1,4 5ª. AP.1,25 + SC 1,5 + VTD0,6*1,4 + Pl/VT 0,6*1,4 6ª. AP.1,25 + SC 1,5 + V.Long0,6*1,6 7ª. AP.1,25 + SC 1,5 + V.Long0,6*1,6 + Pl/VL 0,6*1,6 8ª. AP.1,00+ SC 0,8*1,5+ V.T 1,4 9ª. AP.1,00+ SC 0,8*1,5+ V.T 1,4 + Pl/VT 1,4 10ª. AP.1,00+ SC 0,8*1,5+ V.T D1,4 11ª. AP.1,00+ SC 0,8*1,5+ V.T D1,4+ Pl/VT 1,4 12ª. AP.1,00+ SC 0,8*1,5+ V.Long 1,4 13ª. AP.1,00+ SC 0,8*1,5+ V.Long 1,4 + Pl/VL 1,4 14ª. AP.1,00+ SC 1,00 15ª. AP.1,00+ VT 1,0 + VTD 1,0 + V. Long 1,0 + Pl/VL 1,0

43 DESLOCAMENTOS MÁXIMOS Os deslocamentos verticais e laterais dos porticos, foram análisados com relação as combinações de serviço 14ª e 15ª. Os mesmos respeitaram os deslocamentos máximos, vertical L/250 e lateral H/400, determinados pela NBR 8800, ANEXO C, tabela C.1. Tabela 4: Deslocamentos máximos Fonte: NBR 8800:2008, Anexo C.

44 44 Destaca-se que antes da análise de deslocamento todos os nós do portico foram travados no sentido do eixo Y, como é mostrado na figura a seguir. Figura 36: Travamento dos nós Fonte: Software Mcalc 3D (2018) Para o dimensionamento e análise estrutural as barras de perfil U foram dispostas uma frente a outra de modo que suas aberturas fiquem uma para a outra como mostra a figura a seguir: Figura 37: Sentindo das barras do modelo com perfil U Fonte: Software Mcalc 3D (2018)

45 45 O mesmo ocorre para o sentido das barras dos modelos com dupla cantoneira, como a imagem na sequência mostra. Figura 38: Sentindo das barras do modelo com dupla cantoneira Fonte: Software Mcalc 3D 13.4 RESULTADO DA PRIMEIRA ANÁLISE DO DIMENSIONAMENTO O dimensionamento inicial de cada modelo foi realizado de acordo com que cada barra não ultrapassasse 70% de sua capacidade. Obtendo uma estrutura de pórtico segura e não superdimensionada. As barras dos banzos superior e inferior mantiveram-se com mesa e alma sem alteração, havendo mudança conforme necessário somente na espessura do perfil Pórtico modelo 1 O modelo de pórtico número 1 em seus banzos superiores, inferiores e montantes foi caracterizado por 41 barras e 24 nós, sua geometria está mostrada na figura abaixo.

46 46 Figura 39: Características do modelo 1, perfil U Fonte: Mcalc 3D Para dimensionamento do pórtico modelo 1 com perfis U, foram usados nos banzos superiores e inferiores foram caracterizados por alma e mesa de 75mm e 40mm respetivamente, havendo mudança somente em sua espessura que variou de 1,20mm a 4,75mm de acordo com a solicitação da estrutura do pórtico. Os montantes também em perfil U tiveram sua alma e mesa determinadas como 68mm e 30mm e sua espessura variou de 1,20mm a 3,25mm. Seus pilares para atender à solicitação foram definidos como perfil I laminado 101.6mm x 11.4mm. A estrutura do pórtico resultou em um total de 165,48 Kgf. Na sequência estão as imagens do pórtico em seu estado deformado e com os esforços normais após o dimensionamento.

47 47 Figura 40: Deformação - Modelo 1, perfil U Fonte: Mcalc 3D (2018) Figura 41: Esforço normal - Modelo 1, perfil U Fonte: Relatório do software Mcalc 3D (2018) Para o pórtico modelo 1 com dupla cantoneira, foram usados perfis caracterizados por dupla cantoneira opostas entre si, com abas iguais de 31,75mm e espessura de 3,17mm.

