Dimensionamento de Estruturas em Aço Parte 1 Módulo 3 1ª parte
Sumário Módulo 3 : 1ª Parte Galpões estruturados em Aço 3.1 Definição página 3 3.2 Estrutura Principal página 3 3.2.1 Estrutura Horizontal página 4 3.3 O Efeito do Vento na Estrutura Principal página 12 3.4 Estrutura secundária de apoio das telhas página 14 3.5 Fechamentos Laterais página 21 3.6 Contraventamentos página 26 3.6.1 O contraventamento horizontal página 26 3.6.2 O contraventamento vertical página 28 3.6.3 Contraventamentos em Coberturas em arco página 30 3.7 Sistemas em Shed página 32 3.8 Comparação entre as soluções mais comuns de galpão (vão = 15,0 m) página 35 3.9 Galpões com ponte rolante página 37
Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 3.1. Definição Vídeo 26 Galpões assista on-line A ligação mais imediata que se faz da palavra galpão é com o uso industrial. No entanto galpões podem ser usados para as mais diversas atividades, tais como, hangares, espaços de eventos e depósitos, entre outras; no limite, até rodoviárias, aeroportos e igrejas podem, também, ser incluídas nesta tipologia. Os galpões, do ponto de vista arquitetônico e estrutural, caracterizam-se por serem edifícios com vãos mais generosos que os demais, pois esse é um pré requisito da existência desse tipo de edifício: espaços sem obstrução. A estrutura de um galpão, para fins de análise, pode ser decomposta em três partes: a. estrutura principal; b. estrutura secundária de apoio da cobertura e fechamentos laterais; c. contraventamentos horizontais e verticais. 3.2. Estrutura Principal Vídeo 27 Estrutura Principal assista on-line A estrutura principal é aquela que vence o maior vão, o que significa que na maioria das soluções encontra-se no plano transversal do edifício. Do ponto de vista prático, considera-se que é econômico um vão de até 30 m, podendo-se no limite chegar a 40 m. Isso significa que se o galpão tiver 50 m de largura é mais econômico projetar-se dois vão de 25 m. Vão Econômico 30m > L > 40m Vãos maiores L= 50m = 25m + 25m É claro que nas situações em que o uso do galpão exigir maiores vãos livres, como no caso de hangar- es, onde os vãos podem atingir 140 m ou mais, a questão econômica fica colocada em segundo plano, prevalecendo à necessidade de espaço desobstruído. Para uma melhor análise da estrutura principal do galpão vamos dividi-la em estrutura horizontal e vertical. A primeira corresponde à estrutura que vence o vão entre pilares e a segunda aos próprios pilares. estrutura horizontal = vão entre pilares estrutura vertical = os próprios pilare Figura 30 a Figura 30 b 3
Modulo 3 : 1ª parte 3.2.1. Estrutura horizontal Vídeo 28 Estrutura Principal : Horizontal e vertical Vídeo 29 Estruturas Horizontais em treliças Vídeo 30 Estrutura Horizontal em Arco Vídeo 31 Barras em perfil tubular assista on-line assista on-line assista on-line assista on-line Por causa do grande vão a ser vencido pela estrutura principal, os sistemas estruturais mais utilizados para a estrutura horizontal são os arcos e as tesouras treliçadas. Isto, porque o sistema treliçado, por trabalhar com esforços mais favoráveis, como a tração e a compressão simples, torna-se mais leve e econômico. No entanto, em vista de apelo arquitetônico, outras soluções mais sofisticadas podem ser usadas, tais como coberturas atirantadas, estruturas espaciais, abóbadas, cúpulas e parabolóides, entre outras. A seguir apresentamos diversas soluções utilizadas em obras de importantes arquitetos. Exemplo 1 Fleet Guard Manufacturing and Distribution Center, Quimper França Arqtº Richard Rogers, 1981 Figura Exemplo 1a 4
Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Figura Exemplo 1b Fonte: DAVIES, Colin, High Tech Architecture, Rizzoli Int. Publications, 1998 Exemplo 2 Inmos Microprocessor Factory, Newport, South Wales Arqtº Richard Rogers, 1982 Figura exemplo 2a Figura exemplo 2b Fonte: DAVIES, Colin, High Tech Architecture, Rizzoli Int. Publications, 1998 5
Modulo 3 : 1ª parte Exemplo 3 Laboratories and Corporate Facility for PA Technology, Princeton, New Jersey, Richard Rogers Partnership, 1984 Figura exemplo 3a Figura exemplo 3b Fonte: DAVIES, Colin, High Tech Architecture, Rizzoli Int. Publications, 1998 Exemplo 4 Sainsbury Center for the Visual Arts, University of New Anglia, Norwich Foster Associates, 1977 Figura exemplo 4a Fonte: DAVIES, Colin, High Tech Architecture, Rizzoli Int. Publications, 1998 6
Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Exemplo 5 Warehouse and Distribution Center Renault, Swindon, Wiltshire Foster Associates, 1983 Figura exemplo 5a Figura exemplo 5b Fonte: DAVIES, Colin, High Tech Architecture, Rizzoli Int. Publications, 1998 Figura exemplo 5c Exemplo 6 Aeroporto de Hamburgo Gerkan, Marg und Partner Architects Figura exemplo 6a 7
Modulo 3 : 1ª parte Figura exemplo 6b Fonte: GMP Architects Exemplo 7 Aeroporto de Stuttgart Gerkan, Marg und Partner Architects Figura exemplo 7a 8
Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Figura exemplo 7b Figura exemplo 7c Figura exemplo 7d Fonte: GMP Architects Exemplo 8 Estudo para Aeroporto de Colonia, Alemanha Murphy / Jahn Architects Figura exemplo 8 Fonte: CERVER, Francisco Asensio, La Arquitectura de Aeropuertos e Estaciones, Espanha, Edição do Autor, 1977 9
Modulo 3 : 1ª parte Exemplo 9 Módulo de transferência do Aeroporto Charles De Gaulle, Paul Andreu e Jean Marie Duthilleul Figura exemplo 9a Figura exemplo 9b Fonte: CERVER, Francisco Asensio, La Arquitectura de Aeropuertos e Estaciones, Espanha, Edição do Autor, 1977 Exemplo 10 Estação do Metro de Venissieux Parilly Jourda e Ferradin Figura exemplo 10 Fonte: CERVER, Francisco Asensio, La Arquitectura de Aeropuertos e Estaciones, Espanha, Edição do Autor, 1977 10
Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Tipos de perfis utilizados em treliças As treliças que compõem a estrutura horizontal podem ser compostas dos mais diversos perfis. Para vãos até 20 m, de forma a torná-la mais leve, são utilizados, nos banzos, perfis U de chapa do- brada, e cantoneiras de chapas dobradas ou laminadas para as barras dos montantes e diagonais. Para vão maiores, ou quando a arquitetura exigir podem ser usados tubos de seção quadrada ou retangular, para os banzos, montantes e diagonais. Treliças Banzos Montantes e Diagonais Vãos até 20m perfis U de chapa dobrada cantoneiras de chapas dobradas ou laminadas Vãos > 20m tubos de seção quadrada ou retangular tubos de seção quadrada ou retangular Algumas soluções arquitetônicas solicitam, também, tubos de seção circular. Entretanto, esta solução dificulta muito a confecção dos nós. Em casos extremos podem ser usados para essas barras perfis I ou H laminados ou soldados. No caso de estrutura horizontal composta por arco, a solução mais indicada é a de arcos treliçados apenas com diagonais e sem montantes. Do ponto de vista do comportamento estrutural os arcos podem ser bi-articulados ou tri-articulados. Apesar de ser mais fácil de dimensioná-los, pois são isostáticos, os tri-articulados são menos usados que os bi-articulados. Isso se deve a maior dificuldade de se executar a articulação central. As barras que compõem os arcos treliçados são U de chapa dobrada, calandrados, para os banzos, e cantoneiras de chapas dobradas ou laminadas para as diagonais. Ainda podem ser usados, independentemente do vão, perfis tubulares de seção quadrada, retangular ou circular. Arcos treliçados Banzos Diagonais Para qualquer vão U de chapa dobrada, calandrados cantoneiras de chapas dobradas ou laminadas Perfis tubulares calandrados Perfis tubulares Figura 31a 11
Modulo 3 : 1ª parte Figura 31b 3.2.2. Estrutura Vertical Vídeo 32 Elemento Vertical : o Pilar assista on-line A estrutura vertical, representada pelos pilares, é, normalmente, composta de treliça de banzos paralelos. Nela, como no caso da estrutura horizontal, são usados perfil U de chapa dobrada nos banzos e cantoneiras de chapa dobrada ou laminadas nas diagonais e montantes. Para pequenas alturas, que não ultrapassem a 6 m, os pilares podem ser constituídos apenas por um perfil I ou H, laminados ou soldados, ou mesmo um perfil tubular. Estrutura vertical Alturas até 6,0 m Pilares perfil I ou H, laminados ou soldados, ou perfil tubular Apesar de ser uma solução mais pesada que o sistema treliçado, o menor consumo de mão de obra, no caso de pequenas alturas, torna a solução de perfil de alma cheia mais interessante, tanto do ponto de vista de execução, como também econômico. Atenção! Não se deve esquecer