projeto de estrutura metÁlica: torre para salta-z
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UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA
CHARLES JOSÉ PETRY JUNIOR
PROJETO DE ESTRUTURA METÁLICA:
TORRE PARA SALTA-Z
Palhoça
2019
CHARLES JOSÉ PETRY JUNIOR
PROJETO DE ESTRUTURA METÁLICA:
TORRE PARA SALTA-Z
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. Valdi Spohr, Msc.
Palhoça
2019
A Deus, que nos criou e foi criativo nesta tarefa.
Seu fôlego de vida em nós foi sustento e nos deu
coragem para questionar realidades e propor
sempre um novo mundo de possibilidades.
AGRADECIMENTOS
Agradeço aos meus pais, Charles José Petry e Andreia Terezinha Martins, por todo
apoio, dedicação, paciência, amor e por sempre estarem presentes nos melhores e piores
momentos da minha vida.
Aos meus irmãos Gabriel José Petry e Julia Terezinha Petry, por todo apoio, amor
e carinho.
A minha namorada e amiga Natalia Sangaletti Simas pelo amor, paciência,
compreensão, companheirismo e por sempre estar ao meu lado em todos os momentos.
A todos os professores da Unisul, que ao longo desses cinco anos contribuíram para
a realização deste trabalho através do conhecimento compartilhado.
Agradeço em especial ao professor Valdi Henrique Spohr, pela oportunidade,
orientação e confiança.
E, por fim, agradeço a todos que, de alguma forma, tenham me ensinado e apoiado
na trajetória até esta conquista.
“Nós somos o que repetidamente fazemos. A excelência, então, não é um ato, mas
um hábito” (Will Durant, 1926).
RESUMO
Observando a necessidade da sociedade em relação a água tratada e sua importância
socioeconômica, a Fundação Nacional de Saúde desenvolveu um sistema de tratamento de água
por zeólita (SALTA-z), para comunidades de baixa renda. Mas, para a instalação desse sistema,
há a necessidade de uma estrutura capaz de suportá-lo. As estruturas de aço possuem diversas
vantagens que proporcionam soluções eficientes e arrojadas para a construção civil por isso,
tendo em vista o grande potencial desse material, foi desenvolvido um projeto de estrutura
metálica para servir de suporte ao SALTA-z. A estrutura foi projetada de acordo o sistema,
sendo feito o dimensionamento dos perfis metálicos segundo NBR 8800:2008 e por fim, o
detalhamento de toda a estrutura, possibilitando sua fabricação e montagem.
Palavras-chave: SALTA-z. Estrutura metálica. Projeto. Dimensionamento. NBR 8800:2008.
ABSTRACT
Watching de society necessity for potable water, and its socioeconomics importance, the
National Health Foundation has developed a zeolite water treatment system (SALTA-z) for
low-income communities. But for the installation of this system, there is a need for a structure
capable of supporting it. Steel structures have several advantages that provide efficient and bold
solutions for the construction industry so, owing to the great potential of this material, a metal
structure project was developed to support SALTA-z. The structure was designed according to
the system, being made the sizing of the metal profiles according to NBR 8800: 2008 and
finally, the detailing of the whole structure, enabling its manufacture and assembly.
