Embed Size (px)
DESCRIPTION
Dimensionamento de tesouras metálicas
Citation preview
CENTRO EDUCACIONAL DA
FUNDAÇÃO EDUCACIONAL DE BARRETOS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
A INFLUÊNCIA DO MODELO ESTRUTURAL
NO CUSTO FINAL DA OBRA
DAVID ROBERTO STOQUE
Barretos - SP
2012
ii
CENTRO EDUCACIONAL DA
FUNDAÇÃO EDUCACIONAL DE BARRETOS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
A INFLUÊNCIA DO MODELO ESTRUTURAL
NO CUSTO FINAL DA OBRA
Monografia apresentada como exigência
parcial para obtenção do título de
bacharel em Engenharia Civil do Centro
Universitário da Fundação Educacional
de Barretos - UNIFEB.
Orientação: Prof. Carlos Eduardo Gomes
da Silva
Barretos - SP
2012
ii
Stoque, Roberto David.
A influência do modelo estrutural no custo final da obra.David
Roberto Stoque. Barretos, 2012.
65p.
Orientador: Carlos Eduardo Gomes da Silva
Trabalho de Conclusão de Curso, Curso de Engenharia Civil, Centro
Universitário da Fundação Educacional de Barretos, UNIFEB.
1. Pilar de concreto. 2. Pré-moldado. 3. Tesoura metálica
iii
FOLHA DE APROVAÇÃO
CENTRO UNIVERSITÁRIO DA
FUNDAÇÃO EDUCACIONAL DE BARRETOS
Autor (a) do Trabalho:David Roberto Stoque
Título do Trabalho:A influência do modelo estrutural no custo final da obra
Monografia de Trabalho de Conclusão de Curso apresentada como exigênciaparcialparaa
obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil do Centro Universitário da
Fundação Educacional de Barretos (UNIFEB)
Data da Aprovação: __/__/__
BANCA EXAMINADORA
_________________________
Prof. Carlos Eduardo Gomes da Silva
Orientador
_________________________
Prof. Adhemar Watanuki Filho
Convidado
_________________________
Prof. Marco Antonio Pastore
Convidado
iv
DEDICATÓRIA
DEDICO ESTE TRABALHO
ESPECIALMENTE A MINHA MÃE QUE SEMPRE
TRABALHOU MUITO PARA GARANTIR MEUS
ESTUDOS.
v
EPÍGRAFE
“NÃO É QUEM EU SOU POR DENTRO E SIM, O
QUE EU FAÇO QUE ME DEFINE.” Batman Begins
vi
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao Professor Carlos Eduardo Gomes da Silva pela orientação e aos
professores Marco Antonio Pastore e Adhemar Watanuki Filho pelas valiosas contribuições à
realização deste trabalho e a todos os professores que de alguma forma participaram da minha
formação profissional.
.
vii
SUMÁRIO
FOLHA DE APROVAÇÃO ................................................................................................................................ iii
DEDICATÓRIA ................................................................................................................................................... iv
EPÍGRAFE ............................................................................................................................................................ v
AGRADECIMENTOS ......................................................................................................................................... vi
SUMÁRIO ............................................................................................................................................................ vii
LISTA DE ABREVEATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS ............................................................................... viii
LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................................................... x
LISTA DE TABELAS .......................................................................................................................................... xi
RESUMO ............................................................................................................................................................. xii
ABSTRACT ........................................................................................................................................................ xiii
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................................................. 1
2. OBJETIVO ........................................................................................................................................................ 3
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................................................................... 3
3.1 – Concreto Armado....................................................................................................................................... 4 3.2 – Estruturas Metálicas ................................................................................................................................... 4 3.3 – Produtos Siderúrgicos ................................................................................................................................ 5
3.3.1 – Perfis .................................................................................................................................................. 5 3.3.2 – Barras ................................................................................................................................................ 6 3.3.3 – Chapas ............................................................................................................................................... 7
3.4 – Produtos Metalúrgicos ............................................................................................................................... 7
4. METODOLOGIA ............................................................................................................................................. 9
4.1 – Situação 1: Tesoura metálica em Perfil Dobrado ..................................................................................... 17 4.2 – Terças metálicas....................................................................................................................................... 23 4.3 – Situação 2: Tesoura metálica em Perfil Laminado .................................................................................. 24 4.4 – Pilares em Concreto Armado ................................................................................................................... 31 4.5 – Orçamento ............................................................................................................................................... 40 4.6 - Custo ........................................................................................................................................................ 42
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................................................................... 44
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS .......................................................................................................................... 45
7. REFERÊNCIAS BIBLOGRAFÍCAS ............................................................................................................ 46
viii
LISTA DE ABREVEATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS
°C Graus Celsius
λ Indice de esbeltez
2L Duas cantoneiras
3D Três dimensões
Ac Área da seção transversal
Ai Área de influência
Am Americano
Asmin Armadura mínima
B Base
Ce Coeficiente de forma da edificação
CF Chapa fina
CSN
Companhia Siderúrgica Nacional
Excentricidade de primeira ordem
Excentricidade de segunda ordem
Excentricidade acidental
Excentricidade mínima
Somatória das excentricidades
fcd Resistência de dimensionamento a compressão
Fck Resistência a compressão característica
Flim Deslocamento limite
Fmax Deslocamento máximo
H Altura
i Raio de giração
Kg/m² Quilograma por metro quadrado
Kg/tesoura Quilograma por tesoura
kgf Quilograma força
kgf/m Quilograma força por metro
kgf/m² Quilograma força por metro quadrado
L Largura
L' Altura real da peça
Le Comprimento de flambagem
lt Afastamento entre terças
LT Espaçamentos entre pórticos
m Metro
m/s Metro por segundo
m² Metro quadrado
m²/jogo Metro quadrado por jogo de fôrma
m²/pilar Metro quadrado por pilar
ix
Mdo Mão de obra
Me2 Momento da carga de compressão com excentricidade
mm Milímetros
Mp Momento fletor da carga permanente
MPA Megapascal
Mpd Momento fletor de cálculo da carga permanente
Mv Momento fletor do vento 90°
Mvd Momento fletor de cálculo do vento 90°
NBR Norma brasileira
Np Carga permanente de compressão
Nv Carga de compressão do vento 90°
p Pressão dinâmica
q Pressão estática
R$ Reais
S Segundo
S1 Fator topográfico
S2 Fator de rugosidade
S3 Fator estatístico
SP São Paulo
tf Tonelada força
tf.m Tonelada força por metro
Ue Perfil U enrijecido
V Volume
V' Força normal reduzida
V0
