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Edifícios Industriais em
Estruturas de Aço Introdução
Considerações Gerais
• Edifícios industriais são construções cobertase, normalmente, térreas. Em alguns casospossuem mezanino e podem ser fechadoslateralmente. Não tem a função residencialpermanente. As aplicações como sistemasconstrutivos são bastante amplas;
• Alguns exemplos de uso são: fábricas;depósitos; centro de exposições; instalaçõescomerciais; hangares; postos de gasolina;estações de trens e metrôs; e outros;
• Em termos de métodos de cálculo estrutural,
podem-se considerar ainda, áreas cobertas de
práticas esportivas, tais como: ginásios
esportivos; áreas cobertas de estádios;
• Na área agrícola, tem-se os silos graneleiros;
criadouros de animais; galpões para sementes
e adubos; e áreas cobertas para oficinas e
implementos agrícolas.
• As estruturas de edifícios industriais podemser apenas em aço, mistas ou hibrida (pilar emconcreto);
• As vantagens do aço em relação às demaistipos de materiais se devem à leveza daestrutura; menor carga nas fundações; vencegrandes vãos; rapidez na execução;durabilidade; não requer espaço paraarmazenamento; menor quantidade de mão-de-obra na montagem; industrialização nafabricação, padronização dos elementos;facilidade na desmontagem e mudança; ematerial sustentável.
• As fundações podem ser rasas ou profundas,
que são em função resistência do subsolo e
das cargas atuantes, as vigas baldrames
podem ser em concreto, os pilares em aço,
mista ou concreto; a estrutura da cobertura
em aço (terças);
• As coberturas são em aço, fibrocimento, PVC,
telhas cerâmicas ou argamassa de cimento e
outros.
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Histórico
• A fabricação do ferro remota a 2000 a.C.. Devidoao alto custo na produção e em pequena escala,o uso era restrito, sendo usados para finsmilitares, utensílios domésticos e ferramentasagrícolas.
• A invenção de alto forno para produção de ferrogusa, por volta do século XVIII, e a invenção deforno Siemens-Martin para produção de aço(1864), a produção de aço passou a ser emgrande escala e barateando o custo, sendopossível o uso para fins de construção civil.
Cronograma do uso de ferro/aço
•Produção do Ferro
• 1720 – Obtenção de ferro por fundição com
coque e início da produção de ferro de
primeira fusão em escala em alto forno.
• 1784 – Aperfeiçoamento dos fornos para
converter ferro de primeira fusão em ferro
forjável.
• 1864 – Introdução do forno Siemens-Martin
para produção de aço.
•Conformação do ferro
• Meados do Séc.XVIII – Laminação de chapas
de ferro.
• 1830 – Laminação dos primeiros trilhos de
trem.
• 1854 – Laminação dos primeiros perfis I sendo
feita a primeira normalização de um material
utilizado na construção civil.
•Utilização do ferro
• 1779 – Primeira obra importante de ferro,
ponte sobre o rio Severn em Coalbrookdale, na
Inglaterra, projetada por Abraham Darby com
vão de 30m.
• Começo do Séc.XIX – Utilização de cabos em
pontes.
• 1801 – Primeiro edifício industrial em ferro em
Manchester.
• 1850 – Alcançou-se 300m de vão com ponte a
cabo.
• 1851 – Início da utilização do ferro em grandes
coberturas (naves); Palácio de Cristal em
Londres, projetado por Joseph Paxton.
• 1852 – Estações ferroviárias de Paddington
(Londres).
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• 1853 – Mercado Central do Halles (Paris).
• 1855 – Primeira ponte de grande vão com
vigas.
• 1862 – Estações ferroviárias do Norte (Paris)
• 1866 – Construção de uma cobertura em
Londres com 78m de vão.
• 1868 a 1874 – Ponte em aço sobre o Rio
Mississipi em St. Louis, projetada por Eads,
com 3 arcos treliçados, tendo o maior deles
159m de vão.
• 1875 – Palácio de Cristal (Petrópolis).
• 1879 – Edifício Leiter I, construído pela “Escola
de Chicago”.
• 1883 – Ponte de Brooklyn (New York), pensil
com 487m de vão.
• 1890 – Ponte sobre o “Firth of Forth” (Escócia)
em balanço duplo treliçado, com vão central
de 521m.
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• 1894 – Edifício Reliance construído pela
“Escola de Chicago”.
• 1901 – Mercado do Ver-0-Peso (Belém);
Estação da Luz (São Paulo);
• 1901 –Estação Ferroviária de Bananal
(Bananal).
• 1910 – Teatro José de Alencar (Fortaleza).
• 1910 a 1913 – Viaduto Santa Efigênia (SP)
construído com estrutura belga, com 225m de
comprimento vencidos por três arcos.
• Na década de 30 – Edifício Chrysler e o Empire
State (110 andares) ambos em Nova York.
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• Como se pode notar pelas datas acima, o
emprego do ferro a princípio estava restrito a
pontes, porém, mais tarde, com o advento da
revolução industrial, começou-se a generalizar
o uso do aço, exceto para residências;
• Uma das maiores ajudas que o ferro recebeu
no final do Séc. XIX para se estabelecer,
inclusive em residências, foi o encarecimento
da matéria prima e da mão-de-obra para
estruturas de madeira e o estabelecimento de
normas contra incêndios mais rígidas, sem
falar na possibilidade de melhor
aproveitamento dos espaços com maiores
vãos.
