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CENTRO UNIVERSITÁRIO MOURA LACERDA
PÓS-GRADUAÇÃO LATO SENSU EM ENGENHARIA DE
ESTRUTURAS
GISELE FERNANDA GARCIA POLVERINI
MATHEUS DA SILVA SOARES
WILLOW BORGES CALIMAN DE SOUZA COSTA
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO INDUSTRIAL EM ESTRUTURA
DE AÇO EM PERFIL LAMINADO
Ribeirão Preto – SP
GISELE FERNANDA GARCIA POLVERINI
MATHEUS DA SILVA SOARES
WILLOW BORGES CALIMAN DE SOUZA COSTA
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO INDUSTRIAL EM ESTRUTURA
DE AÇO EM PERFIL LAMINADO
Monografia apresentado como exigência para conclusão do curso de pós-graduação lato sensu em Engenharia de Estruturas do Centro Universitário Moura Lacerda.
Orientador: Prof. Msc. Renan Moura Guimarães
Ribeirão Preto – SP
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO INDUSTRIAL EM ESTRUTURA DE AÇO
EM PERFIL LAMINADO
RESUMO
Esta monografia aborda a execução do dimensionamento de galpão industrial em aço laminado utilizando de instrumentos gerenciais baseados em normas e conceitos retirados da NBR 8800:2008 (Estruturas de aço e concreto) com intuído de melhor aproveitamento de materiais e recursos. Com o crescimento de estrutura metálica na construção civil, são várias as vantagens em comparação com a estrutura de concreto armado, com a intenção de reduzir o tempo de execução. Para este modelo de cálculo e dimensionamento, foi escolhido um modelo de galpão industrial utilizando perfis em aço laminado sendo um total de 4 pórticos com espaçamento de 5 metros entre eles com uma dimensão de 15 metros de largura, 20 metros de comprimento e com pé direito de 10 metros, frisando em uma rápida execução e alivio de esforços na fundação. Posteriormente será apresentado alguns cortes e detalhamentos do projeto.
Palavras-chave: NBR 8800:2008, Galpão Industrial, Estrutura Metálica, Perfil Laminado, Perfil de Alma Cheia.
SIZING OF INDUSTRIAL SHED IN LAMINATED PROFILE STEEL
STRUCTURE
ABSTRACT
This monograph addresses the execution of the dimensioning of an industrial shed in laminated steel using managerial instruments based on standards and concepts taken from NBR 8800:2008 (Steel and Concrete Structures) with the intention of better use of materials and resources. With the growth of metallic structure in civil construction, there are several advantages compared to reinforced concrete structures, with the intention of reducing the execution time. For this calculation and dimensioning model, an industrial shed model was chosen using laminated steel profiles with a total of 4 frames with a spacing of 5 meters between them with a dimension of 15 meters wide, 20 meters long and with ceiling height of 10 meters, emphasizing a fast execution and stress relief on the foundation. Later, some cuts and details of the project will be presented.
Keywords: NBR 8800:2008, Industrial Shed, Metallic Structure, Laminate Profile, Full Soul Profile.
- Figura 1: Ponte Severn
- Figura 2: Dubai Frame
- Figura 3: Ponte Brooklin Bridge
- Figura 4: Edifício Garagem
- Figura 5: Edifício Central
- Figura 6: Diagrama convencional Ϭ, Ɛ dos aços ASTM A36, A242, A325 e A490
- escoamento. Figura 7: Trecho Inicial dos diagramas tensão x deformação dos aços com patamar de
- escoamento. Figura 8: Trecho inicial dos diagramas tensão x deformação dos aços sem patamar de
- Figura 9: Elementos de um galpão simples.
