Análise estrutural de ripas para engradamento metálico de coberturas Eng. Leandro de Faria Contadini Mestrando em Eng. Civil, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Unesp Campus Ilha Solteira Prof. Dr. Renato Bertolino Jr. Prof.Titular do Depto Engenharia Civil, Unesp Campus Ilha Solteira
INTRODUÇÃO OBJETIVO MATERIAL MÉTODO RESULTADOS CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BÁSICAS
Construção de residências sociais em grande escala. Necessidade de rapidez de produção e economia do projeto. Desta forma, uma das alternativas foi a utilização do engradamento metálico.
Maior vida útil dos componentes Redução de desperdícios Vantagens Maior rapidez na montagem Estrutura mais leve Estrutura reciclável e ecológica
São utilizados no engradamento metálico os perfis formados à frio, sendo estes de baixo custo de produção e fácil de ser obtido. Os perfis mais utilizados no engradamento metálico são: O perfil cartola para as ripas Os perfis U simples e U enrijecido para os demais elementos, como pontaletes e caibros
Dos elementos que compõe o engradamento metálico temos as ripas metálicas. Esquemas estruturais a serem analisados: Biapoiado
Esquema de apoio Esquema estrutural adotado
Dos elementos que compõe o engradamento metálico temos as ripas metálicas. Esquemas estruturais a serem analisados: Biapoiado Apoiado com balanço
Esquema de apoio Esquema estrutural adotado
Dos elementos que compõe o engradamento metálico temos as ripas metálicas. Esquemas estruturais a serem analisados: Biapoiado Apoiado com balanço Elementos estão submetidos à flexão oblíqua.
GERAL Analisar o comportamento da ripa metálica com perfil cartola para diferentes dimensões da seção transversal quando efetuado o dimensionamento da mesma, tomando como base a NBR 14762:2010, para os estados limites ultimo e de serviço, obtendo assim a seção transversal ótima. ESPECÍFICO Comparar as tensões normais máximas na seção transversal ótima e flecha máxima, para o elemento estrutural modelado como elemento de barra (tipo frame) e como elemento de superfície (tipo shell).
Por ter sido realizado somente uma análise numérica, foram utilizados dois softwares, sendo: Software do tipo CAD SAP2000
Determinação das ações permanentes e variáveis, segundo NBR 6120:2000 Definição da geometria do problema utilizando o projeto básico do sistema Minha Casa, Minha Vida Definição das propriedades do aço utilizado (ZAR-250), segundo NBR 14762:2010 Definição dos coeficientes de ponderação e das combinações das ações, segundo NBR 14762:2010 Determinação das solicitações atuantes e verificação dos ELU e ELS para o elemento estrutural modelado como tipo frame. Escolha da seção ótima Análise das tensões normais máximas para as solicitações atuantes utilizando a seção mais econômica para o elemento estrutural modelado como tipo shell Comparação das tensões normais e da flecha máxima, para a seção ótima, entre os dois tipos de modelagem
Ações Elemento estrutural modelado como tipo frame Elemento estrutural modelado como tipo shell Peso próprio da estrutura 0,17 kg/m 5,58 kg/m² Peso próprio da telha cerâmica 14,07 kg/m 469,00 kg/m² Sobrecarga 8,38 kg/m 279,17 kg/m²
Seção Cartola b h a e (C r ) (mm) (mm) (mm) (mm) 30x30x12x0,80 30,00 30,00 12,00 0,80 21x30x13x0,65 30,00 21,00 13,00 0,65 20x30x12x0,95 30,00 20,00 12,00 0,95 30x30x15x0,50 30,00 30,00 15,00 0,50
Geometria Medidas Vão do esquema bi-apoiado (L1) 1033,00 mm Vão do esquema apoiado com balanço (L2) 885,00 mm Beiral (L3) 622,50 mm Inclinação do telhado (α) 30% (16,70º) Distância entre ripas (LR) 335,00 mm
ELEMENTO ESTRUTURAL MODELADO COMO TIPO FRAME Cálculo das tensões normais máximas geradas na seção trasversal
ELEMENTO ESTRUTURAL MODELADO COM TIPO SHELL Geração de uma malha formada por quadrados de (5x5) mm. Eixos locais rotacionados para simular a inclinação do telhado.