48 48 Para atender à solicitação seus pilares foram definidos como perfil I laminado ILAM 203.2mm x 27.3mm. A estrutura do pórtico resultou em um total de 177,95 Kgf. Na sequência estão as imagens do pórtico em seu estado deformado e com os esforços normais após o dimensionamento. Figura 42: Deformação - Modelo 1, dupla cantoneira Fonte: Mcalc 3D (2018) Figura 43: Esforço normal -Modelo 1, dupla cantoneira Fonte: Relatório do software Mcalc 3D (2018)

49 Pórtico modelo 2 O modelo de pórtico número 2 em seus banzos superiores, inferiores e montantes foi caracterizado por 48 nós e 89 barras, sua geometria está mostrada na figura 44 abaixo. Figura 44: Características do modelo 2 Fonte: Mcalc 3D (2018) Para dimensionamento do pórtico modelo 2 com perfis U, foram usados nos banzos superiores e inferiores foram caracterizados por alma e mesa de 125mm e 50mm respetivamente, mudando somente sua espessura que variou de 2,25mm a 6,30mm de acordo com a solicitação da estrutura do pórtico. Os montantes também em perfil U tiveram sua alma e mesa determinadas como 118mm e 45mm e sua espessura variou de 1,20mm a 3,00mm. Seus pilares para atender à solicitação foram definidos como perfil I laminado 203.2mmx 27.3mm. A estrutura do pórtico resultou em um total de 819,22 Kgf. Na sequência estão as imagens do pórtico em seu estado deformado e com os esforços normais após o dimensionamento.

50 50 Figura 45: Deformação - Modelo 2, perfil U Fonte: Relatório do software Mcalc 3D (2018) Figura 46: Esforço Normal - Modelo 2, perfil U Fonte: Relatório do software Mcalc 3D (2018) Para o pórtico modelo 2 com dupla cantoneira, foram usados perfis caracterizados por dupla cantoneira opostas entre si, com abas iguais de 50,8mm e espessura que variou de 3,17mm a 9,52mm. Para atender à solicitação seus pilares foram definidos como perfil I laminado 203.2mm x 27.3mm. A estrutura do pórtico resultou em um total de kgf. Na sequência estão as imagens do pórtico em seu estado deformado e com os esforços normais após o dimensionamento.

51 51 Figura 47: Deformação - Modelo 2, dupla cantoneira Fonte: Relatório do software Mcalc 3D (2018) Figura 48: Esforço Normal - Modelo 2, dupla cantoneira Fonte: Relatório do software Mcalc 3D (2018) Pórtico modelo 3 O modelo de pórtico número 3 em seus banzos superiores, inferiores e montantes foi caracterizado por 68 nós e 129 barras, sua geometria está mostrada na figura abaixo.

52 52 Figura 49: Características do modelo 3 Fonte: Mcalc 3D (2018) Para dimensionamento do pórtico modelo 3 com perfis U,os banzos superiores e inferiores foram caracterizados por alma e mesa de 200mm e 100mm respetivamente, mudando somente sua espessura que variou de 1,5mm a 8mm de acordo com a solicitação da estrutura do pórtico. Os montantes também em perfil U tiveram sua alma e mesa determinadas como 193mm e 64mm e sua espessura variou de 1,20mm a 4,25mm. Seus pilares para atender à solicitação foram definidos como perfil I laminado ILAM 254mm x 37.7mm. A estrutura do pórtico resultou em um total de 2336,46Kgf. Na sequência estão as imagens do pórtico em seu estado deformado e com os esforços normais após o dimensionamento. Figura 50: Deformação - Modelo 3, perfil U Fonte: Relatório do software Mcalc 3D

53 53 Figura 51: Esforço Normal - Modelo 3, perfil U Fonte: Relatório do software Mcalc 3D (2018) Para o pórtico modelo 3 com perfis dupla cantoneira, foram caracterizados por por dupla cantoneira opostas entre si, com abas iguais de 88.9mm e espessura que variou de 3,17mm a 9,52mm. Para atender à solicitação seus pilares foram definidos como perfil I laminado 254mm x 37.7mm. A estrutura do pórtico resultou em um total de 2560,3 kgf. Na sequência estão as imagens do pórtico em seu estado deformado e com os esforços normais após o dimensionamento. Figura 52: Deformação - Modelo 3, dupla cantoneira Fonte: Relatório do software Mcalc 3D (2018)

54 54 Figura 53: Esforço Normal - Modelo 3, dupla cantoneira Fonte: Relatório do software Mcalc 3D (2018)