- Figura 10: Planta Galpão
- Figura 11: Vista Frontal Galpão
- Figura 12: Vista Lateral Direita Galpão
- Figura 13: Aplicativo Visual Ventos (Geometria do Galpão)
- Figura 14: Aplicativo Visual Ventos (Vento 0° e Vento 90°)
- Figura 15: Aplicativo Visual Ventos (CPI)
- Figura 16: Aplicativo Visual Ventos (Combinações)
- Figura 17: Aplicativo Visual Ventos (Resultante das Combinações)
- Figura 18: 1º Processamento das Combinações
- Figura 19: 2º Processamento das Combinações
- Figura 20: Aplicativo Ftool – Esforços (Cargas)
- Figura 21: Aplicativo Ftool – Esforços (Reações)
- Figura 22: Aplicativo Ftool – Esforços (Momentos)
- Figura 23: Bitola W 460x74 mm
- Figura 24: Dimensões do perfil Alma e Mesa
- Figura 25: Formula da Largura Efetiva
- Figura 26: Fórmula da Area Efetiva
- Figura 27: Chapa da Mesa - AL.............................................................................................
- Figura 28: Formula do Nex
- Figura 29: Fórmula do Ney
- Figura 30: Fórmula do Nez
- Figura 31: Fórmula do raio de giração polar
- Figura 32: Fórmula do índice de esbeltez reduzido
- Figura 33: Cálculo da força normal resistente de compressão
- Figura 34: Bitola 6"
- Figura 35:Dimensões de Perfil Tipo C
- Figura 36: Combinações dos ventos
- Figura 37: Dimensões de Bitola W460x74mm.......................................................................
- Figura 38: Dimensões de Perfil I
- Figura 39: Dimensões da Mesa
- Figura 40: Dimensões da alma
- Figura 41: Equação distância entre pontos de contenção lateral
- Figura 42: Curva de resistência para momento - FLT
- Figura 43: Equação λr
- Figura 44: Equação β1
- Figura 45: Equações de λ_r e Momento Critico...................................................................
- Figura 46: Parâmetro de Uniformização de Momentos Fletores
- Figura 47: Expressões de interação
- Figura 48: Esquema Estrutural da Cobertura
- Figura 49: Bitola de 6”
- Figura 50: Dimensões de Perfil C
- Figura 51: Propriedades da seção para flexão em torno de X...............................................
- Figura 52: Propriedades da seção para flexão em torno de Y...............................................
- Figura 53: Cisalhamento Terça
- Figura 54: Força cortante de plastificação
- Figura 55: Bitola de 6”
- Figura 56: Dados de Entrada do Perfil
- Figura 57: Elementos AA (apoiado-apoiado)
- Figura 58: Elementos AL (apoiado-livre)
- Figura 59: Propriedades da seção para flexão em torno de X.............................................
- Figura 60: Propriedades da seção para flexão em torno de Y.............................................
- Figura 61: Equação de Esbeltez..........................................................................................
- Figura 62: Equação Força cortante de plastificação............................................................
- Figura 63: Ligação a ser dimensionada
- Figura 64: Bitola de 6”
- Figura 65: Comprimento do perfil a ser cortado
- Figura 66: Distância entre furos e borda
- Figura 67: Coeficiente Ct
- Figura 68: Esmagamento e Rasgamento – Furo/Borda
- Figura 69: Local de Ruptura da Seção
- Figura 70: Área de ruptura...................................................................................................
- Figura 71: Área de bruta a cisalhamento
- Figura 72: Área liquida sujeito a cisalhamento
- Figura 73: Área liquida sujeita a tração
- Figura 74: Esforços na placa base
- Figura 75: Momento na placa base
- Figura 76: Dimensões mínimas da placa base
- Figura 77: Dimensões calculadas e ajustadas da placa base
- Figura 78: Determinação da linha neutra
- Figura 79: Corte esquemático Placa Base
- Figura 80: Esquema estrutural adotado
- Quadro 1: Propriedades Mecânicas do aço........................................................................... LISTA DE QUADROS
- Quadro 2: Especificações mais utilizadas de aço..................................................................