A Escola de Chicago
• Chicago, depois da quase completa destruiçãopelo incêndio de 1871, teve um período de augena construção, principalmente com a chegada dasestradas de ferro, que transformaram a cidadenum dos maiores mercados do mundo para otrigo, alimentação, máquinas e ferramentas;
• Para suprir tão grande e rápido crescimento dacidade, a única maneira de satisfazer asexigências do mercado era a verticalização comestrutura metálica, tanto pela resistência ao fogo,como pela maior resistência estrutural e pelomaior aproveitamento dos espaços com grandesvãos;
• Em 1895 o novo método já era corrente em
todos os Estados Unidos, a exemplo de
Chicago, o que foi ainda mais facilitado com a
invenção do elevador por E.G. Otis.
A Escola Européia: França, Bélgica
e Suíça
• A França sempre esteve junto com a Inglaterra
nos avanços do uso do ferro e do aço,
principalmente no aspecto relativo a pontes
onde se destacou Gustave Eiffel. Depois de
uma série de exposições universais de
tecnologia em Paris, o ferro passou a ter um
papel muito importante. A Torre Eiffel, que foi
um símbolo criado para a exposição de 1889;
• Com a Primeira Grande Guerra a Europa
mergulhou num mar de retrocessos e
conservadorismos, dificultando o uso do aço e
facilitando o desenvolvimento dos conceitos
de uso de concreto armado, sendo Perret e
Garnier dois de seus precursores. Mesmo com
este retrocesso, ainda foi possível, graças a Le
Corbusier, manter a estrutura metálica viva e
competitiva na Europa.
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A Indústria Siderúrgica no Brasil
• Usina de Volta Redonda no Rio de Janeiro,
após a 2ª Guerra Mundial;
• Datam das décadas de 50/60 alguns bons
exemplos de obras em estrutura de aço no
Brasil, tais como o Edifício Avenida Central no
Rio de Janeiro, com 34 andares e o Viaduto
Rodoviário sobre a BR-116, em Volta Redonda.
Projeto arquitetônico de galpões industriais
• O projeto arquitetônico é em função da
finalidade do uso, levando-se em consideração
modulação para reduzir perdas dos materiais,
facilitar o projeto e a construção.
Conforto térmico
• Levam-se em consideração os confortos
térmicos dos usuários, sendo obtida com o pé-
direito alto, boa ventilação, tipos de telhas ou
por meio de ar condicionado;
• As ventilações podem ser naturais ou por
meio de exautores elétricos, que podem ser
apenas laterais ou em associação com a saída
na parte superior;
• As coberturas com lanternim, tipo shed e
exautores eólicas são adotadas como sistema
de ventilação natural.
• Os tipos de telhas influenciam no conforto
térmico no interior dos galpões. A
transferência de temperatura para o interior
da construção pode ser transmitido por meio
de radiação, convecção ou condução térmica.
• A redução de transmissão de calor pode ser
obtida com o uso de telhas de alumínios, que
são bons refletores de radiação solar; telhas
de aço tipo sanduíche com isolante térmico
(poliuretano expandido); pintura das telhas
com uma cor clara para refletir melhor a luz
solar.
• Os fechamentos laterais podem ser em
alvenaria, metálica ou ambas, além do uso de
janelas e venezianas para melhorar a
iluminação natural e ventilação.
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Tipo de galpões
Quanto à forma, os galpões podem ser
agrupados em:
• Pórtico simples;
• Pórtico múltiplos;
• Sheds;
• Arcos.
Pisos
• O tipo de piso pode ser em função da
finalidade e do custo. O acabamento pode ser
piso de alta resistência (granilite), cerâmica,
cimento natural, asfalto, ou blocos de
concreto intertravados;
• Existem equipamentos de grande porte para
execução de piso de concreto, podendo ser
controlada por meio de raio laser para nivelar.
Exemplos de estruturas
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Tipos de Edifícios Industriais
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• Normalmente são construções de umpavimento;
• Perfis de aço laminados, soldados e/ouconformados a frio;
• Estruturas de aço, mistas ou híbridas;
• O usual é fabricar na indústria, transportar emontar no local da obra;
• Fechamento lateral em alvenaria e/ou chapade aço galvanizada ou de fibrocimento;
• Cobertura com diferentes materiais, taiscomo: em chapa de aço galvanizada,fibrocimento, vidro, policarbonato, toldo, etc.
• Vãos simples ou múltiplas.
Vãos simples• Pilar simples e tesoura – baixo peso e vantajosa
para inclinação da cobertura maior que 150.
Vãos simples• Pilar simples e treliça – grandes vãos e com pequena
inclinação (consultar fabricante de telha, podendo sermínimo de 3%)
Vãos simples• Pilar simples e tesoura, com ponte rolante leve.
Necessidade de prever contraventamentoslongitudinais para suportar cargas de frenagem.
Vãos simples
• Pilar treliçada e tesoura, com ponte rolante.
Vãos simples
• Pilar travada e tesoura, com ponte rolante.
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Vãos simples
• Edifício em pórtico, para vão pequenos e
médios as seções são constantes.
Vãos simples
• Edifício em pórtico, para grandes vãos com
seção variáveal.
Vão
Espaçamento
entre pórticos
Pequeno: até 15 m 3 a 5 m
Médio: 16 a 25 m 4 a 7 m
26 a 35 m 6 a 8 m
Longo: 36 a 45 m 8 a 10 m
Inércia
Variável: 46 a 60 m 9 a 12 m
Vãos simples
• Edifícios em pórticos de alma cheia com vigas
de rolamento apoiadas em consoles.