55 55 14 OTIMIZAÇÃO DOS MODELOS NO SOFTWARE A otimização geométrica dos modelos se deu com o intuito de haver uma redução de peso na estrutura de cada pórtico. A otimização realizada nos modelos é caracterizada pela mudança nos banzos inferiores e montantes onde a estrutura apresentou uma maior solicitação de estrutura de acordo com o relatório dos esforços obtido pelo software ao final do dimensionamento primário RESULTADO DA ANÁLISE DO DIMENSIONAMENTO OTIMIZADO Os pórticos analisados incialmente mantiveram seu numero de barras na otimização, os mesmos foram somente modificados geométricamente de modo com que seus banzos e montantes continuassem com os mesmos perfis e modificando somente a espessura dos perfis de acordo com a solicitação e sua estrutura geométrica Pórtico otimizado modelo 1 O pórtico número 1, manteve seu número de barras e nós, seus perfis também foram mantidos em relação a alma e mesa. As características geométricas adotadas no modelo 1 são mostradas na figura a seguir: Figura 54: Modelo otimizado 1 Fonte: Mcalc 3D (2018)

56 56 O modelo de pórtico otimizado com perfil U manteve seus banzos superiores e inferiores com alma e mesa 75mm e 40mm e sua espessura variando entre 1,20mm e 3mm. Seus montantes também em perfil U mantiveram alma e mesa 68mm e 30mm e espessura variando entre 1,20 e 3mm. Abaixo estão as imagens do esforço normal e deformação do pórtico modelo 1,com perfis U geométricamente modificados. Figura 55: Deformação - Modelo otimizado 1, perfil U Fonte: Mcalc 3D (2018) Figura 56: Esforço normal - Modelo otimizado 1, perfil U Fonte: Mcalc 3D (2018) Após o modificação geométrica do pórtico, o mesmo passou a 147,23 Kgf. O pórtico número 1, com perfil dupla cantoneira também manteve seus banzos superiores e inferiores. Seus montantes passaram a ter em seus montantes cantoneiras de abas iguais de 30mm e espessura variando entre 1,20 e 1,50mm.

57 57 Abaixo segue imagens do esforço normal e deformação do pórtico modelo 1, dupla cantoneira geométricamente modificados. Figura 57: Deformação - Modelo otimizado 1, dupla cantoneira Fonte: Mcalc 3D (2018) Figura 58: Esforço normal - Modelo otimizado 1, dupla cantoneira Fonte: Mcalc 3D (2018) Após o modificação geométrica do pórtico, o mesmo passou a 160,19 Kgf Pórtico otimizado modelo 2 O pórtico número 2, manteve seu número de barras e nós, seus perfis também foram mantidos em relação a alma e mesa.

58 58 As características geométricas adotadas no modelo 2 são mostradas na figura a seguir: Figura 59: Modelo otimizado 2 Fonte: Mcalc 3D (2018) O pórtico número 2, com perfil U manteve seus banzos superiores e inferiores com alma e mesa 125mm e 50mm e sua espessura variando entre 1,20mm e 4,25mm. Seus montantes também em perfil U mantiveram alma e mesa 118mm e 40mm e espessura variando entre 1,20 e 4,25mm. Abaixo seguem as imagens da deformação e esforço normal do pórtico modelo 2,com perfis U geométricamente modificados. Figura 60: Deformação - Modelo otimizado 2, perfil U. Fonte: Mcalc 3D (2018)

59 59 Figura 61: Esforço Normal - Modelo otimizado 2, perfil U. Fonte: Mcalc 3D (2018) Após o modificação geométrica do pórtico, o mesmo passou a 720,53 Kgf O pórtico número 2, com dupla cantoneira também manteve seus banzos superiores e inferiores Seus montantes passaram a ter cantoneiras de abas iguais de 50,8mm e espessura variando entre 1,20 e 3,17mm. Abaixo segue imagens do esforço normal e deformação do pórtico modelo 2,com perfis U e dupla cantoneira geométricamente modificados. Figura 62: Deformação - Modelo otimizado 2 dupla cantoneira Fonte: Mcalc 3D (2018) Figura 63: Esforço normal - Modelo otimizado 2, dupla cantoneira Fonte: Mcalc 3D (2018)