que, apesar de estruturalmente os perfis tubulares serem muito interessantes, deve-se estar atento às questões de deterioração, que nestes perfis ocorre de dentro para fora, não permitindo visualizá-la com facilidade. Alturas > 6,0m Perfis compostos 3.3. O Efeito do Vento na Estrutura Principal Vídeo 33 Os esforços devidos ao Vento Vídeo 34 Ligação da cobertura com os pilares assista on-line assista on-line Além das cargas verticais de peso próprio e dos elementos de vedação e equipamentos, a estrutura principal do galpão tem como carga significativa o efeito do vento. Na porção horizontal da estrutura principal, o vento pode provocar pressões e sucções, dependendo de sua forma. Esses esforços são transmitidos à estrutura vertical, os pilares, como forças verticais e horizontais. Os pilares, além dessas forças recebem, também, e em maior intensidade, as forças horizontais dos ventos, que incidem nos fechamentos laterais. 12
Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Vãos até 15 m Em galpões com vãos pequenos, de até 15 m e pés direitos baixos de até 4 m, os esforços devidos ao vento são, normalmente, absorvidos apenas pelos pilares. Neste caso, considera-se a estrutura hori- zontal simplesmente apoiada nos pilares, tornandose o sistema um composto de vigas articuladas sobre pilares engastados na base. Figura 34 Figura 35 Vãos e pés direitos maiores Para vãos e pés direitos maiores tornam-se mais interessante, do ponto de vista econômico, criar uma rigidez na ligação entre vigas e pilares, tornando o conjunto um pórtico, que pode ser bi-engastado ou bi-articulado na sua base. Pórticos com apoios articulados Quando se opta por pórticos com apoios articulados, a forma do pórtico deve corresponder a essa intenção, ou seja, as bases devem ser mais finas que o restante, para que se consiga se aproximar de uma articulação. A opção por uma ou outra solução depende das intenções de projeto, seja do ponto de vista estrutural como do arquitetônico. Figura 36 Figura 37 13
Modulo 3 : 1ª parte Do ponto de vista estrutural, a opção por pórtico biengastado, bi-articulado e tri-articulado têm implicação nas suas dimensões e consumo de material. Partindo-se da premissa de que quanto mais hiperestática for a estrutura, menores serão os esforços máximos desenvolvidos, e também mais segura ela será, conclui-se que os pórticos bi-engastados serão mais leves, mais seguros e mais econômicos. No entanto não se deve esquecer que ao engastar o pórtico na base, estar-se-á transmitindo maiores esforços na fundação, ou seja, criando momento fletor, além das cargas verticais e horizontais. Portanto a questão da fundação deve ser levada em conta no momento da escolha do sistema estrutural. a) Esforços na fundação de pórticos bi engastados Figura 38a O pórtico tri-articulado pode ser escolhido como facilitador do processo construtivo, pois ele pode ser fabricado em duas partes e facilmente montado no canteiro. b) Pórtico Triarticulado Figura 38b 3.4. Estrutura secundária de apoio das telhas Vídeo 35 As estruturas secundárias assista on-line Vídeo 36 Terças assista on-line Atualmente, as telhas mais usadas para galpões são metálicas, por sua praticidade e leveza. Quando se necessita de isolação acústica e térmica, as telhas metálicas usadas são as denominadas telhas sanduiche. Estas telhas são duplas, com uma camada de material isolante entre elas (normalmente poliestireno ou poliuretano). A seguir apresentamos diversos exemplos de coberturas Foto 13 Cobertura em telha de aço isotérmica para aviário. Fonte: Isoeste 14
Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Foto 14 Detalhe da telha isotérmica Fonte: Isoeste Foto 15 Colocação de telha pré-pintada isotérmica Fonte: Isoeste Foto 16 Colocação de telha de aço zipada vista da estrutura. Fonte: Isoeste Foto 17 - Colocação de telha de aço zipada (2) detalhe da manta de lã de rocha. Fonte: Isoeste Foto 18 Maquina de zipar telha Fonte: Isoeste Foto 19 Vista de telhado com telhas zipadas Fonte: Isoeste 15
Modulo 3 : 1ª parte Foto 20 Cobertura do Shopping Center Uberlandia em telhas zipada. Fonte: Isoeste Foto 21 - Cobertura curva em telha sanduiche Fonte: Sidnei Palatnik Foto 22 Marquise em telha multidobra Fonte: Isoeste Foto 23 Detalhe de telha multidobra Fonte: Isoeste Foto 24 Vista do interior de cobertura metálica com acabamento interno. Fonte: Isoeste Foto 25 Interior de cobertura curva Fonte: Sidnei Palatnik 16
Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Foto 26 Vista geral da Arena do Pan Fonte: Dagnese Foto 27 - Vista geral do Velodromo do Pan Fonte: Dagnese Foto 28 Pavilhão do Oktoberfest Fonte: Dagnese Foto 29 Shopping Flamboyant Goiânia Fonte: Isoeste Foto 30 Shopping Cuiabá Fonte: Isoeste Foto 31 Centro de distribuição da Ambev Fonte: Isoeste 17
Modulo 3 : 1ª parte As telhas são apoiadas em vigas, adequadamente espaçadas, denominadas terças. O espaçamento entre terças depende das características de resistência da telha. Para determinar esse espaçamento deve ser consultado, juntamente com o arquiteto, os catálogos das telhas. De qualquer forma, quando não houver restrições arquitetônicas, esses espaçamentos ficam, na grande maioria das vezes, entre 1,50 m e 2,00 m. O perfil usado para as terças depende do vão a ser vencido, que corresponde à distância entre os pórticos da estrutura principal. Também, na grande maioria das vezes, esses vãos não ultrapassam a 6,00 m, o que permite uma solução econômica para as terças, e podem ser usados perfis U de chapa dobrada ou laminados, sendo os primeiros mais leves. Para vãos maiores, entre 7 e 10 m, podem ser usados perfis I laminados ou soldados, que são sempre mais pesados que os de chapa dobrada, porém podem ser mais econômicos, pois evitam dobramentos especiais de chapas mais grossas. Para esses mesmos vãos podem ainda ser usadas treliças de banzos paralelos ou vigas vagonadas. Estrutura secundária de apoio das telhas metálicas Vãos até 6,0 m Vãos > 7m e <10 m perfis U de chapa dobrada ou laminados perfis I laminados ou soldados, treliças de banzos paralelos ou vigas vagonadas Lembrar que o peso das terças pode ser estimado por uma fórmula empírica: 0,6 x L (vão) em kgf/m2 de cobertura. Assim, uma terça de 6,0 m de vão deve pesar em torno de 0,6 x 6,0 = 3,6 kgf/m². O que é bastante grande em relação ao peso da estrutura principal, e que para um vão de 15,0 m pode ser estimada em 2 a 3 kgf/m2. Disso resulta que o vão escolhido para a terça pode influenciar, em muito, o peso total da estrutura, podendo tornar-se menos econômica. Figuras 39 a : 39d a) Terça em perfil U 18
Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 b) Terça em perfil I c) Terça em treliça 19
Modulo 3 : 1ª parte b) Terça em viga vagonada No módulo 4 apresentamos uma tabela de pesos de terças e estruturas principais, que pode servir de guia para a escolha dos vão das estruturas principal e secundária, principalmente na fase do projeto de arquitetura. Os perfis utilizados para as terças possuem boa resistência à flexão em relação ao seu eixo x-x, tendo uma resistência bem menor em relação eixo y-y. Como as coberturas são inclinadas, as terças também o serão, resultando disso que elas ficam submetidas à flexão em duas direções. Figura 40 Como em relação ao eixo y-y as terças apresentam baixa resistência, é necessário diminuir o vão a ser vencido nessa direção; é nesse instante que surgem as correntes. Estas correntes são uma espécie de tirantes que apóiam as terças na direção de menor resistência. As correntes devem ser fixadas em pontos rígidos da estrutura principal para poderem transmitir a estas os esforços naquela direção. Usa-se, para as correntes, um elemento bastante leve feito com uma barra circular rígida de ½. No caso da última terça, a que fica na cumeeira da cobertura, não há como ligá-la através do tirante formado pela corrente. Neste caso usa-se uma barra rígida, chamada de corrente rígida, composta por um perfil cantoneira, que apóia a terça na direção de sua menor resistência, transmitindo os esforços para a corrente normal. (figura 41) 20
Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Figura 41 3.5. Fechamentos Laterais Vídeo 37 Vedações assista on-line São diversas as possibilidades de fechamentos laterais, desde as alvenarias convencionais aos fechamentos com painéis pré-moldados de argamassa armada, dos painéis metálicos simples, aos painéis isotérmicos. Foto 32 Painél Isotérmico de fachada Fonte: Isoeste Foto 33 Fachada com composição de telha e painel de aço Fonte: Isoeste 21