Vãos simples
• Edifícios em pórticos de alma cheia com vigas
de rolamento apoiadas sobre o pilar.
• Exemplos de bases de apoios de pilares. A
mais econômica é a rotulada, caso (a).
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Vãos múltiplos
• Sem ponte rolante
Vãos múltiplos
• Com ponte rolante
Vãos múltiplos
• Pórticos em alma cheia geminados
Vãos múltiplos
• Pórticos em alma cheia geminados
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• Esquema de transmissão de carga nafundação, sendo que do lado esquerdo é maiseconômico, pois apenas seis barras estãosolicitadas às cargas axiais.
• Peças que compõem um galpão
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Componentes galpão Componente galpão
Detalhes de ligação
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Esquema de fluxo de ar de lanternim
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Dimensões de galpões com as
cargas de pontes rolantes
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Detalhe executivo de fechamento
Classificação de galpões em função da estimativa de consumo de aço kg/m2
Elementos em estruturas de aço
Classificação
Muito
leve Leve Médio Pesado
Muito
pesado
COBERTURA: tesouras, vigas secundárias,
terças, lanternim, contraventamento,
tirantes, vigas, pórtico etc.
5 10 20 30 40
a a a a a
10 20 30 60 80
PARTE INFERIOR: pilares, plataformas,
vigas de rolamento, vigas e colunas de
tapamento etc.
10 20 40 90 160
a a a a a
20 40 90 140 320
Total <30 > 30 a 60 60 a 120 120 a 200 200 a 400
Juntas de dilataçõesQuando a dimensão da construção em estrutura de açofor grande, deve ser prevista junta de dilatação devido aoaumento de comprimento em função da temperatura.
• De acordo com a AISE no. 13/1991 estabelece: Edifícioscom fornos e estruturas similares, tendo metal quentee sujeitos a mudanças de temperatura, devem terjuntas de dilatação transversais previstas a intervalosnão superiores a 120 m. Se os edifícios não estãosujeitos a mudanças internas de temperatura, adistância pode ser de 150 m. Se o edifício for formadopor várias naves, deverão ser previstas juntaslongitudinais quando a largura exceder 150 m ouultrapassar cinco alas.
• De acordo com Mukanov (autor de livro de
estrutura metálica), tem-se a seguinte tabela:
Tipo de ConstruçãoMukanov AISE n 13
a b c l c l
Prédios com
temperatura elevadas75 50 200 120 120 150
Prédios sem mudanças
internas de
temperatura
90 50 230 150 150 150
Prédios sem cobertura 50 30 130 -- -- --
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Deslocamento lateral:
• De acordo com a NBR 8800 – Anexo C, estabeleceo seguinte limite:
- Deslocamento do topo em relação à base H/300
- Considerando a seguinte combinação:����� � ��� 0,2 0,35��;
Comb1=CPR+0,2V+0,3SC;
Comb2=V+0,4CPR+0,3SC
Onde:
SC = sobrecarga no telhado; V = carga do vento; CPR= carga da ponte rolante vertical e horizontal.
Edifícios industriais em estruturas de aço:
•Quais as vantagens;
•Quais as desvantagens;
•Tipos de estrutura;
•Técnicas para conforto;
Cargas e combinações de cargas
–Cargas
No dimensionamento estrutural, as cargas adotadaspodem ser isoladas ou combinações entre elas. Ascargas a serem consideradas são as seguintes:
�Cargas permanentes (NBR 6120);
�Cargas acidentais verticais – sobrecargas (NBR6120);
�Cargas devidas a pontes rolantes (NBR 8800);
�Cargas devidas ao vento (NBR 6123) ;
�Cargas devidas à temperatura (NBR 8800);
�Cargas dinâmicas (sísmica, movimentos de veículos, pedestres, vento e outros) (NBR 8800).
–Carga permanente (G)
• É uma carga vertical (gravidade) que nãoaltera ao longo do tempo e sendo algunsexemplos:
� peso próprio da estrutura;
� materiais de acabamentos:
– cobertura;
– alvenaria;
– piso;
– revestimento de paredes e outros;
� e instalações permanentes.
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• Alguns exemplos de cargas permanentes, deacordo com NBR 6120:
�aço: 78,5 kN/m3;
�tijolo furado:13 kN/m3;
�tijolo maciço:18 kN/m3;
�concreto armado: 25 kN/m3;
�Concreto simples: 24 kN/m3;
�Argamassa de gesso: 12,5kN/m3;
�granito: 29 kN/m3;
�Peso de telhas e materiais de tapamentolateral, consultar fabricante.
–Cargas acidentais verticais
(sobrecarga) (Q)
• São cargas que variam ao longo do tempo, porexemplo: carga de pessoas, mobílias, água dechuva, equipamentos, veículos e acúmulo depoeiras sobre o piso ou telhado.
• De acordo com a norma (NBR 6120), na tabela2 estão listadas os valores mínimos das cargasverticais, conforme a finalidade de uso.