Máxima velocidade média medida em 3 s, que pode ser excedida em média
uma vez em 50 anos, a 10 m sobre o nível do terreno em lugar aberto e plano
Vk Velocidade característica
x
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Cantoneira de abas iguais. ..................................................................... Erro! Indicador não definido. Figura 2 – Cantoneira de abas desiguais. ............................................................................................................... 6 Figura 3 – Perfil H. ................................................................................................................................................. 6 Figura 4 – Perfil I. .................................................................................................................................................. 6 Figura 5 – Perfil T. ................................................................................................................................................. 6 Figura 6 – Perfil U. ................................................................................................................................................. 6 Figura 7 – Barra laminada redonda. ....................................................................................................................... 6 Figura 8 – Barra chata. ........................................................................................................................................... 6 Figura 9 – Tubo circular. ........................................................................................................................................ 7 Figura 10 – Tubo retangular ou quadrado. ............................................................................................................. 7 Figura 11 – Chapa em bobina. ................................................................................ Erro! Indicador não definido. Figura 12 – Chapa fina ou grossa. .......................................................................................................................... 7 Figura 13 – Cantoneira. .......................................................................................................................................... 7 Figura 14 – Perfil U, perfil canal ou perfil C. ......................................................................................................... 7 Figura 15 – Perfil U enrijecido. .............................................................................. Erro! Indicador não definido. Figura 16 – Perfil cartola. ....................................................................................................................................... 8 Figura 17 – Perfil Z. ............................................................................................................................................... 8 Figura 18 – Chapas trapezoidais. ............................................................................................................................ 8 Figura 19 – Tê soldado. .......................................................................................................................................... 8 Figura 20 – Duplo tê soldado. ................................................................................................................................ 8 Figura 21 – Tesoura em três dimensões, identificando cada peça da estrutura. ..................................................... 9 Figura 22 – Isopletas da velocidade básica .......................................................................................................... 11 Figura 23 – Esquema para cálculo da pressão do vento. ...................................................................................... 15 Figura 24 – Modelo estático da tesoura com perfis dobrados. ............................................................................. 18 Figura 25 – Indicação dos perfis selecionados após o cálculo de verificação. ..................................................... 19 Figura 26 – Indicação dos carregamentos nodais: permanente, sobrecarga, vento 0° e vento 90°. ...................... 20 Figura 27 – Indicação dos perfis verificados pelo programa. ............................................................................... 21 Figura 28 – Vista em 3D da tesoura. .................................................................................................................... 22 Figura 29 – Indicação das deformações máximas nos nós da tesoura. ................................................................. 23 Figura 30 – Cálculo e verificação das terças da cobertura com o perfil Ue 150 x 60 #2.65mm, CF 26. .............. 24 Figura 32 – Apresentação da tesoura em perfil laminado. ................................................................................... 25 Figura 33 – Verificação do banzo inferior............................................................................................................ 26 Figura 34 – Verificação do banzo superior. ......................................................................................................... 27 Figura 35 – Verificação da diagonal da extremidade. .......................................................................................... 28 Figura 36 – Verificação do montante. .................................................................................................................. 29 Figura 37 – Verificação do banzo inferior próximo a extremidade. ..................................................................... 30 Figura 38 – Análise do momento da combinação “Carga Permanente + Vento 90°”. ......................................... 32 Figura 39 – Análise da compressão da combinação “Permanente + Vento 90°”. ................................................ 33 Figura 40 – Apresentação dos esforços de momento fletor da carga permanente. ............................................... 34 Figura 41 – Apresentação dos esforços de compressão da carga permanente. ..................................................... 35 Figura 42 – Apresentação dos esforços de momento fletor do vento 90°. ........................................................... 36 Figura 43 – Apresentação dos esforços de compressão do vento 90°. ................................................................. 37 Figura 44 – Verificação da armadura no programa “OBLIQUA”. ....................................................................... 39
xi
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Fatores de rugosidade ......................................................................................................................... 12 Tabela 2 – Valores mínimos do fator estatístico S3 ............................................................................................. 13 Tabela 3 – Coeficientes de forma da edificação. .................................................................................................. 14 Tabela 4 – Valores da pressão estática na superfície da cobertura. ...................................................................... 15 Tabela 5 – Solicitações nodais finais do vento nas tesouras. ................................................................................ 15 Tabela 6 – Catálogo fornecido pela Eternit .......................................................................................................... 16 Tabela 7 – Orçamento do empreendimento com tesouras em perfis dobrados. .................................................... 41 Tabela 8 – Orçamento do empreendimento com tesouras em perfis laminados. .................................................. 41
xii
RESUMO
O sistema estrutural comumente utilizado em galpões de uso geral é resultado da associação
entre pilares de concreto armado, pré-moldados ou moldados no local, e traves constituídas
por tesouras metálicas, apoiadas ou parcialmente engastadas nos pilares. Este trabalho avaliou
a influência do modelo de ligação entre trave e pilares, como também a influência da rigidez
da trave metálica na distribuição dos esforços solicitantes e nos deslocamentos globais do
sistema estrutural. Os modelos foram analisados como pórticos planos, considerando pilar
engastado na fundação e no topo vinculado elasticamente á trave. A trave metálica em forma
de tesoura foianalisada considerando duas situações, a primeira formada por perfis laminados
e a segunda de perfis conformados a frio (chapa dobrado).