Modulo 3 : 1ª parte Foto 34 Vista interna do fechamento de aço de galpão Fonte: Sidnei Palatnik Foto 35 Vista parcial da estrutura e do fechamento em telha de aço pré-pintada. Fonte: Isoeste Foto 36 Vista da edificação pronta Fonte: Isoeste Foto 37 Galpão com fechamento em telha de aço Fonte: Isoeste Foto 38 - Galpão com fechamento em painel isotérmico e telha de aço. Fonte: Isoeste Foto 39 Fechamento de fachada curva em telha de aço Fonte: Sidnei Palatnik 22
Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Foto 40 Fachada em painel isotérmico Fonte: Isoeste Foto 41 Fechamento em telha galvanizada Fonte: Sidnei Palatnik Foto 42 Fechamento em curva Fonte: Sidnei Palatnik Foto 43 - Fechamento em chapa perfurada de aço Fonte: Sidnei Palatnik Foto 44 Fechamento em painel arquitetônico prémoldado Fonte: Sidonio Porto Foto 45 Fechamento em painel arquitetônico prémoldado Fonte: Sidonio Porto 23
Modulo 3 : 1ª parte As soluções mais usadas, principalmente devido ao domínio da maioria dos construtores, são: - alvenaria de blocos de concreto - telhas metálicas trapezoidais - ou ainda, um misto dessas duas soluções. O principal carregamento que incide sobre as vedações é o do vento, principalmente nos fechamentos leves. Essas forças, dependendo da solução de fechamento, podem ou não ser transferidas para a estrutura do galpão. No caso do uso de alvenaria de bloco, especial atenção deve ser dada as interfaces com a estrutura metálica, principalmente com os pilares. Uma solução muito interessante, quando possível, é simplesmente isolar as vedações da estrutura. Neste caso, as forças devidas ao vento sobre a alvenaria são absorvidas pela es- Foto 46 - Fechamento em painel arquitetônico prémoldado Fonte: Codeme trutura autoportante dos blocos estruturais. Quando as alvenarias são travadas nos pilares metálicos, deve ser dada especial atenção quando esses pilares forem treliçados; neste caso deve ser criado um Figura 50 No caso de fechamento com telhas metálicas ou de fibrocimento, deverá ser criada uma estrutura de apoio semelhante àquela da cobertura. Em lugar das terças, são usadas as longarinas. Essas peças são, de maneira geral, compostas por perfis U e em casos extremos de grandes vãos, de perfis I. Como nesta solução de fechamento o esforço preponderante é dado pelo vento, as longarinas devem ser posicionadas na direção que melhor absorva essas forças horizontais. Por isso os perfis das longarinas são dispostos com seu eixo y-y na horizontal. Nesta posição os perfis apresentam pouca resistência a cargas verticais, devidas ao peso do fechamento. Para diminuir os esforços de 24
Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 flexão nessa direção são usadas correntes, semelhantemente as das coberturas. Para minimizar o peso, as correntes são compostas de barras redon- das de ½. Entre as duas últimas longarinas superiores, as correntes devem ser rígidas pois sofrerão compressão. Figura 51 O dimensionamento das longarinas é feito considerando a flexão em duas direções: - verticais - e horizontais Atenção! É importante lembrar que na direção vertical o carregamento é devido ao peso do fechamento e o vão a ser considerado é aquele entre as correntes. Na direção horizontal o carregamento é aquele dado pelo vento, sendo o vão da longarina a distância entre os pilares. 25
Modulo 3 : 1ª parte 3.6. Contraventamentos Vídeo 38 Contraventamentos assista on-line O travamento da estrutura principal A estrutura principal necessita ser travada em alguns pontos, tendo em vista sua estabilidade fora do seu plano, seja devido ao carregamento do vento, seja por flambagem lateral das peças. No caso de coberturas com treliças, para cargas permanentes, ocorre compressão simples no seu banzo superior, o que pode provocar flambagem. Sabe-se que um dos fatores preponderantes no fenômeno da flambagem é o comprimento da peça (a capacidade da barra varia com o quadrado do seu comprimento), por isso as barras do banzo superior devem ser travadas fora do plano da treliça. Parte desse travamento é naturalmente dado pelas terças. No entanto, apenas elas não são suficientes, pois se o banzo superior se deslocar lateralmente ele empurrará as terças que, por sua vez, empurrarão as outras