60 60 Após o modificação geométrica do pórtico, o mesmo passou a 781,15 Kgf Pórtico otimizado modelo 3 O pórtico número 3, manteve seu número de barras e nós, seus perfis também foram mantidos em relação a alma e mesa. As características geométricas adotadas no modelo 3 são mostradas na figura a seguir: Figura 64: Modelo otimizado 3 Fonte: Mcalc 3D (2018) O pórtico número 3, com perfil U manteve seus banzos superiores e inferiores com alma e mesa 200mm e 100mm e sua espessura variando entre 1,50mm e 6,30mm. Seus montantes também em perfil U mantiveram alma e mesa 193mm e 64mm e espessura variando entre 1,50 e 6,30mm. Abaixo seguem as imagens da deformação e esforço normal do pórtico modelo 2,com perfis U geométricamente modificados. Figura 65: Deformação - Modelo otimizado 3, perfil U. Fonte: Mcalc 3D (2018)

61 61 Figura 66: Esforço Normal - Modelo otimizado 3, perfil U. Fonte: Mcalc 3D (2018) Após o modificação geométrica do pórtico, o mesmo passou a 2089,76Kgf O pórtico número 3, com dupla cantoneira também manteve seus banzos superiores e inferiores.seus montantes passaram a ter cantoneiras de abas iguais de 76.2 mm e espessura variando entre 3,17 e 4,75mm. Abaixo segue imagens do esforço normal e deformação do pórtico modelo 3,com perfis U e dupla cantoneira geométricamente modificados. Figura 67: Deformação - Modelo otimizado 3 dupla cantoneira Fonte: Mcalc 3D (2018) Figura 68: Esforço normal - Modelo otimizado 3, dupla cantoneira Fonte: Mcalc 3D (2018) Após o modificação geométrica do pórtico, o mesmo passou a 2204,8Kgf.

62 62 15 COMPARATIVO DE DIMENSIONAMENTOS E RESULTADOS A diferença entre os modelos é caracterizada pela mudança na geometria dos banzos inferiores e disposição e comprimento do montantes. Na figura comparativa abaixo pode-se observar essas mudanças nos modelos. Figura 69: Comparativo geométrico MODELO COM ALTURA CONSTANTE MODELO COM ALTURA VARIÁVEL Fonte: Da Autora (2018) Outros detalhes das caracteristicas das mudanças geométricas foram caracterizadas como h1, h2 e h3 como as figuras representam.

63 63 Figura 70: Caracteristicas geométricas Fonte: Da Autora. Na tabela da sequencia pode-se observar as alturas de cada modelo, o tradicional e o modificado. Tabela 5: Comparativo de alturas (m) MODELOS H1 H2 H3 1 TRADICIONAL 0,50m 0,50m 0,50m 1 OTIMIZADO 1,00m 0,50m 1,00m 2 TRADICIONAL 0,80m 0,80m 0,80m 2 OTIMIZADO 1,60m 0,80m 1,80m 3 TRADICIONAL 1,60m 1,60m 1,60m 3 OTIMIZADO 2,00m 1,60m 3,00m Fonte: Da Autora.

64 REDUÇÃO DOS PESOS A otimização tinha como principal objetivo a redução de peso nas estruturas dos pórticos, devido a sua geometria ser modificada nos locais de maior solicitação da estrutura e apesar de seus perfis continuarem com mesma alma e mesa, suas espessuras foram modificadas e seus pesos consequentemente diminuiram. Na tabela a seguir esta o comparativo dos valores obtidos em cada relatório após o dimensionamento pelo software Mcalc 3D. M O D E L O PESO DE MODELO INICIAL (Kgf) PESO DE MODELO MODIFICADO (Kgf) REDUÇÃO ENTRE MODELOS (Kgf) Tabela 6: Comparativo de pesos ECONOMIA POR PÓRTICOS (%) NÚMERO DE PÓRTICOS (Unidades) REDUÇÃO TOTAL NA EDIFICAÇÃO (Kgf) ANTES (kgf/m²) DEPOIS (kgf/m²) 1 U 165,48 147,23 18,25 11, ,25 4,14 3,68 1 2L 177,95 160,19 17,76 11, ,80 4,45 4,00 2 U 819,22 720,53 98,69 11, ,5 7,21 6,34 2 2L 924,69 781,15 143,54 11, ,9 8,13 6,87 3 U 2336, ,7 246,7 11, ,9 12,4 11,10 3 2L 2560,3 2204,8 355,5 11, ,5 13,6 11,7 Fonte: Da Autora (2018)