Palavras chaves: Pilar de concreto, pré-moldado, tesoura metálica.
xiii
ABSTRACT
The structural system commonly used in warehouses for general use is the result of the
association between concrete columns, precast or cast in place, and metal beams consist of
scissors, supported or partially imbedded in the pillars. This study aims to evaluate the
influence of the bonding between beam and pillars, as well as the influence of the stiffness of
metal beam in the distribution of strain and displacement in the global structural system. The
models analyzed as plane frames considering inlaid pillar in the foundation and top bound
elastically in the beam. The beam-shaped metal scissors will be analyzed considering two
scenarios, the first consisting of rolled profiles and the second consisting of profiles cold
formed (folded sheet).
Keywords: Pillar of precast concrete. metal scissors.
0
1
1. INTRODUÇÃO
Foi abordado neste trabalho uma estrutura mista de concreto e aço para um
galpão de dimensões 15,00 metros de largura por 30,00 metros de comprimento, com pilares
em concreto armado de 12,00 metros de altura, espaçados a cada 6,00 metros evinculados
lateralmente às tesouras metálicas.
Este galpão contém dois tipos de estruturas, pilares em concreto armado e
tesouras metálicas. No Brasil constantemente são usados esse tipo de modelo de estrutura,
pelo custo e pela rapidez na execução de fôrmas e armaduras, preço do concreto usinado,
fôrmas e aço, para execução dos pilares do galpão.
A estrutura metálica substitui as vigas protendidas que poderiam ser usadas
para estrutura da cobertura, estruturas de madeiras também podem ser usadasem cobertura
deste tipo, porém, como no presente trabalho o galpão tem fins industriais, podem-se haver
componentes que reagiriam com a madeira ocasionando suadeterioração, a madeira também
deve estar com sua umidade dentro das especificações, deve isolá-la de fatores climáticos para
evitar empenamento, prejudicando a estrutura da cobertura, podendo ainda causar acidentes.
Dois tipos de estruturas metálicas foram utilizados, apresentando a melhor
solução econômicae sem afetar capacidade de suporte.
- Tesoura metálica em perfis dobrados.
- Tesoura metálica em perfis laminados.
Os carregamentos considerados no estudo das tesouras são:
- Carga permanente: Peso próprio da tesoura, terças e telhas.
- Sobrecarga: Estimativa para suportar qualquer eventual manutenção, fatores meteorológicos.
- Vento 0°: Vento que incideperpendicularmenteá largura do galpão e provoca força de sucção
na superfície da cobertura.
- Vento 90°: Vento que incide perpendicular ao comprimento do galpão e provoca força de
sucção na superfície da cobertura.
2
Este trabalho mostra um modelo de estrutura viável e usual para este tipo de
edificação, foram analisados dois diferentes tipos de estruturas metálicas que podem ser
utilizados no galpão,levando-se em consideração os mesmos carregamentos. Dentre as
analises dos dois modelos estruturais, optou-se pelo modelo com menor custo e que suporte as
solicitações.
3
2. OBJETIVO
O objetivo deste trabalho foi apresentar a importância da execução de
planejamento, tendo em vista melhorar financeiramente e tambémmelhorar todos os processos
de construção de um empreendimento. O planejamento já é necessário nas pequenas e grandes
empresas, visando sempre à diminuição de custos, pois com o devido estudo sobre o que será
feito, não haverá perdas significativas, retrabalho, demolição e eventuais problemas.
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4
3.1 – Concreto Armado
Segundo Botelho, (2010), “os antigos utilizavam à larga a pedra como material
de construção, seja para edificar suas moradias, seja para construir fortificação, para vencer
vão de rios, ou para construir templos onde se recolhiam para tentar buscar o apoio de seus
deuses. Uma coisa ficou clara: a pedra era ótimo material de construção; era durável e resistia
bem a esforços de compressão (quando usada como pilares). Quando a pedra era usada como
viga para vencer vãos de médio porte (pontes, por exemplo), então surgiam forças de tração (
na parte inferior) e a pedra se rompia. Por causa disso, eram limitados os vãos que se podiam
vencer com vigas de pedra.”
Segundo Botelho, (2010), “Os romanos eram mestres na arte de construir
pontes de pedra em arco. Se não podiam usar vigas para vencer vãos maiores, usavam ao
máximo um estratagema, o uso de arcos, onde cada peça de pedra era estudada para só
trabalhar em compressão. Para se vencer grandes vãos, os antigos eram obrigados a usar
múltiplos arcos. Vê-se que essas eram limitações da construção em pedra.”
Conforme Botelho, (2010), “Quando o homem passou a usar concreto (que é
uma pedra artificial através de ligação pelo cimento, de pedra, areia e água), a limitação era a
mesma. As vigas de eixo reto eram limitadas no seu vão pelo esforço de tração máximo que
podiam suportar, tração essa que surgia no trecho inferior da viga.”
Segundo Botelho, (2010), “Em média, o concreto resiste à compressão dez
vezes mais que à tração. Uma idéia brotou: por que não usar uma mistura de material bom
para compressão na parte comprimida e um bom para tração na parte tracionada? Essa é a
idéia do concreto armado.”
3.2 – Estruturas Metálicas
Conforme Fonseca, (2005), “especificamente na área tecnológica da
construção civil, a utilização de elementos metálicos tem proporcionado rapidez e soluções
para sistemas estruturais em geral.”
Conforme Fonseca, (2005), “No caso do Brasil, é possível observar na
paisagem urbana o destaque existente das estruturas em aço. O aço, aliado a outros elementos
da construção civil, permite ampliar a plasticidade arquitetônica em várias situações de
projeto.”
5
Conforme Fonseca, (2005), “As estruturas metálicas têm indicadores de sua
utilização em escala industrial a partir de 1750. No Brasil, o início de sua fabricação foi no
ano de 1812, sendo que o grande avanço na fabricação de perfis em larga escala ocorreu com
a implantação das grandes siderúrgicas. Como exemplo, tem-se a Companhia Siderúrgica
Nacional - CSN, que começou a operar em 1946.”