- Quadro 3: Tipos de Perfis I-H-I-U
- Quadro 4: Tipos de Perfis (T)
- Quadro 5: Momentos resistentes FLM e FLA
- Quadro 6: Estados limites FLM e FLA
- Quadro 7: Parâmetros referentes ao momento resistente
- Quadro 8: Estados limites FLM e FLA
- Quadro 9: Parâmetros referentes ao momento fletor resistente
- Quadro 10: Elementos AA (apoiado-apoiado)
- Quadro 11: Elementos AL (apoiado-livre)
- 1 INTRODUÇÃO............................................................................................................. SUMÁRIO
- REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
- 2.1 Considerações Iniciais
- 2.1.1 Vantagens da estrutura em aço
- 2.1.2 Desvantagens da estrutura em aço
- 2.2 Propriedades do aço....................................................................................................
- 2.2.1 Constantes físicas e curva tensão deformação dos aços estruturais
- 2.2.2 Denominação, composição e classificação dos aços
- 2.2.2.1 Especificações
- 2.2.2.2 Classificação
- 2.3 Definições dos elementos estruturais
- 2.3.1 Pórticos transversais
- 2.3.2 Cobertura e fechamento lateral
- 2.3.3 Terças
- 2.3.4 Longarinas ou Travessas
- 2.3.5 Tirantes
- 2.3.6 Barras Rígidas
- 2.3.7 Contraventamentos
- 2.3.8 Linhas de Correntes
- Metodologia
- 3.1 Projeto de Galpão Metálico
- 3.1.1 Determinação do Peso Próprio
- 3.1.2 Ação do Vento
- 3.1.2.1 Determinação da Velocidade Básica ()
- 3.1.2.2 Fator (Topografia)
- 3.1.2.3 Fator (Rugosidade do Terreno)
- 3.1.2.4 Fator (Fator Estático)
- 3.1.2.5 Velocidade Caracteristica ( )
- 3.1.2.6 Pressão Dinâmica do Vento
- 3.1.2.7 Determinação Paredes
- 3.1.3 Determinação da Geometria da Treliça de Cobertura
- 3.1.4 Determinação do Comprimento da Influência dos Nós da Treliça............................
- 3.1.5 Método dos Estados Limites
- 3.1.6 Pré-Dimensionamento
- 3.1.7 Analise 2ª Ordem; Cálculo B1 e B2
- 3.1.8 Dimensionamento a Compressão
- 3.1.9 Verificação da Esbeltez Limite (ELS)
- 3.1.10 Coeficiente de Flambagem Local (Q)
- 3.1.10.1 Fator de Flambagem Global (X)
- 3.1.10.1.1 Módulo de Flambagem em X
- 3.1.10.1.2 Módulo de Flambagem em Y
- 3.1.10.1.3 Módulo de Flambagem em Z
- 3.1.10.1.4 Módulo de Flambagem em YZ
- 3.1.10.1.5 Fator de Redução Associado à Flambagem Global ()
- 3.1.10.2 Força Normal Resistente Final
- 3.1.10.3 Dimensionamento a Flexão...................................................................................
- 3.1.10.4 Dimensionamento à Flexo-Compressão Oblíqua de Perfil “U” Metálicos
- 3.1.10.5 Verificação da Esbeltez Limite (ELS)
- 3.1.11 Cálculo da Força Normal Resistente
- 3.1.11.1 Coeficiente de flambagem local (Q)
- 3.1.11.2 Fator de Flambagem Global (X)
- 3.1.11.2.1 Módulo de flambagem em X
- 3.1.11.2.2 Módulo de flambagem em Y
- 3.1.11.2.3 Módulo de flambagem em Z
- 3.1.11.2.4 Módulo de flambagem em Z
- 3.1.11.2.5 Fator de redução associada à flambagem global -
- 3.1.11.2.6 Força normal resistente final
- 3.1.12 Flambagem local da mesa – FLM
- 3.1.12.1 Definição de intervalo de
- 3.1.13 Flambagem local da alma – FLA...........................................................................
- 3.1.13.1 Definição de intervalo de
- 3.1.14 Flambagem local da alma – FLA...........................................................................