• A sobrecarga de cobertura em galpões depequeno e médio porte, em locais não poluídas,pode-se adotar sobrecarga de:�15 kgf/m2 prevendo a carga de chuva;
• Em regiões poluídas pode adotar carga de:� mínima de 50 kgf/m2;
• A NBR 8800:2008, item B.1.5 considera carga de:� 0,25��/�
• Segundo item 2.2.1.4 da (NBR6120) diz o seguinte:
– Todo elemento isolado de coberturas (ripas,terças e barras de banzo superior de treliças)deve ser projetado para receber, na posiçãomais desfavorável, uma carga vertical de 1 kN,além da carga permanente.
–Cargas devidas a pontes rolantes
• Os cálculos serão baseados na NBR 8800 e AISEno 13/91.
• As cargas são decompostas em verticais (pesoda ponte e carga a levantar) e horizontais;
• Atuam ao nível do topo do trilho, dirigidas:
– longitudinalmente (freagem ou aceleração daponte, choque da ponte com os para choque);
– ou transversalmente a ele (freagem ou aceleraçãodo trole, içamento de cargas com o cabo inclinado).(mais detalhes serão vistos no tópico específico)
–Cargas devidas ao vento
• Os galpões industriais são leves em relação àsua dimensão, sendo assim, são necessáriosdimensionar levando em conta a carga dovento (pressão x área);
• As forças podem ser horizontais, além do efeitode sucção, que causam cargas nos elementosestruturais do telhado e do fechamento lateral;
• Também, existe a possibilidade de força desobre pressão, que tende a levantar o telhado.
–Cargas devidas à temperatura
• A dilatação térmica, em decorrência deaumento de temperatura, causa aumento decomprimento nos elementos estruturais;
• Consequentemente podem gerar tensões noselementos estruturais;
• A fonte de calor pode ser interna, devido aoforno e/ou externa;
• Coeficiente de dilatação térmica de aço:Δ� � ∙ �� ∙ Δ�
� 1,2 ∙ 10�����
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–Cargas dinâmicas
• As cargas dinâmicas são devidas:
� sismos;
� ventos;
� movimento de cargas.
• Podem causar desconforto e insegurança aosusuários, ou mesmo colapso da estrutura.
• Logo, em obras importantes, deve ser levadoem consideração esse fenômeno.
–Combinações de cargas
• Serão adotadas as seguintes normas:
�NBR 7808 – Símbolos gráficos para projetos deestruturas;
�NBR 6120 – Cargas para o cálculo de estruturasde edificações;
�NBR 6123 – Forças devidas ao vento emedificações;
� NBR 8681:2002 – Ações e seguranças nasestruturas – Procedimentos.
Onde:Fgi,k – ações permanentes;FQ1,k – ação variável considerada como principalnas combinações normais;FQj,k – demais ações variáveis;�g e �q – coeficiente de ponderação das açõespermanentes e variáveis;� – fator de combinação.
Combinações últimas normaisDecorrem do uso previsto para a edificação:
����
�� �� ∙ ��,� � �� ∙ ��,� �� �� ∙ � ∙ ��,��
���
�
���
Coeficientes de Ponderação:
Fatores de combinação �:
Podendo ter as seguintes combinações últimas normais.Combinação 1 – 1,25.CP(estr. aço)+1,35.CP(estr. concreto)Combinação 2 – 1,25.CP(estr. aço)+1,35.CP(estr. concreto)+ 1,5.CACombinação 3 – 1,25.CP(estr. aço)+1,35.CP(estr. concreto)+1,4.CV + 1,5.0,4.CACombinação 4 – 1,00.CP(estr. aço)+1,00.CP(estr. concreto)+1,4.CV
–Deformações máximas recomendadas
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Cargas devidas ao vento em
edificações
–Objetivo
• Analisar as forças de vento estática e dinâmica
do vento para dimensionamento de galpões de
geometria padronizada, de acordo com a NBR
6123/1988;
• Casos de edificações diferentes da
padronização, é necessário realizar ensaios em
túneis de vento.
Ensaio de túnel de vento – Estádio Morumbi - SP Vista externa de túnel de vento – IPT-SP
–Definições
• Barlavento: região onde sopra o vento, em
relação à edificação;
• Sotavento: região oposta de onde sopra o
vento, em relação à edificação;’
• Sobre pressão: pressão efetiva acima da
pressão atmosférica de referência (positivo);
• Sucção: pressão efetiva abaixo da pressão
atmosférica de referência (negativo);
• Superfície frontal: superfície definida pela
projeção ortogonal da edificação, estrutura ou
elemento estrutural sobre um plano
perpendicular à direção do vento (superfície de
sombra);
• Vento básico: velocidade básica de vento ��adotada nos cálculos;
• Vento de alta turbulência: consultar a norma;
• Vento de baixa turbulência: contrário ao tópico
anterior.
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–Procedimentos para o cálculo das
forças devidas ao vento nas
edificações.
• São as seguintes considerações a serem adotadas:
�Elementos de vedação e suas fixações (telhas,
vidros, esquadrias, painéis de vedação, etc.);
�Partes da estrutura (telhados, paredes, etc.);
�A estrutura como um todo;
�Vento sobre estruturas parcialmente executada: verificar
a norma.
–Determinação das forças estáticas
devidas ao vento.
• Obtidos a partir de:
• Velocidade básica do vento, V0, varia de acordo
com a região do Brasil;
• Velocidade característica do vento, Vk:
• Vk=V0.S1.S2.S3
• Pressão dinâmica do vento:
• q=0,613.Vk2 .
�as unidades das equações no SI.
–Determinação dos efeitos
dinâmicas do vento
• Definição da velocidade básica do vento V0:
� velocidade de uma rajada de 3 s, excedida em
média uma vez em 50 anos, a 10 m acima do
terreno, em campo aberto e plano.