Conforme Fonseca, (2005), “Como vantagens, é possível citar:
- Fabricação das estruturas com precisão milimétrica,
possibilitando um alto controle de qualidade no produto acabado;
- Garantia das dimensões e propriedades dos materiais;
- Material resistente a vibração e a choques;
- Possibilidade de execução de obras mais rápidas e limpas;
- Em caso de necessidade, possibilita a desmontagem das estruturas
e sua posterior montagem em outro local;
- Alta resistência estrutural, possibilitando a execução de estruturas
leves para vencer grandes vãos;
- Possibilidade de reaproveitamento dos materiais em estoque, ou
mesmo, sobras de obras.
Conforme mesmo autor, como desvantagem, é possível citar:
- Limitação de execução em fábrica, em função do transporte até o
local de sua montagem final;
- Necessidade de tratamento superficial das peças contra oxidação,
devido ao contato com o ar atmosférico;
- Necessidade de mão-de-obra e equipamentos especializados para
sua fabricação e montagem;
- Limitação de fornecimento de perfis estruturais.”
3.3 – Produtos Siderúrgicos
3.3.1 – Perfis
Os perfis mais utilizados e conhecidos são:
6
Figura 1 – Cantoneira de abas iguais. (Fonte: Fonseca, 2012).
Figura 2 – Cantoneira de abas desiguais. (Fonte: Fonseca, 2012).
Figura 3 – Perfil H. (Fonte: Fonseca, 2012).
Figura 4 – Perfil I. (Fonte: Fonseca, 2012).
Figura 5 – Perfil T. (Fonte: Fonseca, 2012).
Figura 6 – Perfil U. (Fonte: Fonseca, 2012).
Os perfis acima são usualmente usados para montagem de tesouras, pilares,
vigas.
3.3.2 – Barras
Figura 7 – Barra laminada redonda. (Fonte: Fonseca, 2012).
Figura 8 – Barra chata. (Fonte: Fonseca, 2012).
7
Figura 9 – Tubo circular. (Fonte: Fonseca, 2012).
Figura 10 – Tubo retangular ou quadrado. (Fonte: Fonseca, 2012).
3.3.3 – Chapas
Figura 11 – Chapa em bobina. (Fonte: Fonseca, 2012).
Figura 12 – Chapa fina ou grossa. (Fonte: Fonseca, 2012).
Os produtos siderúrgicos são produzidos a quente.
3.4 – Produtos Metalúrgicos
Figura 13 – Cantoneira. (Fonte: Fonseca, 2012).
Figura 14 – Perfil U, perfil canal ou perfil C. (Fonte: Fonseca, 2012).
8
Figura 15 – Perfil U enrijecido. (Fonte: Fonseca, 2012).
Figura 16 – Perfil cartola. (Fonte: Fonseca, 2012).
Figura 17 – Perfil Z. (Fonte: Fonseca, 2012).
Figura 18 – Chapas trapezoidais. (Fonte: Fonseca, 2012).
Figura 19 – Tê soldado. (Fonte: Fonseca, 2012).
Figura 20 – Duplo tê soldado. (Fonte: Fonseca, 2012).
Produtos metalúrgicos são dobrados a frio.
Cada tesoura é formada principalmente por:
- Banzos: Conforme Estevam, (2011). “Define-se por banzo as travessas longitudinais de uma
tesoura estrutural de sustentação de telhados. Conforme a localização na estrutura treliçada,
denomina-se” banzo inferior" como sendo a travessa que sustenta e trava a parte de baixo da
estrutura, e "banzo superior", a travessa que sustenta e trava a parte de cima da estrutura.”.
- Montantes:“Costumam designar-se por perfis montantes as peças metálicas perfiladas que
são colocadas verticalmente em espaçamentos regulares, encastrados em canais ou raias nos
topos e fixos através de parafusos.”.
- Diagonais: Conforme Souza e Malite, (2005). “Barras responsáveis pela ligação entre
diversos planos são denominadas diagonais.”.
9
Figura 21 – Tesoura em três dimensões, identificando cada peça da estrutura.
4. METODOLOGIA
10
Este trabalho aborda um galpão com dimensões em planta de 15,00 x 30,00
metros e altura de 12,00 metros.Os pórticos, formados por dois pilares e uma tesoura, são
espaçados de 6,00 metros, os pilares serão de concreto armado com dimensões 40 x 70
centímetros e engastados na base, a tesoura será vinculada elasticamente nos pilares,
transmitindo esforços normais, cortantes e fletores. A inclinação da cobertura considerada
10% para o uso de telhas de aço e fechamento lateraltambém em telhas de aço.
Serão analisadas duas situações, uma com a treliça utilizando perfis laminados
e outra utilizando perfis de chapas conformadas a frio (chapas dobradas).
Para o cálculo estático e dimensionamento do pórticofoi utilizado o programa,
“Metálicas 3D”. O dimensionamento está de acordo com as normas NBR 6118/2003 –
“Projetos de estruturas de concreto – Procedimento”, NBR 8800/2008 – “Projetosde
estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios” e NBR 14762/2010 –
“Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formandos a frio”.
Para a consideração das solicitações de vento, o galpão estará localizado na
região de Jaboticabal, interior de São Paulo, onde pode ser considerada a velocidade básica do
vento em Vo=35m/s, conforme mostra o mapa das isopletas na Figura 22.
Conforme NBR 6123/1988, o fator topográfico S1 leva em consideração as
variações do relevo do terreno e para este caso pode ser considerado:
a) Terreno plano ou fracamente acidentado: S1 = 1,0”.
11
Figura 22 – Isopletas da velocidade básica (Fonte: NBR 6123, 1988).
O fator de rugosidade S2, são levados em consideração dois items:
“Categoria IV: Terrenos cobertos por obstáculos numerosos e pouco espaçados, em
zonaflorestal, industrial ou urbanizada. Exemplos:
- zonas de parques e bosques com muitas árvores;
12
- cidades pequenas e seus arredores;
- subúrbios densamente construídos de grandes cidades;
- áreas indústriais plena ou parcialmente desenvolvida.
A cota média do topo dos obstáculos foi considerada igual a 10 m.
Esta categoria também inclui zonas com obstáculos maiores e que ainda não possam ser
consideradas na categoria V.”