Keywords: SALTA-z. Metal Structure. Project. Sizing. NBR 8800:2008.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1: Representação SALTA-z .......................................................................................... 16
Figura 2: Desenho esquemático da SALTA-z .......................................................................... 17
Figura 3: Visão interna do filtro ............................................................................................... 18
Figura 4: Componentes estruturais ........................................................................................... 20
Figura 5: Diagrama tensão x deformação ................................................................................. 22
Figura 6: Principais tipos de produtos siderúrgicos laminados de utilização estrutural ........... 29
Figura 7: Perfis de chapa dobrada ............................................................................................ 29
Figura 8: Perfis Soldados e Perfis Compostos.......................................................................... 30
Figura 9: Perfil Soldado conforme NBR 5884 (2005) ............................................................. 31
Figura 10: Tipos de soldagem .................................................................................................. 32
Figura 11: Identificação dos parafusos ..................................................................................... 33
Figura 12: Descrição geral dos parafusos ................................................................................. 33
Figura 13: Isopletas da velocidade básica 𝑉𝑜 (m/s) ................................................................. 49
Figura 14: Coeficiente de arrasto, para torres reticuladas ........................................................ 53
Figura 15: Fator de proteção ..................................................................................................... 55
Figura 16: Espaçamentos s e g entre furos 1 e 2 ...................................................................... 58
Figura 17: Ilustração dos valores de 𝑒𝑐 em seções abertas ..................................................... 59
Figura 18: Chapa plana com força de tração transmitida por solda longitudinal ..................... 60
Figura 19: Geometria da estrutura ............................................................................................ 67
Figura 20: Carregamento da Chapa expandida em kg/m² ........................................................ 69
Figura 21: Carregamento do reservatório em kg/m² ................................................................. 70
Figura 22: Sobrecarga na estrutura, em kg/m² .......................................................................... 70
Figura 23: Força do vento na estrutura, em kgf. ....................................................................... 77
Figura 24: Disposição dos perfis selecionados na estrutura ..................................................... 80
Figura 25: Deformações máximas (%) ..................................................................................... 83
Figura 26: Deformação máxima em X3 (cm *10²) .................................................................. 83
Figura 27: Deformação máxima em X1 ................................................................................... 84
Figura 28: Atuação da força axial + momento no plano superior da estrutura ........................ 85
Figura 29: Atuação da força axial + momento na parte inferior da estrutura ........................... 86
Figura 30: Máximos esforços no plano superior da estrutura .................................................. 87
Figura 31: Máximos esforços na base da estrutura ................................................................... 87
Figura 32: Esbeltez nas barras de contraventamento ................................................................ 88
Figura 33: Esforços solicitantes para chumbadores, em kgf. ................................................... 91
Figura 34: Planta de cargas ....................................................................................................... 94
LISTA DE QUADROS
Quadro 1: Perfis Laminados ..................................................................................................... 28
Quadro 2: Definição de categorias para determinação de S2 ................................................... 50
Quadro 3: Definição de classes de edificação para determinação de S2 .................................. 51
Quadro 4: Resultados do vento perpendicular a estrutura ........................................................ 76
Quadro 5: Resultados do vento diagonal a estrutura ................................................................ 76
Quadro 6: Resultados contraventamento .................................................................................. 89
Quadro 7: Resultados na travessa ............................................................................................. 90
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Propriedades mecânicas do aço ................................................................................ 24
Tabela 2: Categorias de Aço Carbono ...................................................................................... 25
Tabela 3: Propriedades Mecânicas dos Aços Carbono ............................................................. 26
Tabela 4: Propriedades Mecânicas dos Aços Baixa Liga ......................................................... 27
Tabela 5: Materiais usados em parafusos ................................................................................. 34
Tabela 6: Distância mínima de um centro de um furo-padrão à borda .................................... 35
Tabela 7: Dimensões máximas de furos para parafusos ........................................................... 36
Tabela 8: Valores dos coeficientes de ponderação das ações ................................................... 41
Tabela 9: Valores dos fatores de combinação e de redução para as ações variáveis ............... 42
Tabela 10: Parâmetros meteorológicos..................................................................................... 51
Tabela 11: Valores mínimos do fator estatístico S3 ................................................................. 52
Tabela 12: Componentes de força de arrasto nas faces de torres reticuladas ........................... 54
Tabela 13: Coeficientes de arrasto, para corpos de seção constante ........................................ 55
Tabela 14: Valor de 𝑥 em função do índice de esbeltez 𝜆0 ...................................................... 61
Tabela 15: Coeficiente de flambagem por flexão de elementos isolados ................................. 64
Tabela 16: Valores de (𝑏𝑡)𝑙𝑖𝑚 ................................................................................................. 65
Tabela 17: Ações existentes na estrutura .................................................................................. 78
Tabela 18: Combinação das ações ............................................................................................ 78
Tabela 19: Propriedades mecânicas do aço ASTM A36 .......................................................... 79
Tabela 20: Perfis selecionados para a estrutura ........................................................................ 79
Tabela 21: Deslocamentos máximos ........................................................................................ 82
Tabela 22: Resumo de aço ........................................................................................................ 93
