Cálculo de Envoltórias e Dimensionamento de Vigas em Estruturas de Aço, Manuais, Projetos, Pesquisas de Estruturas Metálicas e Construção Mista

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ALEX BUNESE JUK

LEANDRO RUTHES GAROFALO

DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA

FLORIANÓPOLIS

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ALEX BUNESE JUK

LEANDRO RUTHES GAROFALO

DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA

Trabalho apresentado à Universidade Federal de Santa Catarina, como requisito para a conclusão do Curso de Graduação em Engenharia Civil. Orientador: Profº.: Moacir Henrique de Andrade Carqueja

FLORIANÓPOLIS

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Este trabalho é integralmente dedicado aos nossos familiares, professores e amigos, que direta e indiretamente contribuíram para nossa formação acadêmica.

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AGRADECIMENTOS

Agradeço a meus pais e avós, pela educação e exemplo de vida. Aos professores pelas horas de aprendizagem e aos amigos pelas horas de lazer. A Regiane Sbroglia pelos incentivos e paciência. Agradecimento especial ao amigo Alex e ao Professor Moacir pela possibilidade de realização deste trabalho.

Leandro Ruthes Garofalo

Agradeço ao grande Leandro pela luta e aprendizado que tivemos ao longo desse curso de graduação e em especial neste trabalho. Ao meu pai, mãe e irmã que estiveram juntos comigo em todas as fases da vida. Aos professores e amigos, meu muito obrigado. Agradeço especialmente ao professor Carqueja, que me ensinou o que é engenharia e deu rumo ao meu curso.

Alex Bunese Juk

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9.6 LIGAÇão ENTRE TIRANTE DE CONTRAVENTAMENTO E ESTRUTURA

1 INTRODUÇÃO

Este trabalho apresenta a memória de cálculo de dimensionamento da estrutura metálica de um galpão comercial para fins de escritório e lojas, de dois pavimentos, com área de 691,20 m². As peças que formam o galpão são perfis metálicos, sendo estes ligados entre si de modo a formar pórticos. Para garantir a estabilidade global da estrutura foram utilizados contraventamentos entre alguns pórticos e ligações rígidas, criando zonas de rigidez. Os pórticos ainda são unidos por vigas secundárias e lajes pré-moldadas de concreto, completando o conjunto. O galpão em questão se localiza muito próximo ao mar (atmosfera marinha), sendo um meio agressivo ao aço exigindo assim cuidados contra corrosão. No local onde será executado o edifício, existe hoje, um galpão executado em concreto pré-moldado, com paredes de alvenaria. Este projeto estrutural prevê a total retirada do mesmo e a reconstrução de fundações apropriadas ao novo galpão. O processo de dimensionamento está de acordo com as seguintes normas:

• NBR-8800/86 – Projeto e Execução de Estruturas de Aço de Edifícios;
• NBR-6123/88 – Forcas Devidas ao Vento em Edificações;
• NBR-6118/03 – Projeto de Estruturas de Concreto - Procedimento;
• NBR 6120/80 – Cargas para o Cálculo de Estruturas de Edificações;

2 OBJETIVOS

2.1 GERAIS

O presente trabalho tem por objetivo contribuir para o aprendizado, fornecendo conhecimento sobre este ramo da engenharia civil. No desenvolver deste trabalho, algumas das técnicas aprendidas ao longo do curso são utilizadas e detalhadas, fazendo com que este trabalho se torne um projeto estrutural metálico preciso, completo e de fácil compreensão. É também, objetivo deste, certificar os conhecimentos adquiridos no decorrer do curso, nas variadas disciplinas que fazem parte do conhecimento do engenheiro civil.

2.2 ESPECÍFICOS

• Dimensionar a estrutura de um galpão metálico para fins comerciais;
• elaborar pranchas detalhadas o suficiente para a execução;
• buscar soluções econômicas e estéticas.

A estrutura de sustentação da cobertura é composta de vigas perfil “I”, inclinadas a 18° em relação a horizontal. A altura total do galpão é de 9,70 metros sendo que 1,70 metros são provenientes da inclinação das vigas da cobertura. As paredes de vedação são de alvenaria com blocos de cerâmica e argamassa para reboco. O plano de uso da estrutura prevê salas de escritórios e lojas comerciais de equipamentos náuticos. Entretanto, não se pode descartar a idéia do uso de parte da estrutura como oficina de embarcações, o que se fez pensar na escolha da sobrecarga para o dimensionamento, pois alguns anos após o término da construção, o uso da estrutura poderá sofrer mudanças, sendo que a mesma deverá permanecer íntegra.