E “Classe B: Toda edificação ou parte de edificação para a qual a maior dimensão horizontal
ou vertical da superfície frontal esteja entre 20 m e 50 m.”
Tabela 1 – Fatores de rugosidade
(Fonte: NBR 6123, 1988).
E o fator estatístico S3, dado na tabela 2.
13
Tabela 2 – Valores mínimos do fator estatístico S3
(Fonte: NBR 6123, 1988).
Segundo a NBR 6123/1988: o cálculo da velocidade característica é dada por:
𝑉𝑘 = 𝑉𝑜 .𝑆1. 𝑆2. 𝑆3 = 35 . 1,0 . 0,88 . 1,0 = 30,8𝑚
𝑠
Pressão dinâmica:
𝑞 = 0,613.𝑉𝑘2 = 0,613 . 30,82 = 581,5
𝑁
𝑚2 ≡ 58
𝑘𝑔𝑓
𝑚²
Pressão Estática:
𝑝 = 𝐶𝑒 . 𝑞 𝑘𝑔𝑓
𝑚2
Onde:
p = Pressão estática;
q = Pressão dinâmica
Ce = Coeficiente de forma da edificação, dado na Tabela 3
14
Tabela 3 – Coeficientes de forma da edificação.
(Fonte: NBR 6123, 1988).
Os valores de 𝐶𝑒 grifados na Tabela 3 correspondem à situação do projeto analisado, para a
determinação da pressão estática.
15
Figura 23 – Esquema para cálculo da pressão do vento. (Fonte: NBR 6123,1988).
Tabela 4 – Resultado dos valores calculados para a pressão estática na superfície da
cobertura.
A influência da ação do vento nos nós da tesoura foi determinada pelo método
das áreas de influência. A área de influência nodal dada pela expressão abaixo, resulta:
𝐴𝑖 = 𝑙𝑡 × 𝐿𝑇 = 1,5 × 6,0 = 9,0 𝑚2
Onde:
- Ai = Área de influência;
- lt = Afastamento entre terças;
- LT = Espaçamento entre pórticos.
Tabela 5 – Solicitações nodais finais do vento nas tesouras.
90° 0°
Θ Barlavento Sotavento
𝐴𝑖 9,0 𝑚² 9,0 𝑚² 9,0 𝑚²
p (𝑘𝑔𝑓
𝑚2 ) -63,8 -34,8 -46,4
P (𝑘𝑔𝑓) -574,2 -313,2 -417,6
90° 0°
Θ EF GH EG FH
10° -1,1 -0,6 -0,8 -0,6
p(𝑘𝑔𝑓
𝑚2 ) -63,8 -34,8 -46,4 -34,8
16
Telha metálica trapezoidal 25, espessura 0,5mm, com quatro apoios e vão entre
terças de 1,50 m,é capaz de suportar até 161𝑘𝑔𝑓
𝑚2 .
A solicitação característica máxima de aproximadamente 64𝑘𝑔𝑓
𝑚2 provocada
pela ação do vento é inferior á capacidade da telha escolhida e da sua condição de trabalho.
Tabela 6 – Catálogo fornecido pela Eternit
(Fonte: Catalogo técnico de telhas metálicas da Eternit).
Considerou-se no carregamento permanente as terças e telhas:
Terças = 6𝑘𝑔𝑓
𝑚× 6 𝑚 = 36 𝑘𝑔𝑓
Telhas = 5𝑘𝑔𝑓
𝑚2 × 9 𝑚² = 45 𝑘𝑔𝑓
O peso próprio da tesoura foi considerado diretamente pelo programa
“METÁLICA 3D”.
17
A carga nodal resultante da sobrecarga de 25kgf/m², conforme exige a NBR
8800:2008, é de:
Sobrecarga = 25𝑘𝑔𝑓
𝑚2 × 9 𝑚² = 225 𝑘𝑔𝑓.
A composição dos carregamentos atuantes em cada nó da tesoura, totaliza uma
carga de306 𝑘𝑔𝑓,exceto os nós de extremidade que são divididos por dois.
Foi modelado no programa apenas um pórtico plano formado pela tesoura
metálica e pelos pilares de concreto, abrangendo as duas situações propostas.
4.1 –Situação 1: Tesoura metálica em Perfil Dobrado
Com os carregamentos determinados anteriormente montou-se o modelo da
tesoura no programa "Metálicas 3D", conforme mostrado na Figura 24.
18
Figura 24 – Modelo estático da tesoura com perfis dobrados.
19
Figura 25 – Indicação dos perfis selecionados após o cálculo de verificação.
Descrição dos resultados da análise mostrados na Figura 25:
Perfil 𝐶 127 × 50 #2.65mm utilizados nos banzos e montantes de extremidade;
Perfil 2L 40 × 40 #3 mm utilizados nos montantes intermediários;
Perfil 2L 50 × 50 #3 mm utilizados nas diagonais;
Presilhas para enrijecimento das diagonais e montantes, 𝐿 25 × 25 #2 mm.
20
Figura 26 – Indicação dos carregamentos nodais: permanente, sobrecarga, vento 0° e vento 90°.
Permanente: 0,108 tf.
Sobrecarga: 0,225 tf e nas extremidades 0,127 tf.
Vento 0º: 0,420 tf.
Vento 90º: 0,540 tf.
21
Figura 27 – Indicação dos perfis verificados pelo programa.
22
Figura 28 – Vista em3D da tesoura.
23
Figura 29 – Indicação das deformações máximas nos nós da tesoura.
A máxima deformação vertical da tesoura mostrada na Figura 29 ocorre no nó
central e vale, fmáx = 6,2 mm, inferior ao valor limite fixado pela NBR 14762/2010, flim =
l
250 (mm).
O peso encontrado para a tesoura em chapa dobrada foi de 285 kgf.
4.2 – Terças metálicas
O cálculo das terças da cobertura foi realizado utilizando o mesmo programa e
resultou no perfil Ue150 × 60 #2.65mm, CF 26, dado na figura 30.
24
Figura 30 – Cálculo e verificação das terçasda cobertura com o perfil Ue 150 x 60 #2.65mm, CF 26.