• Isopletas da velocidade básica é apresentada
na figura a seguir.
• Fator topográfico. Fator S1.
• Leva em consideração o relevo do terreno,
sendo os seguintes parâmetros:
�Terreno plano ou fracamente acidentado: S1 =
1,0;
�Taludes e morros:
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• taludes e morros alongados nos quais pode ser admitido um fluxo de ar bidimensional, conforme a figura.
�nos pontos A e C: S1 =1,0;
�no ponto B:
�� � 3°�� � � 1,0
�6° � 17°:
�� � � 1,0 � 2,5 ��
��� � � 3° � 1,0;
�� � 45°:
�� � � 1,0 � 2,5 ��
�∙ 0,31 � 1,0;
�interpolar linearmente nas inclinações onde as expressões acima não contemplam
�vales profundos, protegidos de ventos de
qualquer direção: S1 =1,0.
�Dependendo das situações, há necessidade de
realizar ensaios em túnel de vento e/ou
medições com anemômetros in loco.
• Rugosidade do terreno, dimensões
da edificação e altura sobre o
terreno. Fator S2.
• Leva em consideração o relevo do terreno paradeterminar a velocidade do vento;
• A velocidade aumenta conforme aumenta aaltura em relação ao solo, mas que depende darugosidade do terreno;
• Sendo os seguintes parâmetros a seremconsiderados:
�Rugosidade do terreno que é dividido em cincocategorias:
• Categoria I: superfícies lisas de
grandes dimensões, com mais de 5
km de extensão, medida na direção e
sentido do vento incidente. Exemplos:
�mar calmo;
�lagos e rios;
�pântanos sem vegetação.
• Categoria II: terrenos abertos em nível
ou aproximadamente em nível, com
poucos obstáculos, tais como árvores e
edificações baixas. Exemplos:
�zonas costeiras planas;
�pântanos com vegetação rala;
�campos de aviação;
�fazendas sem sebes ou muros.
�A cota média do topo dos obstáculos é
considerada inferior ou igual a 1,0 m.
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• Categoria III: terrenos abertos em nívelou aproximadamente em nível, compoucos obstáculos, tais como árvores eedificações baixas. Exemplos:
�granjas e casas de campo, com exceçãodas partes com matos;
�fazendas com sebes e/ou muros;
�subúrbios a considerável distância docentro, com casas baixas e esparsas.
�A cota média do topo dos obstáculos éconsiderada igual a 3,0 m.
• Categoria IV: terrenos cobertos por obstáculos
numerosos e pouco espaçados, em zona
florestal, industrial ou urbanizados. Exemplos:
�zonas de parques e bosques com muitas
árvores;
�cidades pequenas e seus arredores;
�subúrbios densamente construídos de grandes
cidades;
�áreas industriais plana ou parcialmente
desenvolvidas.
�A cota média do topo dos obstáculos é
considerada igual a 10 m ou com cotas maiores
que não sejam consideradas de categoria V.
• Categoria V: terrenos cobertos por
obstáculos numerosos, grandes, altos e
pouco espaçados. Exemplos:
� florestas com árvores altas, de copas
isoladas;
� centros de grandes cidades;
� complexos industriais bem
desenvolvidos.
� A cota média do topo dos obstáculos
é considerada igual ou superior a 25
m.
• Dimensões de edificações.
�Em função da dimensão, a atuação
de vento é variável. Sendo assim, são
divididos em seguintes classes:
• Classe A: todas as unidades de
vedação, seus elementos de fixação e
peças individuais de estruturas sem
vedação. Toda edificação na qual a
maior dimensão horizontal ou vertical
não exceda 20;
• 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;
• Classe C: toda edificação ou parte de
edificação para a qual a maior
dimensão horizontal ou vertical da
superfície frontal exceda 50 m.
• Altura sobre o terreno.
�O fator S2 é calculado a partir da
seguinte expressão:
�� � �. �� .�
10
�
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• Fator estatístico S3.
• Leva-se em consideração o grau de
segurança para o tipo de finalidade:
• Coeficiente aerodinâmicos para
edificações correntes
� As edificações estão sujeitas à pressão e sucção
de vento, no exemplo, respectivamente,
barlavento e de sotavento;
Cp=Ce-Ci;
Cp=1,0-(-0,5)=1,5
• Coeficiente de pressão e de forma,
externos
• A NBR 6123 tabela os coeficientes de pressão ede forma externos para diferentes geometriasde construções, tabelas 4 a 9.
� Como exemplo, são apresentados as tabelas 4e 5:
�A tabela 4 ilustra os coeficiente pressão e deforma, externos, para paredes de edificaçõesde planta retangular;
� A tabela 5 ilustra coeficiente de pressão e deforma, externos, para telhados com duas águassimétricas, em edificações de planta retangular.
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Continuação da tabela anterior
• Coeficiente de pressão interna ���• É em função da permeabilidade das paredes,
que são aberturas devidas:�Juntas;�Painéis de vedações entre telhas;�Vãos de portas e janelas;�Ventilação no telhado;�Chaminés;�Lanternins....� O índice de permeabilidade é definido pela
relação entre a área das aberturas e a áreatotal desta parte.