Tabela 23: Tabela de Cargas .................................................................................................... 94
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO................................................................................................................. 12
1.1 TEMA .............................................................................................................................. 13
1.2 DELIMITAÇÃO DO TEMA ........................................................................................... 13
1.3 OBJETIVOS .................................................................................................................... 13
1.3.1 Objetivo geral .............................................................................................................. 13
1.3.2 Objetivos específicos ................................................................................................... 14
1.4 JUSTIFICATIVAS .......................................................................................................... 14
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO .................................................................................... 15
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................................ 16
2.1 SOLUÇÃO ALTERNATIVA COLETIVA DE TRATAMENTO DE ÁGUA POR
ZEÓLITA (SALTA-Z) ............................................................................................................. 16
2.1.1 História ......................................................................................................................... 16
2.1.2 O que é SALTA-z? ...................................................................................................... 17
2.1.3 Funcionamento ............................................................................................................ 17
2.1.3.1 Elemento Filtrante - Zeólita ........................................................................................ 18
2.2 SISTEMAS ESTRUTURAIS .......................................................................................... 20
2.3 AÇO ................................................................................................................................. 21
2.3.1 Vantagens e desvantagens do aço estrutural ............................................................ 21
2.3.2 Curva tensão x deformação ........................................................................................ 22
2.3.3 Propriedades dos aços ................................................................................................. 23
2.3.4 Constantes físicas do aço............................................................................................. 24
2.3.5 Tipos de aços estruturais ............................................................................................ 24
2.3.5.1 Aços Carbono ............................................................................................................. 25
2.3.5.2 Aços de Baixa Liga .................................................................................................... 26
2.3.6 Perfis ............................................................................................................................. 28
2.3.6.1 Perfis laminados ou conformados a quente ................................................................ 28
2.3.6.2 Perfis de chapa dobrada ou conformados a frio ......................................................... 29
2.3.6.3 Perfis soldados e compostos ....................................................................................... 30
2.3.7 Ligações ........................................................................................................................ 31
2.3.8 Ligações soldadas ........................................................................................................ 32
2.3.9 Ligações parafusadas .................................................................................................. 33
2.3.9.1 Parafusos comuns ....................................................................................................... 34
2.3.9.2 Parafusos de alta resistência ....................................................................................... 34
2.3.9.3 Distancias mínimas e máximas de um furo as bordas ................................................ 35
2.3.9.4 Espaçamento mínimo entre furos ............................................................................... 35
2.3.9.5 Dimensões máximas de furos para parafusos ............................................................. 36
2.3.9.6 Força resistente de cálculo ao cisalhamento ............................................................... 36
2.3.9.7 Força resistente de cálculo à tração ............................................................................ 36
2.3.9.8 Tração e cisalhamento combinados ............................................................................ 37
2.3.10 Corrosão ....................................................................................................................... 38
2.3.11 Galvanização ................................................................................................................ 38
2.4 AÇÕES ............................................................................................................................ 39
2.4.1 Ações permanentes (𝑭𝒈𝒌) .......................................................................................... 39
2.4.1.1 Ações permanentes diretas ......................................................................................... 39
2.4.1.2 Ações permanentes indiretas ...................................................................................... 39
2.4.2 Ações variáveis (𝑭𝒒𝒌) ................................................................................................. 40
2.4.3 Ações excepcionais....................................................................................................... 40
2.5 COEFICIENTES DE PONDERAÇÃO DAS AÇÕES .................................................... 41
2.6 COMBINAÇÕES DE AÇÕES ........................................................................................ 43
2.6.1 Combinações últimas normais (ELU) ....................................................................... 43
2.6.2 Combinações últimas especiais ou de construção (ELU) ......................................... 44
2.6.3 Combinações últimas excepcionais (ELU) ................................................................ 45
2.6.4 Combinações quase permanentes de serviço (ELS) ................................................. 46
2.6.5 Combinações frequentes de serviço (ELS) ................................................................ 47
2.6.6 Combinações raras de serviço (ELS) ......................................................................... 47
2.7 FORÇAS DEVIDAS AO VENTO .................................................................................. 48
2.7.1 Determinação das forças estáticas devidas ao vento ................................................ 48
2.7.2 Velocidade básica do vento, 𝑽𝒐 .................................................................................. 49
2.7.3 Fator topográfico, 𝑺𝟏 .................................................................................................. 50
2.7.4 Fator de rugosidade, 𝑺𝟐 .............................................................................................. 50
2.7.5 Fator estatístico, 𝑺𝟑 ..................................................................................................... 52