Foram consideradas no cálculo das terças:
Carga de telhas: 0,009tf
m.
Sobrecarga: 0,0375tf
m.
Vento de sucção de 0,0957tf
m.
4.3 – Situação 2: Tesoura metálica em Perfil Laminado
Com as mesmas solicitações, montou-se o modelo da tesoura em perfil
laminado no mesmo programa, obteve-se os perfis. A verificação é dada pelas figuras abaixo.
25
Figura 32 – Apresentação da tesoura em perfil laminado.
26
Figura 33 – Verificação do banzo inferior.
27
Figura 34 – Verificação do banzo superior.
28
Figura 35 – Verificação da diagonal da extremidade.
29
Figura 36 – Verificação do montante.
30
Figura 37 – Verificação do banzo inferior próximo a extremidade.
Descrição dos resultados da análise:
Perfil U− Am 102 × 8,04 utilizados nos banzos e montantes de extremidade;
Perfil 2L 38 × 38 × 3,2mm utilizados nos montantes e diagonais;
Perfil 2L 44 × 44 × 4,8mm utilizados das diagonais da extremidade.
Os perfis utilizados estão com folga no cálculo, conforme NBR 8800/1986 NB
14, “A espessura mínima para peças estruturais situadas em meio ambiente não corrosivo, as
quais, em consequência, não exigem proteção contra corrosão, é de 3 mm.(Item 8.4.3.5)".
Resultando as tesouras de perfis laminados mais pesadas que as mesmas em
perfil dobrado.
31
Com os perfis já definidos, tem-se o peso de 391,63 quilogramas o modelo da tesoura de
perfil laminado.
4.4 – Pilares em Concreto Armado
Os pilares em concreto armado terão dimensões 40 x 70 cm, e altura 12,00
metros, serão engastados na base e no topo as tesouras serão elasticamente engastadas.
Os pilares serão concretados em quatro etapas, sendo cada uma com 3,00
metros de altura até a altura proposta de 12,00 metros. As armaduras dos pilares serão
contínuas ao longo da altura total do pilar. Deve-se aplicar, na superfície que entrará em
contato com o concreto, uma camada de desmoldante para quando houver a desfôrma, não
perder toda madeira plastificada.
A forma será de madeira plastificada para concreto aparente, e será quatro
etapas, como a da concretagem, serãousados dois jogos de fôrma, o primeiro jogo utiliza-se
nos três primeiros metros, depois de concretado monta-se o segundo jogo nos próximos três
metros, após sua concretagem, rebate-se o primeiro jogo de fôrma para os próximos três
metros e concreta-se, enfim rebate-se o segundo jogo de fôrma nos últimos três metros. Para
cada jogo de fôrma tem-se:
O pilar tem dimensões de 0,40 × 0,70, e altura de 12,00 metros, todas as
medidas estão em metros.
01 pilar = 0,40 + 0,70 = 1,10 × 2 = 2,20m
2,20m × 3,00m = 6,60m²
pilar
6,60m2
pilar× 12 pilares = 79,2m2
Sendo assim:
79,2m²
jogo× 2 jogos = 158,40m2
Para efeito de composição de custo,calcula-se aarmadura para os pilares em
concreto.
Ac = 2.800 cm²
𝑖 = 0,20 𝑐𝑚
32
Le = 1,8 × L′ = 21,60 metros
𝜆 = 𝐿𝑒
𝑖= 108
O resultado de 108 é superior ao exigido na NBR 6118/2003, para pilares
medianamente esbelto, porém a diferença não é tão significativa e os pilares foram
considerados medianamente esbeltos.
Com o uso do programa “STRAP”, identificou-se a combinação mais
significativa para os pilares. Conforme a figura 38.
Figura 38 – Análise do momento da combinação “Carga Permanente + Vento 90°”.
33
Figura 39 – Análise da compressão da combinação “Permanente + Vento 90°”.
Montaram-se os carregamentos separadamente, apresentando os esforços
para cada modelo de carregamento.
34
Figura 40 – Apresentação dos esforços de momento fletordevido acarga permanente.
35
Figura 41 – Apresentação dos esforços de compressão devido a carga permanente.
𝑀𝑔 = 1,06 𝑡𝑓.𝑚
𝑁𝑔 = 6,7 𝑡𝑓
36
Figura 42 – Apresentação dos esforços de momento fletor do vento 90°.
37
Figura 43 – Apresentação dos esforços de compressão devido ao vento 90°.
𝑀𝑣 = − 3,4 𝑡𝑓.𝑚
𝑁𝑣 = −2,56 𝑡𝑓
Majoram-se os esforços de momento fletor.
𝑀𝑔 = 1,06 𝑡𝑓.𝑚 × 1,4 → 𝑀𝑝𝑑 = 1,48 𝑡𝑓.𝑚
𝑀𝑑𝑒2 = 𝑁𝑑 × 𝑒2 → 𝑀𝑑𝑒2 = 2,26 𝑡𝑓.𝑚
𝑀𝑣 = − 3,4 𝑡𝑓.𝑚 × 1,4 → 𝑀𝑣𝑑 = − 4,76 𝑡𝑓.𝑚
Majoram-se os esforços de compressão e tração.
38
𝑁𝑔 = 6,7 𝑡𝑓 × 1,4 → 𝑁𝑝𝑑 = 9,38 𝑡𝑓
𝑁𝑣 = − 2,56 𝑡𝑓 × 1,4 → 𝑁𝑣𝑑 = − 3,58 𝑡𝑓
O peso próprio do pilar tem age como compressão.