treliças. (Figura 42) Figura 42 3.6.1. O contraventamento horizontal Vídeo 39 Contraventamento Horizontal assista on-line Vídeo 40 Contraventamento Horizontal 2ª Parte assista on-line Essa força lateral oriunda do deslocamento lateral devido à flambagem deve ser encaminhada, por algum dispositivo para os apoios. Esse dispositivo é denominado contraventamento horizontal apesar de, na maioria das vezes, não estar no plano horizontal. O contraventamento horizontal é constituído das terças e barras em diagonais, formando uma espécie de treliça nos planos superiores da cobertura. Essa treliça se encarrega de levar as forças devidas à flambagem para os apoios. Como nunca se sabe se o deslocamento será para um lado ou para o outro, e para evitar que as diagonais trab- alhem a compressão, estas são dispostas em X. Assim para qualquer lado que tenda a ocorrer a flambagem, essas barras trabalharão, sempre, com forças de tração, o que diminui o peso das barras, e diminuindo o peso total da estrutura, tornando-a, portanto, mais econômica. Recomenda-se que o índice de esbeltez das diagonais do contraventamento seja no máximo igual a 300. Do ponto de vista prático, para comprimentos até 5m pode-se usar uma barra redonda de 16 mm de diâmetro. Para comprimentos maiores essas barras podem ser compostas de cantoneiras simples ou duplas. 26
Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Figura 43a Figura 43b A posição dos contraventamentos deve ser pensada de forma que garanta o adequado travamento das barras comprimidas e, também, a adequada transmissão das cargas horizontais do vento para os apoios da estrutura. Por isso, recomenda-se, empiricamente, que a distância entre esses contraventamentos não ultrapasse a 20 m. Pois, como as forças são transmitidas aos contraventamento pelas terças, se o comprimento da terça for muito longo, essa transmissão se torna ineficiente, pois a terça tende a se deformar muito, antes de transmitir o esforço ao contraventamento. Figura 44 27
Modulo 3 : 1ª parte Figura 44 Para absorção das forças de vento devem ser previstos contraventamentos horizontais nas bordas da cobertura. Figura 45 3.6.2. O contraventamento Vertical Vídeo 41 Contraventamento Vertical assista on-line Recomenda-se, ainda, para maior estabilidade global da estrutura que se preveja contraventamentos verticais entre treliças, a cada 10 m. Esses contraventamentos são formados pelas terças e barras em diagonais. Especial atenção deve ser dada no caso do vento provocar forças de sucção na estrutura maiores que as das cargas permanentes, pois isso pode inverter os esforços nos banzos inferiores, provocando nestes, compressão simples. Neste caso deve ser pensada uma forma de travamento dessas barras. Isso é feito, normalmente, com mãos francesas que transmitem os esforços para as terças e que, por sua vez, os transmitem para os contraventamentos horizontais. Figura 46 28
Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 As forças devidas à tendência de flambagem na estrutura principal e as devidas ao vento são transferidas, através dos contraventamentos horizontais para o topo dos pilares. Essas forças não devem ser absorvidas pelos pilares para não aumentar seus esforços. Para transferi-las para as fundações são criados os contraventamentos verticais entre pilares. O mais econômico desses contraventamentos é o X, pois qualquer que seja o sentido das forças transmitidas pelo contraventamento horizontal, as barras do contraventamento vertical trabalharão a tração, diminuindo seu peso. Figura 47 Os perfis usados para o contraventamento vertical são do mesmo tipo do contraventamento horizontal. Ou seja, dependendo do seu comprimento podem ser compostos de barras redondas de 5/8 ou cantoneiras simples, ou ainda compostas. Quando as diagonais do contraventamento vertical interferirem na circulação, pode ser usada outra alternativa que não o X, usando pórticos treliçados ou não. Figura 49 29