65 65 16 CONCLUSÕES A análise dos seis pórticos indicam que os pórticos os quais foram modificados geométricamente foram otimizados e apresentaram taxas menores no consumo de aço comparando com os modelos tradicionais primeiramente dimensionados. À medida que aumenta o vão livre do pórtico, maior é a influência sobre a taxa de consumo de aço, verificando-se uma grande ecônomia comparando ao modelo tradicional e mantendo um mesmo desempenho. O tipo de vinculação das bases mantiveram-se engastado em todos os modelos, pois em análise inicial no software Mcalc observou-se que os pórticos com as bases engastadas apresentam uma menor taxa de consumo de aço. Os resultados da taxa de consumo de aço demonstram também que para um mesmo vão os pórticos com treliça em perfil U apresentam um consumo de aço menor que os pórticos dupla cantoneira (2L). De forma geral, não pode-se afirmar que o custo total de uma estrutura a ser fabricada e vendida reduz, pois a mesma deve ser avaliada sob o ponto de vista global, ou seja, existem vários paramentos a levar em conta no valor total de uma obra, entre eles projeto, fabricação e montagem. Por fim as análises realizadas neste trabalho permitem concluir que é importante buscar soluções no sentido de viabilizar o projeto, pois uma pequena mudança na geometria de pórticos treliçados nos apresentou uma economia no consumo de aço de 11% em cada pórtico e esse ganho na taxa de consumo de aço é altamente representativo em obras de grande porte. Acredita-se que este trabalho possa contribuir com engenheiros e arquitetos, oferecendo uma diretriz para a escolha de modelos estruturais mais adequados e enonomicos.

66 66 REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8800: Projeto de Estruturas de aço e de estrutura mista de aço e concreto de edifícios. Rio de janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6123: Forças devidas ao Vento em edificações. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14762: Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio. Rio de janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DA CONSTRUÇÃO METÁLICA. Manual Técnico Telhas de Aço. São Paulo,2009. BELLEI, Ildony. Interfaces Aço- Concreto. 2ª Ed. Rio de janeiro, IABr/CBCA, BELLEI, Ildony. Edifícios Industriais em aço. 5ª Edição. São Paulo, Editora Pini, BLESSMANN, J. Acidentes Causados Pelo Vento. 3. ed. Porto Alegre: Editora da UFRGS, CARVALHO, L.C.V. de. Avaliação de ligações semirrígidas aparafusadas em estruturas de aço. Dissertação de Mestrado. 208 páginas Departamento de Engenharia Civil Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. CARVALHO, Ramon Rabelo. Otimização de seções de treliças metálicas planas submetidas a carregamento vertical uniforme. Artigo submetido ao Curso de Engenharia Civil da UNESC - como requisito parcial para obtenção do Título de Engenheiro Civil 2016/02.

67 67 CHAVES, M. R. Avaliação do desempenho de soluções estruturais para galpões industriais leves. Ouro Preto, DIAS, Luís Andrade de Mattos. Estruturas de aço: conceitos, técnicas e linguagem. 5 ed. São Paulo: Zigurate, p. European Commission (2012). Facilitating market development for sections in industrial halls and low-rise buildings (SECHALO). European Commission, Luxembourg Galpões em aço 2. Construção em aço Drehmer, Gilnei Artur III. Mesacasa Júnior, Enio IV). I. Chamberlain Pravia, Zacarias M. II. Hafta, R. T. and Kamat, M.P.,Elements of Structural Optimization, Martinus Nijhoff Publishers, Boston KRIPKA, Moacir et al. Determinação da geometria e configuração ótimas em treliças metálicas de banzos paralelos. Zacarias M. Chamberlain e Moacir Kripka. Construção Metálica: Estudos e Pesquisas Recentes. Passo Fundo: UPF Editora, p , MINISTÉRIO DA INDÚSTRIA E DO COMÉRCIO. SECRETARIA DE TECNOLOGIA INDUSTRIAL (MIC/STI). Manual Brasileiro para Cálculo de Estruturas Metálicas. v.1. Brasília: MIC/STI, NOGUEIRA, Gilcimar Saraiva. Avaliação de soluções estruturais para galpões compostos por perfis de aço formados a frio f. Dissertação (Mestrado em Engenharia). OTTOBONI PINHO, Fernando. Galpões em Pórticos de Aço. Gerdau.Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, Pfeil, W.; Pfeil, M. Estruturas de aço: dimensionamento prático de acordo com a NBR 8800: ª Edição. Rio de Janeiro, p.