𝑁𝑝𝑖𝑙𝑎𝑟 = 0,7 𝑡𝑓 × 1,4 → 𝑁𝑝𝑖𝑙𝑎𝑟𝑑 = 0,98 𝑡𝑓
O cálculo da excentricidade de segunda ordem édado pela expressão:
𝑒2 =5 × 𝐿𝑒2
(𝑉′+ 0,5) × = 33,33 𝑐𝑚
A excentricidade de primeira ordem é dada por:
𝑒1 = 𝑀𝑑
𝑁𝑑=
1,02
6,78= 0,15 𝑐𝑚
A excentricidade acidental é dada por:
𝑒𝑎 =
30= 2,33 𝑐𝑚
Somam-se as excentricidades, obtendo:
𝑒𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 35,81 𝑐𝑚
Comparando a excentricidade total com a excentricidade mínima, tem-se:
𝑒𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 35,81 𝑐𝑚
𝑒𝑚𝑖𝑛 = 1,5 + 0,03 × 𝑏 = 2,7 𝑐𝑚
No caso, a excentricidade total é superior a mínima, adota-se a excentricidade
total.
39
Obtido o Md e o Nd, usou-se o programa “OBLIQUA” para o
dimensionamento da armadura.
Figura 44 – Verificação da armadura no programa “OBLIQUA”.
Obteve-se 12 ∅ 12,5 𝑚𝑚.
Totalizando em 142,56kg
pilar.
Os estribos serão de ∅ 6,3mm c/ 15 cm C = 2,25 metros.
Tem-se:12
0,15= 80 estribos, 80 × 2,25 = 180
kg
pilar.
Somando a armadura do pilar com os estribos em cada pilar.
Tem-se:
322,56kg
pilar , aproximando para 323
kg
pilar.
Na somatória de quilograma de todos os pilares, adquire-se:
3.876 kg
40
No caso de concretagem "in loco", tem-se:
Ovolume de concreto em cada pilar calcula-se:
Volume = 3,36m³
pilar
Tem-se 12 pilares ao todo na obra, todos com as mesmas dimensões, sendo
assim:
Volume Total = 40,32m³
Como a concretagem serão quatro etapas de 3 metros para cada pilar, tem-se:
12 pilares × 0,4 m × 0,7 m × 3,00 m
Totalizando em: 10,08 m³
etapa.
No momento da concretagem da primeira etapa, pede-se 10,00 m³ de
concreto, Fck 25 MPa, brita 01, slump 8 ± 1 e sem aditivos. Nas próximas etapas deve-se
pedir 10,00 m³, Fck 25 MPa, brita 01, slump 8 ± 1 e sem aditivos.
O concreto deverá ser vibrado com vibrador elétrico ou a gasolina, emerge-se o
vibrador ligado a cada camada de concreto lançado por um prazo máximo de 15 segundos em
cada ponto. O vibrador não deve encostar-se à fôrma dos pilares.
Antes de começar cada etapa de concretagem deve-se limpar a superfície, onde
será concretada, e se possível polvilhar de cimento.
4.5 – Orçamento
Os preços por quilograma das tesouras de perfil dobrado e laminado são os
mesmo, já que se executou na região da cidade de Jaboticabal, sendo a empresa da mesma
cidade, o custo foi de R$ 8,00 por quilograma. As terças, pela empresa de estrutura metálica
41
custam-se R$ 2,50 mais 5% de IPI por quilograma, chegou-se ao preço de R$ 2,63 por
quilograma. Obteve-se através do site da "Fundação para o Desenvolvimento da Educação" o
preço de R$50,58 o metro quadrado, de material e mão de obra, da telha trapezoidal 25.
Conforme o site "Fundação para o Desenvolvimento da Educação”, (2012),
obteve-se o preço de R$ 89,67 por metro quadrado de fôrma de madeira plastificada para
concreto aparente, R$ 7,05 por quilograma da armadura dos pilares, sendo aço CA50, R$
424,34 por metro cúbico de concreto Fck 25MPA, slump 8 ± 1, brita 1, sem aditivos, lançado
e bombeado.
Segue a tabela 7, com o orçamento de custo total com a tesoura com perfil
dobrado abaixo.
Tabela 7 – Orçamento do empreendimento com tesouras em perfis dobrados.
ORÇAMENTO PARA OBRA TODA Unidade Quantidade Preço Valor
Tesoura Perfil Dobrado x6 Kg 1709,94 R$ 8,00 R$ 13.679,52
Terças kg 4036,8 R$ 2,63 R$ 10.596,60
Telhas m² 1035 R$ 50,58 R$ 52.350,30
Pilares
Fôrma Material m² 158,4 R$ 44,52 R$ 7.051,26
Fôrma Mdo m² 316,8 R$ 45,15 R$ 14.305,04
Armadura Kg 3876 R$ 7,05 R$ 27.325,80
Concreto Fck 25 Slump 8 ± 1, brita 01,
sem aditivos, bombeado e lançado m³ 40,5 424,34 R$ 17.185,77
TOTAL
R$ 142.494,29
Abaixo, a tabela 8 com o orçamento de custo total com a tesoura com perfil laminado.
Tabela 8 – Orçamento do empreendimento com tesouras em perfis laminados.
ORÇAMENTO PARA OBRA TODA Unidade Quantidade Preço Valor
Tesoura Perfil Laminado x6 Kg 2349,78 R$ 8,00 R$ 18.798,24
Terças kg 4036,8 R$ 2,63 R$ 10.596,60
Telhas m² 1035 R$ 50,58 R$ 52.350,30
Pilares
Fôrma Material m² 158,4 R$ 44,52 R$ 7.051,26
Fôrma Mdo m² 316,8 R$ 45,15 R$ 14.305,04
Armadura Kg 3876 R$ 7,05 R$ 27.325,80
Concreto Fck 25 Slump 8 ± 1, brita 01,
sem aditivos, bombeado e lançado m³ 40,5 424,34 R$ 17.185,77
TOTAL
R$ 147.613,01
42
Fazendo uma comparação entre as estruturas da cobertura, tem-se:
- Perfil Dobrado:
O peso das tesouras em perfil dobrado: 1.709,94 Kg
O peso das terças de 2,65mm: 2.084,40 Kg
Somam-se os pesos, obtendo: 3.794,34 Kg
A área da cobertura: 450 m²
Obtêm-se o peso por metro quadrado de estrutura da cobertura.