- 3.1.14.1 Definição de intervalo de
- 3.1.15 Cálculo de
- 3.1.16 Momento Fletor Resistente
- 3.1.16.1 Cálculo do Momento Fletor Resistente – Menor Inércia
- 3.1.17 Flambagem local da mesa – FLM
- 3.1.17.1 Definição de intervalo de
- 3.1.18 Flambagem local da alma – FLA...........................................................................
- 3.1.18.1 Definição de intervalo de
- 3.1.19 Flambagem lateral com torção – FLT
- 3.1.20 Momento fletor resistente
- 3.1.21 Interações entre os momentos fletores e a força de compressão
- 3.1.21.1 Estado Limite de Serviço para Terça – Deslocamento Máximo
- 3.1.21.2 Dimensionamento da Longarina
- 3.1.21.3 Dimensionamento à Flexo-Compressão Oblíqua de Perfis “U” Metálicos
- 3.1.21.4 Verificação da Esbeltez Limite (ELS)
- 3.1.22 Cálculo da Força Normal Resistente
- 3.1.22.1 Coeficiente de flambagem local (Q)
- 3.1.22.2 Fator de Flambagem Global (X)
- 3.1.22.2.1 Módulo de flambagem em X
- 3.1.22.2.2 Módulo de flambagem em Y
- 3.1.22.2.3 Módulo de flambagem em Z
- 3.1.22.2.4 Módulo de flambagem em Z
- 3.1.22.2.5 Fator de redução associada à flambagem global -
- 3.1.22.2.6 Força normal resistente final
- 3.1.23 Cálculo do memento fletor resistente – Maior Inércia
- 3.1.24 Flambagem local da mesa – FLM
- 3.1.24.1 Definição de intervalo de
- 3.1.25 Flambagem local da alma – FLA.........................................................................
- 3.1.25.1 Definição de intervalo de
- 3.1.26 Flambagem local da alma – FLA.........................................................................
- 3.1.26.1 Definição de intervalo de
- 3.1.27 Cálculo de
- 3.1.28 Momento Fletor Resistente
- 3.1.28.1 Cálculo do Momento Fletor Resistente – Menor Inércia
- 3.1.29 Flambagem local da mesa – FLM
- 3.1.29.1 Definição de intervalo de
- 3.1.30 Flambagem local da alma – FLA.........................................................................
- 3.1.30.1 Definição de intervalo de
- 3.1.31 Flambagem lateral com torção – FLT
- 3.1.32 Momento fletor resistente
- 3.1.33 Interações entre os momentos fletores e a força de compressão
- 3.1.33.1 Estado Limite de Serviço para Longarinas – Deslocamento Máximo
- 3.1.33.2 Dimensionamento de ligações entre elementos
- 3.1.34 Estimar a quantidade de parafusos:
- 3.1.35 Verificação da chapa do perfil do banzo (alma) para esforço de tração
- 3.1.36 Verificação dos parafusos
- 3.1.37 Pressão de Contato
- 3.1.38 Ruptura de bloco
- 3.1.39 Dimensionamento da Placa Base Engastada nos Pilares
- 3.1.39.1 Determinação dos Esforços na Placa de Base
- 3.1.39.2 Características dos Materiais
- 3.1.39.3 Dimensões Mínimas da Placa Base
- 3.1.39.4 Verificação da Excentricidade Crítica
- 3.1.39.5 Determinação da Posição da LN (Y)
- 3.1.39.6 Espessura da Placa Base
- 3.1.39.7 Dimensionamento dos Chumbadores
- 3.1.40 Verificação de Interação entre tração e cortante no chumbador
- Considerações Finais
- Referencias................................................................................................................
Na Inglaterra, desde o fim do século XVII, investiram-se em novas técnicas de se produzir ferro em larga escala, o ferro transformou as construções na época, fazendo com que fosse viável produzir soluções leves estruturalmente, com grandes vãos e com agilidade na execução. O grande empecilho era que o ferro sofria corrosão e não era forte e passou não atender mais as necessidades da Revolução Industrial. Em 1855, Henry Bessemer criou uma nova maneira de se fazer fornalhas que permitia a produção de aço (obtido em fusão com liga de carbono) em grande escala, solucionando por tanto e deixando livre o caminho para as novas construções que estariam por vim. Em 1870, começou a construção da primeira ponte do mundo feita de aço a Brooklin Bridge, na cidade de Nova York nos Estados Unidos, 50% com maior vão do que as que já existiam, inaugurada 14 anos após seu início, marcando a era das construções de pontes em aço conforme mostra abaixo a Figura 3.