68 68 ANEXO A Lançamento, dimensionamento e análise no software A.1 Generalidades A.1.1 Os passos deste anexo foram usados para o lançamento dos modelos de pórticos lançados e analisados no software Mcalc 3D. A.1.2 O lançamento, dimensionamento e análise listados neste anexo não necessariamente devem ser obedecidos com rigor e de modo genérico, pois a mudança no modelo de projeto pode acarretar em mudanças na forma de trabalhar com o software e analisar a estrutura. A.2 Lançamento no programa A.2.1 Inicialmente através do assistente de geração do programa o modelo de cobertura escolhida foi uma estrutura plana caracterizada pelo modelo destacado na figura abaixo. As unidades usadas foram para força Kilonewton (kn) e para comprimento metros (m). Figura 71: Modelo de estrutura Fonte: Software Mcalc 3D

69 69 A.2.2 Escolhido o modelo de cobertura duas águas, foram inseridos os dados de cada modelo de acordo com o solicitado na figura a seguir: Figura 72: Dados da estrutura Fonte: Software Mcalc 3D A.2.3 Com as dimensões de cada modelo determinadas, o próximo passo como mostra a figura é a determinação do valor das ações atuantes na estrutura, a ação permanente e sobrecarga como já citadas no trabalho acima, foram determinadas pelo peso da telha e por norma respectivamente. A pressão dinâmica foi determinada de acordo com o item A.2.4.

70 70 Figura 73: Ações atuantes Fonte: Software Mcalc 3D A.2.4 Através do módulo ST_Ventos a pressão dinâmica, bem como os coeficientes internos e externos foram determinados. Para a determinação dos mesmos foram detalhadas e preenchidas as áreas das aberturas dos modelos dos edifícios industriais abordados no trabalho, para o software então calcular a pressão e os coeficientes.

71 71 Figura 74: Área das aberturas Fonte: Software Mcalc 3D, módulo ST_Ventos A Após a determinação da área das aberturas foi determinado a região onde as edificações analisadas seriam construídas, ou seja, nos casos abordados 45m/s devido estar sendo dimensionados para a região de Passo Fundo RS.

72 72 Figura 75: Localização da edificação Fonte: Software Mcalc 3D, módulo ST_Ventos A Determinada a região, caracteriza-se ela através dos fatores S 1, S 2 e S 3. O fator S 1 caracteriza a topografia da região, que no caso dos três modelos foi determinado como Terreno plano ou fracamente acidentado de acordo com a figura.

73 73 Figura 76: Topografia do terreno S 1 Fonte: Software Mcalc 3D, módulo ST_Ventos A O fator S 2 trata da rugosidade do terreno de acordo com a imagem abaixo. Nos modelos deste trabalho a rugosidade do terreno foi determinada como de categoria IV, por tratar-se de zona industrial. Quanto a classe cada modelo fica de acordo com uma classe como já especificado anteriormente.

74 74 Figura 77: Rugosidade do terreno S 2 Fonte: Software Mcalc 3D, módulo ST_Ventos A O fator S 3 refere-se a Grupos de tipologia da obra e seu fator de ocupação, neste caso determinado como sendo Grupo 2 descrito na figura a seguir.

75 75 Figura 78: Fator S 3 Fonte: Software Mcalc 3D, módulo ST_Ventos A Especificados todos os fatores, o programa nos dá o relatório de pressão dinâmica e coeficientes internos e externos como já mostrados de cada modelo no desenvolvimento do trabalho, então tendo assim a tabela do item A.2.3 completa. A Os dados a serem inseridos na sequencia como mostra a figura, foram as áreas das barras. Neste trabalho foi optado por um valor genérico de 0,5m² para cada item, pois no decorrer do dimensionamento o mesmo foi alterado automaticamente. O modelo de elasticidade do aço E= Mpa

76 76 Figura 79: Área de barras Fonte: Software Mcalc 3D, módulo ST_Ventos A Por fim, concluindo-se o assistente de geração o edifício é lançado no programa de acordo com todas as especificações determinadas, como mostra a figura.

77 77 Figura 80: Modelo de obra Fonte: Software Mcalc 3D, módulo ST_Ventos A Devido a otimização ser especificamente de um pórtico, o pórtico escolhido de cada modelo foi intermediário.