2.7.6 Torres reticuladas ....................................................................................................... 52
2.8 CONDIÇÕES PARA DIMENSIONAMENTO DE BARRAS DE AÇO ....................... 56
2.8.1 Peças tracionadas ........................................................................................................ 56
2.8.1.1 Área líquida efetiva .................................................................................................... 57
2.8.1.2 Área líquida ................................................................................................................ 57
2.8.1.3 Coeficiente de redução ............................................................................................... 58
2.8.2 Peças comprimidas ...................................................................................................... 60
2.8.2.1 Fator de redução, 𝑥 ..................................................................................................... 61
2.8.2.2 Força axial de flambagem elástica ............................................................................. 62
2.8.2.3 Força axial de flambagem elástica e coeficiente de flambagem: Seções
monossimétricas ....................................................................................................................... 63
2.8.2.4 Valores de coeficiente de flambagem por flexão ....................................................... 63
2.8.2.5 Flambagem local de barras axialmente comprimidas ................................................ 64
3 MÉTODO .......................................................................................................................... 66
3.1 CLASSIFICAÇÃO DO ESTUDO ................................................................................... 66
3.2 SOFTWARES E PROGRAMAS UTILIZADOS ............................................................ 66
3.3 MODELO PROPOSTO ................................................................................................... 66
3.3.1 Critérios de dimensionamento ................................................................................... 68
3.3.2 Detalhamento ............................................................................................................... 68
3.4 AÇÕES PERMANENTES .............................................................................................. 68
3.4.1 Peso Próprio da estrutura........................................................................................... 68
3.4.2 Chapa expandida (piso) .............................................................................................. 68
3.5 AÇÕES VARIÁVEIS ...................................................................................................... 69
3.5.1 Reservatório ................................................................................................................. 69
3.5.2 Sobrecarga ................................................................................................................... 70
3.6 VENTO ............................................................................................................................ 71
3.6.1 Velocidade básica 𝑽𝟎 ................................................................................................. 71
3.6.2 Fator topográfico 𝑺𝟏 .................................................................................................. 71
3.6.3 Fator de rugosidade 𝑺𝟐 .............................................................................................. 71
3.6.4 Fator estatístico 𝑺𝟑 ..................................................................................................... 73
3.6.5 Velocidade característica 𝑽𝒌 ..................................................................................... 73
3.6.6 Pressão dinâmica ......................................................................................................... 73
3.6.7 Força de arrasto .......................................................................................................... 74
3.7 COMBINAÇÃO DE AÇÕES .......................................................................................... 78
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................................... 79
4.1 SELEÇÃO DOS ELEMENTOS ...................................................................................... 79
4.2 ANÁLISE ESTRUTURAL ............................................................................................. 81
4.2.1 Deformação ou deslocamento da estrutura .............................................................. 81
4.2.2 Atuação da força axial + momento na estrutura ...................................................... 85
4.2.3 Análise do máximo dos resultados atuantes nas barras .......................................... 87
4.2.4 Análise das barras de contraventamento .................................................................. 88
4.3 DIMENSIONAMENTO DOS PARAFUSOS ................................................................. 89
4.3.1 Ligação contraventamento – coluna .......................................................................... 89
4.3.2 Ligação travessa – coluna ........................................................................................... 90
4.4 DIMENSIONAMENTO DOS CHUMBADORES ......................................................... 91
4.5 COMPRIMENTO E PESO DOS ELEMENTOS UTILIZADOS ................................... 93
4.6 PLANTA DE CARGAS .................................................................................................. 94
5 CONCLUSÃO ................................................................................................................... 95
5.1 SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS .............................................................. 95
REFERÊNCIAS...................................................................................................................... 97
ANEXOS.................................................................................................................................. 99
ANEXO A – INSTRUÇÕES BAKOFTEC PARA RESERVATÓRIOS ......................... 100
ANEXO B – RESULTADOS DETALHADOS - TERÇA MAIS SOLICITADA ........... 101
ANEXO C – RESULTADOS DETALHADOS - TRAVESSA MAIS SOLICITADA ... 103
ANEXO D – RESULTADOS DETALHADOS - COLUNA MAIS SOLICITADA ....... 105
ANEXO E – RESULTADOS DETALHADOS - CONTRAVENTAMENTO MAIS
SOLICITADO ....................................................................................................................... 107
ANEXO F – RESULTADOS GERAIS – TODAS AS BARRAS...................................... 109
ANEXO G – CATÁLOGO CHAPA EXPANDIDA – STRECK METAL ...................... 113
ANEXO H – TABELA DE PERFIS CANTONEIRA ....................................................... 115
ANEXO I – LISTA DE MATERIAIS................................................................................. 116
ANEXO J – FOLHAS DE PROJETO ................................................................................ 121
12
1 INTRODUÇÃO
A água constitui um elemento essencial a todo ser vivo, inclusive o homem,
podendo atingir 75% de seu peso. O homem tem necessidade de água de qualidade e em
quantidade determinada para quase todas suas atividades. Organizações internacionais, como a
Organização Mundial da Saúde (OMS) ou o Fundo das Nações Unidas para a Infância
(UNICEF), recomendam que cada ser humano deveria ter acesso a, no mínimo, 20 litros de
água por dia, provenientes de fontes situadas até 1 quilômetro de sua residência, para atender
suas necessidades básicas diárias.