Figura 3: Ponte Brooklin Bridge
Fonte: Loving New York 2021 No Brasil, somente após a segunda guerra mundial com a criação da Companhia Siderúrgica Nacional e da Usina de Volta Redonda, no Rio de Janeiro que a estrutura metálica passou a ser utilizada na construção em maior escala. Antes disso, as obras realizadas no Brasil, em aço, tinham matéria-prima importada e, portanto, o elevado custo impossibilitava as construções.
O primeiro edifício construído com aço produzido no Brasil foi o Garagem América, em São Paulo, em 1954. A estrutura metálica solucionou o desafio de se construir em um terreno irregular com base na Figura 4.
Figura 4: Edifício Garagem
Fonte: SP City 2021
Edifício Avenida Central (Figura 5) foi construído no Rio de Janeiro em 1961 e, a partir daí este tipo de obra foi se popularizando no Brasil e vem sendo cada vez mais sendo utilizados como solução para obras devida as suas inúmeras qualidades e não somente em grandes obras, e sim como vemos hoje em residências, galpões e todo o tipo de obras onde a estrutura metálica é uma opção mais leve mesmo com grandes cargas e mais agilidade na execução.
- São possíveis de desmontar e posteriormente montar as estruturas em outro local;
- Pode – se reaproveitar os materiais em estoques, ou até mesmo, as sobras de outras obras.
2.1.2 Desvantagens da estrutura em aço
De acordo com Bellei (2003), podemos destacar a principal desvantagem em estruturas de aço carbono é o fato de ser passivo a corrosão, e que requer uma atenção nesse aspecto, que é protegido com uma camada de tinta para a proteção da estrutura. Também deve ser destacado que quando a estrutura é exposta ao fogo, pois perde resistência e, assim, tornando a estrutura suscetível a desabamento, devido a perde de sua resistência.
2.2 Propriedades do aço
Conforme Pfeil e Pfeil (2009, p.16), que as características físicas que são adotadas em todos os tipos de estruturas metálicas que encontram na faixa normal de temperatura atmosféricas são:
- Ductibilidade: é o limite que o material tem quando se deforma aonde há existência de ações de cargas até a ruptura do material.
- Fragilidade: é ao contrário do material dúctil, quando o material tem a fragilidade quando exposto a vários agentes como temperaturas baixas, entre demais agentes.
- Resiliência e Tenacidade: está diretamente relacionado com a capacidade do material absorver energia mecânica.
- Dureza: está ligado a resistência ao fator de risco ou abrasão.
- Fadiga: Resistencia a ruptura do material devido a ensaio estático.
- Elasticidade: Resistencia do material a grandes deformações antes do escoamento.
2.2.1 Constantes físicas e curva tensão deformação dos aços estruturais
Com base na NBR 8800:2008, para a decorrência dos cálculos, estima- se os seguintes valores para as propriedades mecânicas conforme mostram o Quadro 1 a seguir:
Quadro 1: Propriedades Mecânicas do aço
Fonte: NBR 8800 (2008, p.13)
Segundo Pfeil e Pfeil (2009), as tensões (σ) e as deformações (ε) são as grandezas mais utilizadas com maior frequência nas aplicações estruturais conforme mostra a Figura 7 e a Figura 8. De acordo com Bellei (2003), a resistência e ductibilidade são propriedades mecânicas de estrutura metálicas que são informadas em termo de comportamento em ensaio simples de tração, que pode ser vista através da Figura 6.
Figura 6: Diagrama convencional Ϭ, Ɛ dos aços ASTM A36, A242, A325 e A
Fonte: Pfeil e Pfeli (2008 p. 14)