• a) Duas faces opostas igualmente
permeáveis e as outras faces
impermeáveis:
�a.1) Para vento perpendicular a uma facepermeável:
��� � �0,2
�a.2) Para vento perpendicular a uma faceimpermeável:
��� � �0,3
• b) Quatro faces igualmente permeáveis:
• Adotar a pior situação:��� � 0 �� ��� � �0,3
• Para edificações efetivamente estanques e
com janelas fixas que tenham uma
probabilidade desprezável de serem
rompidas por acidente, considerar o mais
nocivo dos seguintes valores:
��� � 0 �� ��� � �0,2
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• c) Construções com permeabilidade
igual em todas as faces, exceto por
uma abertura dominante em uma
delas:
�c.1) abertura dominante na face de barlavento:
Ad/As Cpi1,0 +0,11,5 +0,32,0 +0,53,0 +0,6
>=6,0 +0,8
�c.2) Abertura dominante na face de sotavento:
��� � �� tabela 4
�c.3) Abertura dominante situada em face
paralela à direção do vento;
�c.3.1) Abertura fora da zona de alto valor de
��� → ��� � ��,
Adotar o valor do coeficiente de forma externo,
��, correspondente ao local de abertura nessa
face, tabela 4
�c.3.1) Abertura dominante situada em zona de
alta sucção externa:
Ad/As Cpi
<0,25 -0,4
0,50 -0,5
0,75 -0,6
1,00 -0,7
1,50 -0,8
3,00 -0,9
• Força estática devida ao vento
• Os valores são obtidos experimentalmente em
túneis de vento, sendo dada pela seguinte
equação:
� � �� � �� ∙ ∙ �
��� = coeficiente de forma externo: Ce = Fe/q.A
��� = coeficiente de forma interno: Ci = Fi/q.A
• A força global do vento atuando em uma
construção, Fa, é obtida pela soma vetorial das
forças do vento:
Fa = Ca.q.Ae
• Onde:
�Ca = coeficiente de arrasto;
�Ae = área frontal efetiva, face da área
perpendicular ao vento.
• Uma componente qualquer de força global é
obtida por:
F = Cf.q.A
�Cf = coeficiente de força, especificado em cada
caso;
�A = área de referência
Ações devidas à ponte rolante
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–Objetivo
• Analisar as forças horizontais devidas às pontes
rolantes. Essas forças são em razão das
frenagens, aceleração e levantamento não
centrada das cargas.
–Ponte rolante
• As pontes rolantes são utilizadas para movimentar
cargas dentro do galpão, carregamento e
descarregamento de materiais de caminhões;
• As rodas motrizes das vigas da ponte rolante
apoiam sobre os trilhos, localizadas em cada
extremidade da viga, e constam de troles que
movimentam transversalmente;
• O guincho motorizado está sobre o trole, que por
sua vez consta de roldanas para levantar cargas. O
acionamento do guincho pode ser por meio de
botoeira ligada por meio de cabos elétricos, por
controle remoto ou controlado dentro de cabine.
• As pontes podem ser adquiridas em modelos
padrões ou fabricadas sobre medida para casos
de grande porte.
Vista de uma ponte rolante em operação. Esquema de uma ponte rolante com os seus componentes.
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Esquema de acionamento de rodas motrizes.
Roda motriz
Vista de trole. Sistema de roldana e gancho para fixação da carga.
Esquema de distribuição de carga devido ao
deslocamento do trole sobre a viga.
–Forças horizontais devidas às
pontes rolantes
• Força longitudinal= HL
�Considera-se aplicada uma força horizontal notopo do trilho. Caso não conheça o valor comprecisão, adota-se uma carga de 20% da somatotal da carga em cada roda motriz.
• Força no para-choque = F
�De acordo com a NBR 8800, a força devida aochoque da ponte rolante com batente deve serinformada pelo fabricante, que também deveespecificar e, se possível, fornecer o batente.
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�Segundo a AISE ( Association of Iron and SteelEngineers) no 13 sugere uma formula da forçahorizontal sobre os para-choque, com absorçãode energia por meio de molas ou cilindroshidráulicos.
Onde:W: peso total da ponte, em kN, excluída a carga a ser içada;V: velocidade da ponte, em m/s, sendo consideradas 50% davelocidade máxima;g: 9,81 m/s2;T: comprimento de encurtamento do batente da ponte = a0,05m.
• Força transversal = HT
Deve ser igual ao maior valor dos seguintesvalores:
• 10% do peso combinado da carga a ser içadamais o peso do trole e dos dispositivos deiçamento;
• 5% da soma da carga içada mais o peso total daponte, incluindo trole e dispositivo deiçamento;
• 15% da carga içada, exceto para galpõessiderúrgicos, cujos valores são dados na tabelaa ser a seguir:
Tipo de ponte Força transversal
% da carga içada
(para cada lado)
Ponte de aciaria e laminação 20
Ponte com caçamba e eletroímã
Ponte de pátio de placa e tarugos
50
Ponte de forno poço 100
Ponte de estripador 100% do peso do lingote e lingoteira
• Já a norma DIN (Deutsches Institut fürNormung) estabelece que a força transversalpor roda seja igual a 10% da carga vertical queestá atuando nela, dando valores diferentespara cada lado.
• De acordo com a norma Russa, estabelece umaforça transversal uma carga igual a 5% da cargaiçada mais o peso do trole, com valores iguaispara cada lado.
• Observação: nos casos em que a rigidezhorizontal transversal da estrutura, onde estãoapoiadas as rodas for diferente, a distribuiçãode forças transversais será proporcional àrigidez de cada lado.