ELEMENTO ESTRUTURAL MODELADO COM TIPO SHELL
ESFORÇOS INTERNOS (FRAME) Esquema estrutural biapoiado Direção 2 Direção 3 V 3 (kn) M 2 (kn.mm) V 2 (kn) M 3 (kn.mm) 0,15 38,92 0,04 11,68 Esquema estrutural apoiado com balanço Direção 2 Direção 3 V 3 (kn) M 2 (kn.mm) V 2 (kn) M 3 (kn.mm) 0,19-56,53 0,06-16,96
RESULTADOS DO DIMENSIONAMENTO REALIZADO PELO SAP2000 (FRAME) Esquema estrutural biapoiado Seção Cr Relação Flecha máxima (mm) Consumo de aço (kg/m) 30x30x12x0,80 0,391 0,99 0,70 21x30x13x0,65 0,745 2,62 0,48 20x30x12x0,95 0,430 1,96 0,69 30x30x15x0,50 0,808 1,40 0,46
RESULTADOS DO DIMENSIONAMENTO REALIZADO PELO SAP2000 (FRAME) Esquema estrutural apoiado com balanço Seção Cr Relação Para dimensão Para dimensão L2* L3* Flecha máxima (mm) Consumo de aço (kg/m) 30x30x12x0,80 0,603 0,538 2,44 0,70 21x30x13x0,65 1,105 0,975 5,18 0,48 20x30x12x0,95 0,821 0,706 5,47 0,69 30x30x15x0,50 0,998 0,926 3,44 0,46
FLECHA MÁXIMA ADMITIDA SEGUNDO A NBR14762:2010 Esquema estrutural Flecha máxima admissível (mm) Bi-apoiado 5,74 Apoiado com balanço 6,92 A seção mais econômica e de melhor eficiência corresponde ao perfil carola 30x30x15x0,50.
TENSÕES NORMAIS E FLECHA (SHELL) Seção Cr Esquema estrutural Tensões normais (MPa) Flecha máxima (mm) σ c σ t Bi-apoiado -55,23 65,29 1,50 30x30x15x0,50 Apoiado com balanço -161,35 96,58 3,46
Esquema estrutural biapoiado Tesões em MPa e flecha máxima em mm
Esquema estrutural apoiado com balanço Tesões em MPa e flecha máxima em mm
COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS Elemento tipo frame Elemento tipo shell Seção Cr Esquema estrutural Tensões normais (MPa) Flecha máxima Tensões normais (MPa) Flecha máxima σ (mm) c σ t σ c σ t (mm) Bi-apoiado -81,50 93,40 1,40-55,23 65,29 1,50 30x30x15x0,50 Apoiado com balanço -135,50 118,25 3,44-161,35 96,58 3,46
CÁLCULO DA DIFERENÇA RELATIVA Diferença relativa percentual (%) Seção Cr Esquema estrutural Tensões normais de compressão Tensões normais de tração Flecha máxima Bi-apoiado 32,23 30,10 7,14 30x30x15x0,50 Apoiado com balanço 19,08 18,32 0,58
Perfil cartola 30x30x15x0,50 é o mais econômico e mais eficiente. Menor flecha do que é admitida pela NBR 14762:2010. Atende tanto o ELU como o ELS.
Há uma diferença entre as tensões calculadas e as tensões obtidas através do programa. Elemento estrutural modelado como tipo frame Cargas aplicadas no eixo Elemento estrutural modelado como tipo shell Cargas aplicadas na superfície
Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6123: Força devido aos ventos. 1988. 66 p. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6120: Cargas para o cálculo de estruturas de edificações. 2000. 5 p. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 14762: Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio - Procedimento. 2010. 89 p. CARVALHO, P. R. M. et al. Curso básico de perfis de aço formados a frio. 2ª ed. Porto Alegre. 2006. CONTADINI, L.F. Análise estrutural de ripas para engradamento metálico de coberturas (Trabalho de Conclusão de Curso). Faculdade de Engenharia. UNESP - Campus de Ilha Solteira. 2011. CSN. Engradamento metálico. Disponível em: <http://www.csn.com.br/pls/portal/docs/page/csn_constcivil/csn_constcivil_inicio_ct_pt/engradamento _0.PDF.>. Acesso em: 06 jul. 2011.
ENGRADAMENTO Metálico para Telhados Disponível em: <http://www.metalica.com.br/engradamento-metalico-paratelhados>. Acesso em: 24 nov. 2011. HIBBELER, R. C.. Resistência dos materiais. 7. ed. São Paulo: Pearson Pretice Hall, 2010. PIACENTINI, J. J. et al. Introdução ao laboratório de física.2. ed. Florianópolis: Editora da Ufsc, 2005. 119 p. PINHEIRO, A. C. F. B., Estruturas Metálicas: cálculos, detalhes, exercícios e projetos. 2ª ed. revisada e ampliada. São Paulo: Edtora Edgard Blucher. 2005.