3.794,34 Kg
450 m²= 8,43
Kg
m²
- Perfil Laminado:
O peso das tesouras em perfil laminado: 2.349,78 Kg
O peso das terças de 2,65mm: 2.084,40 Kg
Somando os pesos, obtemos: 4.434,18 Kg
A área da cobertura: 450 m²
Obtêm-se o peso por metro quadrado de estrutura da cobertura.
4.434,18 Kg
450 m²= 9,85
Kg
m²
Esta diferença de 1,42Kg
m² tem-se sobre o perfil laminado que é mais pesado.
4.6 - Custo
O custo tem uma importância significativa, pelo fato da grande concorrência,
pode-se dizer que é um dos mais importantes fatores para uma empresa ter crescimento
constante.
Na engenharia civil, o custo mostra-se cada vez mais importante, através dele é
que são feitas licitações, visando "baratear" o máximo possível para conseguir a aprovação de
uma licitação, em empresas de pequeno porte não há tantas licitações, procura-se mais
cotações de materiais, descontos, há empresas que montam um apartamento "modelo" sem
43
custo de material, todo material é negociado, se o empresário futuramente adquirir os mesmos
materiais para o restante dos apartamentos.
No trabalho, Tabela 7 e Tabela 8, há dois orçamentos para o empreendimento,
utilizando tesouras metálicas em perfis dobrados, e tesouras metálicas em perfis laminados.
Isola-se o único custo variável, no caso, as tesouras que possuem pesos
diferentes.
- Tesouras em Perfis Dobrados: 1.709,94Kg a um preço de R$8,00 por quilograma
conseguimos um valor de R$13.679,52.
- Tesouras em Perfis Laminados: 2.349,78Kg ao mesmo preço de R$8,00 por quilograma,
temos o valor de R$18.798,24.
A diferença deR$5.118,72mostra que as tesouras de perfis dobrados, são mais
leves e consequentemente mais baratas que as tesouras de perfis laminado. Sendo que os dois
tipos de tesouras suportam o mesmo tipo de solicitação, sem algum problema.
44
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
A diferença de R$ 5.118,72, tem-se devido à diferença de peso entre as
tesouras em perfil dobrado e as tesouras em perfil laminado. Em quilogramas, temos
639,84Kg de diferença, resultando em menor custo da estrutura metálica usando perfis
dobrados.
45
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A pesquisa, a procura, a busca por novas soluções para os empreendimentos
cada vez mais se torna muito eficaz, tanto por quantidade, quanto por qualidade. Com os
materiais que se escolheu para a execução do presente trabalho, conclui-se que entre os dois
modelos de estrutura metálica, perfil dobrado e perfil laminado têm-se que as tesouras em
perfis dobrados são mais leves que as tesouras em perfis laminados, sendo assim, como o
preço por quilograma é o mesmo para ambos os modelos de tesouras, indica-se, entre os dois
casos, executar a estrutura de cobertura em perfis dobrados, para a menor solicitação nos
pilares e uma estrutura supostamente mais leve, que resistirá as solicitações desejáveis.
46
7. REFERÊNCIAS BIBLOGRAFÍCAS
Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 14762/2010 – “Dimensionamento de
estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio”. ABNT. Rio de Janeiro. 2010.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6118/2003 – “Projetos de estruturas de
concreto - Procedimento”. ABNT. Rio de Janeiro. 2010.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6123/1988 – “Forças devido ao vento em
edificações”. ABNT. Rio de Janeiro. 2010.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 8800/1986 NB14 – “Projeto e execução de
estruturas de aço de edifícios (Métodos dos estados limites)”. ABNT. Rio de Janeiro. 2010.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 8800/2008 – “Projeto de estruturas de aço e
de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios”. ABNT. Rio de Janeiro. 2010.
BELLEI, I.H. Edifícios industriais em aço. 6ª Edição, Editora Pini, 2010
BOTELHO, M.H. Concreto Armado eu te amo, para arquitetos. 2ª Edição, Editora Edgard
Blucher, 2011.
BOTELHO, M.H.C. E MARCHETTI, O.Concreto Armado eu te amo. Volume 1, 6ª Edição
, Reimpressão 2012, Editora Edgard Blucher, 2010.
47
BOTELHO, M.H.C. E MARCHETTI, O. Manual de primeiros socorros do engenheiro e
do arquiteto. , 2ª Edição, Reimpressão 2012, Editora Edgard Blucher, 2009.
DICIONÁRIO INFORMAL. Buscar por Banzo. 5.Banzo. Significado de Banzo. Disponível
em: <http://www.dicionarioinformal.com.br/significado/banzo/4755/> - Acesso em Out. de
2012.
ETERNIT. Telhas Eternit. Telhas Metálicas. Trapezoidal 25. Faça o download das
características técnicas em pdf. Disponível em:
<http://www.eternit.com.br/produtos/coberturas/telhasmetalicas/trapezoidal25/index.php?> -
Acesso em Set de 2012.
FONSECA, A.C. Estruturas metálicas, cálculos, detalhes, exercícios e projetos.,Editora
EdgardBlucher, 2005.
FUNDAÇÃO PARA O DESENVOLVIMENTO DA EDUCAÇÃO. Fornecedores.
Listagem de Preços. FDE, 2012. Disponível em:
<http://www.fde.sp.gov.br/PagesPublic/InternaFornecedores.aspx?contextmenu=listpre> -
Acesso em Set. de 2012.
FUTURENG. Buscar por Montantes. Perfis Montantes. Disponível em:
http://www.futureng.pt/montantes> - Acesso em Out. de 2012.
LUIZ MAR NUNES DA SILVA JUNIOR. Qual a importância de uma boa gestão de
custos?. TopTalent, 2011. Disponível em:
<http://www.toptalent.com.br/index.php/2011/02/25/qual-a-importancia-de-uma-boa-gestao-
de-custos/> - Acesso em Out. de 2012.
48
SOUZA, A.N. E MALITE, M., Analise dos projetos de estruturas metálicas espaciais:
Ênfase em coberturas. Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v.7, n. 27, p. 27-
58, 2005. Disponível em: < http://www.set.eesc.usp.br/cadernos/pdf/cee27_27.pdf> - Acesso
em Out. de 2012.