Por exemplos, na figura (a) rigidez igual, na figura(b) rigidez diferente, do lado esquerdo a rigidez é odobro da direita.
a b
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–Impacto vertical
• No dimensionamento: vigas de rolamento, suasligações e pilares devem ser considerados oimpacto vertical para majoração das cargasmóveis das pontes rolantes. Sendo os seguintesvalores adotados:
�Para pontes rolantes operadas da cabine: 25%;
�Para as pontes rolantes operadas por controlependente ou remoto: 10%.
–Combinações de pontes rolantes para
o cálculo de vigas de rolamento e de
estruturas suportes.
• Recomendações a partir da experiênciaprofissional (Bellei), AISE no 13, NBR 8800, SteelDesigner Handbook e Recomendações Inglesas.
�Edifícios de uma nave:
Para uma ponte rolante: a carga vertical comimpacto e as forças transversal e longitudinalmáxima na posição mais desfavorável. Independentedas verificações a seguir, esta consideração deve sersempre analisada.
• Duas pontes que correm sobre o mesmocaminho:
�Quando as pontes trabalham juntas paraiçarem cargas maiores que a sua capacidade deuma delas ou em função da peça a içar,considerar: a carga vertical sem impacto e 50%das forças transversal e longitudinal máximas,na posição que provoque os maiores esforços.Esses valores são justificados, pois as pontesrolantes trabalham lentamente;
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• Se o conjunto de pontes trabalharem próximas,considerar a ponte mais carregada, com a forçatransversal e longitudinal máxima e as demaispontes carregadas, sem forças horizontais, naposição mais desfavorável do conjunto. Semconsiderar impacto vertical.
�Edifícios de duas ou mais naves.
Analisar os esforços em apenas duas navestrabalhando em conjunto, considerando as piorescondições.
• Se o conjunto de pontes trabalharem próximas,considerar a ponte mais carregada, com a forçatransversal e longitudinal máxima e as demaispontes carregadas, sem forças horizontais, naposição mais desfavorável do conjunto. Semconsiderar impacto vertical.
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• Uma ponte e uma nave e uma ponte na naveadjacente, estando as vigas conectadas deforma a resistirem às forças horizontais,considerar: o impacto vertical e as forçastransversais da ponte que causem as maioressolicitações e a outra ponte carregada, semimpacto e sem força transversal. A forçalongitudinal deverá ser calculada para ambas,figura (b).
• Uma ou duas pontes em uma nave e uma ouduas pontes na nave adjacente, considerar: acarga vertical máxima por roda com impactovertical e as forças horizontal transversal elongitudinal da ponte que provoquem asmaiores solicitações. As demais pontescarregadas, sem nenhuma força horizontal. Emambos os casos não se deve deixar de verificaros efeitos de uma ponte isolada em cada nave.
• Pontes em vários níveis.
É necessário analisar a pior situação. Porexemplo, na figura (a) não é possívelsimultaneidade, mas na (b) é possível.
(a) (b)
Vigas de rolamento
–Definição
• Vigas de rolamento sustentam o caminho derolamento das pontes rolantes (trilhos);
• transmitem os esforços para as estruturassuportes;
• Normalmente são consideradas como biapoiadas, para diminuir o efeito de fadiga. Ostipos de perfis adotados são:
�perfis tipo I , laminado ou soldado, e paragrandes vãos e/ou peso são adotadas treliças,viga-caixão ou viga mista.
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• As vigas de rolamento estão sujeitas às
seguintes cargas e forças:
�Cargas verticais;
�Forças horizontais transversais (HT);
�Forças horizontais longitudinais (HL).
• Esforços atuando no trilho:
� Tipos de seção
Perfis tipo I:
• Viga sem reforço lateral, cargas até 5 tf e vão até 6 m;
• Viga com reforço lateral, cargas até 5 tf e vão até 6 m;
• Viga com reforço lateral, cargas entre 5 – 25 tf e vão até 7m;
• Viga assimétrica projetada para receber carga transversal;
• Viga para vencer vão acima de 25 m – viga caixão;
• Viga para vencer vão acima de 25 m – estrutura treliçada;
Viga composta de treliça e perfil I
• Regras para escolha do tipo geométrico de perfis:
�Vãos até 6 – 7 m as vigas de rolamento podem
suportar isoladamente as cargas atuantes;
�Vãos até 11 - 13 m fazem-se contenção lateral na
mesa superior (casos “d” e “e”);
�Para vãos superiores e com cargas superiores a 25
t, faz-se contenção na mesa superior e inferior.
– Flechas admissíveis
• Vertical, devido ao trem-tipo (carga móvel), sem
impacto:
�Vigas para pontes rolantes com capacidade ≤ 20 tf
= L/600;
�Vigas para pontes rolantes com capacidade ≥ 20 tf
= L/800;
�Vigas para pontes rolantes siderúrgicas = L/1000.
• lateral, devido ao trem-tipo:
�Vigas para qualquer ponte rolante= L/600;
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– Relações para pré-dimensionamento
• Podem ser adotadas as seguintes relações para a
economia da estrutura e um pré-dimensionamento
mais rápido: Para L/600 L/10 >d>L/14
Para L/800 L/8 >d>L/12
Para L/1000 L/6 >d>L/10
Para mesas
comprimidas
L/20>bf>L>40
Relação entre a
espessura da mesa e
alma
tf/tw ≤4
Espessura mínima
recomendadatw≥6,3mm e tw≥�
��
����
�
�para fy= 2,50
tf/cm2
Relação entre altura da viga e vão em função da flecha admissível.