Segundo a Organização Mundial da Saúde (2017), bilhões de pessoas ainda não têm
acesso a água potável e saneamento, resultando em perdas humanas desnecessárias e evitáveis,
com diferentes impactos na educação e no desenvolvimento socioeconômico.
Levando em conta as necessidades da sociedade com relação a água tratada, pode-
se observar a importância do saneamento básico, por sua influência na saúde, qualidade de vida
e no desenvolvimento da sociedade como um todo.
As cidades mais desenvolvidas do Brasil e do mundo dão prioridade ao saneamento,
mas infelizmente isso não é realidade para as regiões mais carentes. Normalmente, essa mesma
massa populacional também sofre com falta de moradia e renda adequadas.
Com o intuito de promover a saúde pública e a inclusão social por meio de ações
de saneamento e saúde ambiental foi criada a Fundação Nacional de Saúde (FUNASA).
Conforme FUNASA (2018):
As ações contemporâneas desenvolvidas pela Fundação resultam em uma maior inclusão social e contribuem para a melhoria das condições de vida das populações mais carentes, culminando em uma das estratégias do governo federal para a erradicação da extrema pobreza. Um bom exemplo é a implantação de Melhorias Habitacionais para Controle da Doença de Chagas.
Considerando todo esse cenário, no qual o acesso ao saneamento ainda é desigual,
principalmente nas comunidades mais carentes, normalmente distantes de centros urbanos, as
quais não dispõem de fonte segura de água para consumo, a superintendência da Funasa
desenvolveu uma solução alternativa coletiva simplificada de tratamento de água,
denominada SALTA-z, destinada ao consumo em pequenas comunidades, com o objetivo de
suprir essas necessidades.
13
1.1 TEMA
Trata-se do projeto de uma estrutura metálica, que servirá de sustentação para
reservatório de água.
1.2 DELIMITAÇÃO DO TEMA
Este projeto pode ser dividido em duas áreas: sistema de tratamento de água e o
projeto de uma estrutura metálica, para suporte desse sistema.
Sobre o tratamento de água, será dissertado sobre a história, implementação e
importância do sistema SALTA-z.
Quanto ao projeto da estrutura metálica, serão englobados todos os passos do
projeto – desde a concepção da geometria (arquitetura), escolha dos tipos de perfis metálicos,
determinação das cargas atuantes na estrutura, dimensionamento dos perfis, até o detalhamento
da estrutura.
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo geral
Este trabalho tem como principal objetivo desenvolver o projeto de uma estrutura
metálica, que terá como função o apoio e sustentação de um reservatório d’água que atuará em
conjunto com o sistema de tratamento SALTA-z.
14
1.3.2 Objetivos específicos
a) Descrever a respeito do projeto SALTA-z e sua importância;
b) Conceber a geometria da estrutura metálica;
c) Determinar as cargas e ações atuantes na estrutura;
d) Dimensionar os perfis metálicos, conforme NBR 8800 (2008);
e) Detalhar toda a estrutura metálica;
1.4 JUSTIFICATIVAS
Criada por servidores da Funasa, a Solução SALTA-z foi testada e aprovada pelas
comunidades paraenses e está sendo implementada em quase todo o país. O baixo custo e a
facilidade de operação levam água para consumo humano com rapidez às comunidades em
situação de vulnerabilidade social.
Para que esta solução se implemente nas comunidades, existe a necessidade da
construção de uma torre elevada para sustentação do reservatório e dos elementos do sistema,
este reservatório fornecido hoje pela Funasa tem capacidade de 6.000 litros de água.