3.3 AÇO

3.3.1 Escolha do Aço

A escolha do aço para estruturas metálicas, é feita em função de aspectos ligados ao ambiente em que as estruturas se localizam e da previsão do comportamento estrutural de suas partes, devido à geometria e aos esforços solicitantes. Se o local da obra for de atmosfera marítima ou de natureza agressiva, e se uma manutenção deficiente for prevista, deve-se escolher aços de alta resistência à corrosão. Para a execução da obra, foi escolhido o aço A 588 que, além de apresentar resistência elevada à corrosão, conforme a NBR-8800/86, apresenta 345 MPa para limite de escoamento e 485 MPa para limite de ruptura. O processo de fabricação deste aço lhe dá uma boa resistência à corrosão, o que é altamente recomendado para garantir a integridade das peças durante a sua vida útil. Um bom aço para a obra deve apresentar as seguintes características:

1. Ter resistência mecânica compatível com a importância da obra, permitindo que se usem peças com dimensões adequadas ao projeto arquitetônico ou tornando possível uma diminuição proporcional da seção, para a redução do peso final da estrutura;
2. Boa resistência à corrosão atmosférica. Este é um fator importante a considerar, porque os perfis metálicos, em geral, são pouco espessos. A utilização de seções mais finas pode significar vida útil mais curta da estrutura, a não ser que a redução da seção seja acompanhada por um aumento correspondente da resistência à corrosão do material, garantindo durabilidade;
3. Boa resistência ao choque mecânico e o limite de fadiga.

As peças estruturais são classificadas em função do tipo de cargas que nelas atuam, assim, pode-se resumidamente, explicitar o seguinte:

• Elementos fletidos ou vigas: são elementos que suportam cargas transversais ao eixo principal;
• Elementos comprimidos: elementos que recebem cargas axiais, por exemplo, pilares com ligações flexíveis absorvendo somente esforços axiais;
• Elementos flexo-comprimidos: elementos recebendo cargas axiais juntamente com cargas perpendiculares ao eixo principal ou momento fletor, por exemplo, pilares, que suportam os esforços gravitacionais juntamente com os esforços de vento, que são perpendiculares aos seus eixos, gerando momento fletores em suas seções.

Neste galpão utiliza-se o sistema de pórtico bidimensional com ligações rotuladas e rígidas, uma vez que o projeto arquitetônico permite o uso de contraventamentos por barras ou cabos, que são os mais econômicos e eficientes para enrijecer a estrutura. O sistema de pórtico com ligações flexíveis é composto por pilares e vigas ligadas nos nós de forma a não transmitir momentos à peça em seqüência. As ligações rígidas transferem momento à peça adjacente. Estas ligações podem ser feitas por solda ou parafusos. Neste trabalho utilizam-se ligações soldadas por apresentarem simplicidade de dimensionamento, detalhamento, ser comumente utilizadas e terem bom funcionamento estrutural.

3.5 LIGAÇÕES

Entende-se por ligação a união entre peças constituinte de um todo em qualquer tipo de estrutura. Em estruturas metálicas as ligações representam maior importância, pois delas depende a segurança da estrutura. É um item que exige cuidado. Além da segurança, também representa um papel importante na logística de execução. Uma ligação muito complexa pode ocasionar atrasos devido a erros e

acidentes. Outro fator importante é o econômico, pois a ligação pode se tornar muito dispendiosa. Os pontos mais comuns a serem unidos em estruturas metálicas são: VIGA- VIGA, VIGA-PILAR, PILAR-PILAR e PILAR-FUNDAÇÃO. Estas uniões são realizadas de duas maneiras atualmente: através de soldas ou através de parafusos. As ligações soldadas oferecem as vantagens relacionadas abaixo segundo Bellei (1986):

• economia de material, pois o uso da solda permite o aproveitamento total da seção (seção liquida = seção bruta);
• não utilizam chapas de ligação tipo gusset , tornando a estrutura mais leve e, consequentemente mais barata;
• facilidade de se realizar modificações nos desenhos das peças e corrigir erros durante a montagem a custos menores que as parafusadas;
• demanda menor tempo de execução, menor tempo de detalhe e quantidade de peças. A solda especificada neste projeto é a solda do tipo filete, pois é a mais econômica para cargas de menor intensidade, devido a pouca preparação do material. Para se obter uma boa solda deve-se ficar atento a quatro passos:
• Um bom projeto de junta, pois se pode chegar a soluções mais simples, eficientes e baratas. Uma solda mal feita pode ocasionar problemas como: trincas, porosidade, empenamento da peça, distorção, etc.;
• Estabelecer bons procedimentos de soldagem;
• Usar soldadores devidamente qualificados pelas normas;
• Empregar pessoas bem treinadas e inspetores competentes. Neste trabalho utiliza-se o eletrodo E70XX com resistência mínima de 48, kgf/cm².