–Contraflecha
• Deve ser dada para todas as vigas com vão derolamento superiores a 20 m. Sendo igual àdeflexão provocada pela carga permanente, mais25% da carga móvel sem impacto.
–Interligações entre vigas de rolamento
• Adotadas para galpões geminados.
–Resistência à fadiga
• Verificação a um determinado número de ciclos de
cargas, que corresponde à vida útil da estrutura;
• Será estudado em um capítulo a dimensionar ao
efeito da fadiga.
–Enrijecedores (nervuras)
• Em termos de economia de material, adotam-seperfis de pequena espessura. Enrijecedores sãopara combater flambagem local da alma e dasmesas, devida à flexão e/ou esforço cisalhante;
• Para combater flambagem, adotam-seenrijecedores com nervuras verticais, horizontaisou combinação das duas.
• Os enrijecedores verticais combatem os esforçosde cisalhamento ou no ponto onde são aplicadosgrandes cargas na viga;
• O enrijecedor mais simples é a barra retangular. Assoldas podem ser contínuas ou intermitentes
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–Enrijecedores verticais de apoio
• Recomenda-se adotar enrijecedores na região de
apoio da viga, para transmitir as reações
provocadas pelas pontes rolantes na mesa superior
das vigas até a mesa inferior e consequentemente
para a base de apoio;
• A área para transmissão de carga leva em conta
uma parcela da alma, conforme as figuras a seguir.
• A área para transmissão de carga leva em conta
uma parcela da alma, conforme as figuras a seguir:
• Detalhe construtivo:
Dimensões adotadas normalmente:
� � ����
��25
Diferentes tipos de apoios:
Enrijecedor passando mesa inferior;
Viga apoiada sobre um pilar estreito;
Viga apoiada sobre um pilar largo;
Viga contínua.
• Diferentes tipos de apoios:
� Enrijecedor passando mesa inferior;
� Viga apoiada sobre um pilar estreito;
� Viga apoiada sobre um pilar largo;
� Viga contínua.
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–Enrijecedores intermediários
• Mesmo que no cálculo seja desnecessáriacolocação de enrijecedores intermediários,recomenda-se colocar para combater aexcentricidade dos trilhos para evitarempenamento da alma e mesa.
• Espaçamento recomendado:
�1500 mm ou 3 d, adotar o que for menor.
1500 ��
3 �
• Recomendação da AISE no. 13, colocar
enrijecedores sempre que:
�h/tw> 70 e fv>= 4500(h/tw)^2 tf/cm^2 e a menor
dimensão dos painéis a e h não exceda 92,3�
� cm.
� Recomendação da NBR 8800 e AISC:
�espaçamento máximo entre enrijecedores
transversais, que a relação a/h menor que 3,0. No
entanto, caso a relação h/tw seja inferior a 260, a
relação a/h é ilimitada;
�Para evitar o efeito de fadiga, pode-se interromper
os enrijecedores verticais a uma distância de 4 tw a
6 tw do topo da mesa inferior, figura (a);
�Para vigas acima de 2500 mm, ou quando se tem
necessidade levar enrijecedor até a mesa inferior,
adota-se um dos artifícios figuras (b, c, d, e);
�Momento de inércia de um enrijecedor (singelo ou
par) em relação ao eixo não pode ser inferior a
(h/50)^4;
�Mukhanovsugere largura be>= (h/30)+40mm;
�experiência do Idony sugere 0,25 da largura da
mesa, e como referencia, respeitando a inércia
mínima e a relação��
�
��
��
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�Quando se adota enrijecedores esbelta, existe o
recurso de utilizar enrijecedores longitudinais,
afastados entre 0,20 a 0,25 da altura do topo da
viga;
�Enrijecedores curtos, com comprimento que
ultrapasse a linha neutra, em razão da carga
dinâmica e excentricidade dos trilhos, há grande
possibilidade de fissura na alma.
–Soldas
• As soldas são dimensionadas conforme as
seguintes equações:
N=(hT+tfs).2.cotg a
Para a = 450 N=2x(hT+tfs)
Para a = 300 N=3,5x(hT+tfs)
Os esforços cisalhantes na solda são os seguintes
valores:
�� ���.�
�.�devido ao esforço cortante;
� ��� �.�� ���
�.�devido à pressão da roda
� � ��� � ���
� O autor (Idony) sugere as seguintes
recomendações:
�Para alma <= 12,5 mm – filete com alta penetração;
�Para alma > 12,5 mm – penetração completa com
chanfro em K.
�A solda entre alma e mesa tracionada deve ser de
filete, figura a seguir.
– Solda de enrijecedor com alma
• A solda deve ser calculada pela expressão:
��� ���
138
�
em tf/cm. A solda pode ser mínima ou intermitente.
–Tensões locais em vigas de rolamento
• A solda deve ser calculada pela expressão:
��� ��. ��
8 ! � "#. 2 ! � !# .
%
�
&
• fbw = tensão local devida à flexão provocada pela roda na mesa superior, tf/cm2;
• P = carga máxima da roda tf;
• It = momento de inércia da seção do trilho, cm4;
• lm = momento de inércia da mesa superior, cm;
• tfs = espessura da mesa superior, cm;
• h = altura da alma, cm.
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• Esquemas de ligações trilhos e mesa superior
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