Modulo 3 : 1ª parte 3.6.3. Contraventamentos em Coberturas em Arco Vídeo Contraventamento de coberturas em Arco assista on-line No caso de coberturas em arco, nas quais as barras dos banzos sofrem, concomitantemente, compressão axial, ambas devem ser travadas para efeito da flambagem. Isso leva à necessidade de se usar mãos francesas no banzo inferior para que as forças horizontais, devido à flambagem, possam ser encaminhadas para os contraventamentos horizontais. Figura 46 Foto 47 Detalhe de travamento treliças em arco Fonte: Sidnei Palatnik Exemplos Fotográficos de contraventamentos Foto 48 Detalhe de contraventamento horizontal Fonte: Yopanan Rebello Foto 49 Contraventamento Horizontal Fonte: Dagnese 30
Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Foto 50 Contraventamento horizontal Fonte: Isoeste Foto 51 Contraventamento horizontal e viga vagão Fonte: Sidnei Palatnik Foto 52 Detalhe de contraventamento vertical Fonte: Sidnei Palatnik Foto 53 Detalhe de contraventamento vertical Fonte: Sidnei Palatnik Foto 54 Detalhe de contraventamento vertical Fonte: Sidnei Palatnik 31
Modulo 3 : 1ª parte Foto 55 Detalhe de contraventamento vertical Fonte: Sidnei Palatnik Foto 56 Detalhe de contraventamento vertical Fonte: Isoeste Foto 57 Detalhe de contraventamento horizontal e vertical Fonte: Isoeste 3.7. Sistemas em Shed Vídeo 43 Estruturas de cobertura em Shed assista on-line Em grandes espaços onde a questão da ventilação e iluminação são fatores importantes, pode-se usar uma composição estrutural especial denominada shed, palavra inglesa derivada de shade (sombra), que significa galpão, cobertura, telheiro, etc. O shed tem a característica de apresentar como estrutura principal portante dois sistemas estruturais: O sistema secundário, em função do seu vão, pode ser composto de tesouras treliçadas, vigas de alma cheia ou vigas vagonadas. Para vãos até 10 m, por maior facilidade de execução, pode-se usar vigas de alma cheia, para vão maiores recomenda-se o uso de vigas vagonadas ou tesouras treliçadas. a) um secundário, em uma água, e b) um principal, que vence o vão entre pilares. 32
Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Sistema em Shed Vãos até 10 m Vãos > 10 m Recomendação de uso vigas de alma cheia vigas vagonadas ou tesouras treliçadas O sistema principal, denominado Viga Mestra, por vencer grandes vãos é, normalmente, composto por vigas treliçadas de banzos paralelos. É na Viga Mestra que são fixados os elementos de iluminação e ventilação do ambiente do galpão. Atenção! Apesar de ser matéria conhecida, é bom lembrar que as aberturas do shed, no nosso hemisfério, devem ser voltadas para o sul, evitando-se com isso a incidência direta de raios solares, diminuindo o ofuscamento e excesso de temperatura. Figura 32 33
Modulo 3 : 1ª parte Figura 33a Figura 33b 34
Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 3.8. Comparação entre as soluções de galpão mais comuns (vão = 15,0 m) Vídeo 44 Comparação entre soluções assista on-line Foram analisadas as seguintes situações: 1. Galpão de 2 águas com distância entre pilares de 5,0 m. 2. Galpão de 2 águas com distância entre pilares de 7,5 m. 3. Galpão de 2 águas com distância entre pilares de 10,0 m. 4. Galpão de cobertura em arco com distância entre pilares de 5,0 m. 5. Galpão de cobertura em arco com distância entre pilares de 7,5 m. 6.Galpão de cobertura em arco com distância entre pilares de 10,0 m. Para ajudar na escolha mais adequada da solução estrutural para um determinado galpão, vamos fazer uma comparação em termos de peso resultante de uma estrutura de um galpão cujo vão é de 15 m, e a estrutura principal que pode ser em treliça de duas águas ou em arco. Vamos ainda fazer a variação da distância entre a estrutura principal de 5m, 7,5m e 10m, para que possamos avaliar a influência de soluções de terças no peso da estrutura. Para as terças podemos usar três tipos de solução: Para vão de 5 m usamos a terça convencional de perfil U. Para vão de 7,5m e 10m usamos o perfil U, treliças e também viga-vagão. Figura 52 35
Modulo 3 : 1ª parte 3.8.1. Tabelas Comparativas 3.8.1.1. Terças TIPO ESTRUTURAL VÃO (M) PESO (KGF/M2) ALMA CHEIA 5,0 3,6 ALMA CHEIA 7,5 4,6 ALMA CHEIA 10,0 7,2 TRELIÇA DE BANZOS // 5,0 - TRELIÇA DE BANZOS // 7,5 2,7 TRELIÇA DE BANZOS // 10,0 3,8 VIGA VAGÃO 5,0 - VIGA VAGÃO 7,5 4,8 VIGA VAGÃO 10,0 5,5 3.8.1.2. Estrutura Principal em Arco DISTÂNCIA ENTRE ESTRUTURA PRINCIPAL PESO (KGF/M2) 5,0 2,7 7,5 2,5 10,0 2,2 3.8.1.3. Estrutura Principal em Treliças de duas Águas DISTÂNCIA ENTRE ESTRUTURA PRINCIPAL PESO (KGF/M2) 5,0 3,9 7,5 3,4 10,0 3,4 3.8.1.3. Tabela Resumo ASSOCIAÇÃO DISTÂNCIA ENTRE ESTRUTURA PRINCIPAL PESO (KGF/M2) ARCO + TERÇA DE ALMA CHEIA 5,0 6,3 ARCO + TERÇA DE ALMA CHEIA 7,5 7,1 ARCO + TERÇA DE ALMA CHEIA 10,0 9,4 ARCO + TERÇA TRELIÇADA 7,5 5,2 ARCO + TERÇA TRELIÇADA 10,0 6,0 ARCO + TERÇA VAGONADA 7,5 7,3 ARCO + TERÇA VAGONADA 10,0 7,7 TRELIÇA + TERÇA DE ALMA CHEIA 5,0 7,5 TRELIÇA + TERÇA DE ALMA CHEIA 7,5 8,0 TRELIÇA + TERÇA DE ALMA CHEIA 10,0 10,6 TRELIÇA + TERÇA TRELIÇADA 7,5 6,1 TRELIÇA + TERÇA TRELIÇADA 10,0 7,2 TRELIÇA + TERÇA VAGONADA 7,5 8,2 TRELIÇA + TERÇA VAGONADA 10,0 8,9 36
Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 3.8.1.4. Conclusões Os resultados do dimensionamento dessas situações nos levam a algumas conclusões: - O uso do arco resulta em soluções mais econômicas - O vão mais econômico para as terças é de 5,0 m - Para distância entre estrutura principal de 5,0 m, a solução mais econômica é o arco com terças de alma cheia em perfil U. A partir de 6m as terças em treliça são as mais indicadas. - Para distância entre estrutura principal de 7,5 m, a solução mais leve é a do arco com terças em treliça. Para essa distância a solução em terça treliçada resulta melhor. Em segundo lugar vem a solução de viga principal em treliça de duas águas e as terças também em treliças. Assim sendo, o uso de terças treliçadas para o vão de 7,5m é a solução mais leve. - Para distância entre estrutura principal de 10,0 m, a solução mais leve é, também, a do arco com terças em treliça - As terças vagonadas resultam em estruturas 15% % mais pesadas se comparadas com as terças treliçadas. 3.9. Galpões com Ponte Rolante Vídeo 5 Galpão com Ponte Rolante assista on-line Galpões com ponte rolante As chamadas pontes rolantes são equipamentos que servem para movimentação de cargas dentro do galpão. As pontes são constituídas por uma viga que vence o vão do galpão e sobre a qual se desloca um carro que sustenta o gancho que erguerá a carga a ser movimentada. As pontes rolantes são industrializadas por empresas especializadas e são fornecidas para diversos vãos e carregamentos. A ponte rolante se desloca longitudinalmente sobre uma viga metálica denominada viga de rolamento, a qual se apóia sobre os mesmos pilares do pórtico principal do galpão. Figura 53 37
Modulo 3 : 1ª parte A ponte rolante aplica sobre a viga de rolamento tanto forças verticais como horizontais transversais e longitudinais. As forças horizontais transversais sobre a viga de rolamento são absorvidas por uma treliça horizontal locada ao nível da mesa superior da viga de rolamento, o que faz com que essa carga seja transmitida por essa treliça diretamente aos pilares do pórtico. As forças verticais são as reações da carga sustentada pela ponte rolante. Neste caso as cargas devem ser acrescidas do efeito dinâmico devido ao movimento da ponte. As cargas horizontais são devidas às frenagens, as transversais devidas à frenagem do carro e a longitudinal devida à frenagem da própria ponte. Essas cargas são estabelecidas por norma e não recebem acréscimo de efeitos dinâmicos. Figura 54 L= largura variável de acordo com o vão de carga RHT = absorvido pelo pilar RHL = absorvido pelo contraventamento vertical Todas as cargas devidas à ponte rolantes são transmitidas ao pilares, aumentando a solicitação. Normalmente as cargas horizontais longitudinais são absorvidas por contraventamentos verticais. A frenagem transversal é absorvida pelo pilar o que faz com que suas dimensões sejam aumentadas em relação aos carregamentos normais de um galpão. Com isso os pilares dos pórticos passam a apresentar dimensões variáveis, com seção mais robusta até o nível da ponte rolante e menor daí até a cobertura. Figura 55 Figura 56 Devido às grandes cargas que suportam e ao vão que vencem, as vigas de rolamento apresentam grande altura e são normalmente executadas em perfil de chapas soldadas. Dependendo do tipo e capacidade das pontes rolantes, são exigidas medidas especiais, necessárias para o bom desempenho do equipamento e que deverão ser rigorosamente seguidas pelo projeto de arquitetura. Em vista disso, recomenda-se que sejam cuidadosamente consultados os catálogos dos fabricantes das pontes para obtenção dessas medidas. 38