Atualmente este sistema é implementado principalmente com a construção de torres
de madeira, feitas de maneira totalmente manual pelas comunidades contempladas. Sem um
projeto para essas estruturas e por possuírem uma altura elevada, podem acarretar riscos a
população, tanto no momento de sua montagem, como posteriormente, em possíveis
manutenções.
Com o objetivo de garantir a segurança da população e um melhor desempenho de
todo o sistema, será projetada uma estrutura metálica para sustentar o reservatório em conjunto
à SALTA-z.
A realização de um projeto como este em estrutura metálica, traz diversos
benefícios ao sistema, pois garante uma padronização para as torres, tendo precisão nas
dimensões e propriedades dos materiais. E em caso de necessidade, possibilita a desmontagem
das estruturas e sua posterior montagem em outro local.
15
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO
O trabalho encontra-se estruturado em cinco capítulos:
O Capítulo Um, apresenta a introdução do trabalho, nele é abordado à importância
do estudo. Apresenta os objetivos propostos por este trabalho, assim como justifica os motivos
que levaram a escolha deste tema.
No Capítulo Dois, o referencial teórico, aborda uma revisão bibliográfica sobre os
temas de estudo, buscando familiarizar o leitor com o que futuramente será desenvolvido no
projeto. Trata de explicar conceitos do sistema SALTA-z e de estruturas metálicas, baseadas
nas diversas literaturas de áreas afins e na norma da ABNT NBR 8800:2008, norma que
regulamenta o projeto de estruturas de aço no Brasil.
O Capítulo Três, apresenta o modelo proposto de projeto: suas características,
carregamentos e ações, bem como os softwares que serão utilizados e suas funções, para o
desenvolvimento do projeto.
No Capítulo Quatro, é feita toda a análise dos resultados obtidos durante o projeto,
verificando se estão de acordo com o que estabelece a NBR 8800:2008, determinando assim o
dimensionamento da estrutura, podendo assim realizar o projeto detalhado.
No Capítulo Cinco, considerações finais discutem os principais resultados obtidos
neste trabalho em relação ao tema de estudo apresentando sugestões para trabalhos futuros.
16
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 SOLUÇÃO ALTERNATIVA COLETIVA DE TRATAMENTO DE ÁGUA POR
ZEÓLITA (SALTA-Z)
Figura 1: Representação SALTA-z
Fonte: Ribeiro (2018, p.6).
2.1.1 História
Para falarmos sobre a história deste sistema teremos de falar sobre a Fundação
Nacional de Saúde, pois foi a partir dela que se começou as pesquisas por soluções técnicas
eficientes, de baixo custo e fácil operação, nas áreas de Saneamento e Saúde Ambiental.
A Fundação Nacional de Saúde (Funasa) é a instituição do poder executivo federal, vinculada ao Ministério da Saúde, com a mais antiga e ininterrupta experiência na área do saneamento ambiental do país e, dessa forma, apresenta competência técnica para propor e subsidiar medidas, propostas e tecnologias que promovam o acesso à água dentro dos padrões de potabilidade exigidos nas legislações do país e da Organização Mundial da Saúde. (FUNASA, 2018).
É o caso da SALTA-z, idealizada a partir da necessidade em atender uma das
maiores reinvindicações das comunidades ribeirinhas e rurais, a SALTA-z foi desenvolvida
pelos técnicos Eládio Braga de Carvalho e João Nunes Monteiro, do Serviço de Saúde
Ambiental da Superintendência Estadual no Pará, e tem como objetivo tratar a água para as
comunidades com baixo custo.
17
2.1.2 O que é SALTA-z?
É uma Solução Alternativa Coletiva Simplificada de Tratamento de Água, a ser
destinada ao consumo humano, e que, está em conformidade com a definição preconizada na
Portaria Federal (PRC Nº05 de 28/09/2017, Anexo XX, Art. 5º, Inciso VII).
A SALTA-z é uma tecnologia tradicional simples que faz uso de filtros e dosadores
de construção e montagens artesanais e fácil operacionalização, apresentando resultados
compatíveis com as exigências da portaria de potabilidade vigente. É composta por uma adutora
de água bruta, dosador coagulante, dosador de cloro, filtro, reservatório e dreno de sedimentos.
2.1.3 Funcionamento
A SALTA-z utiliza processo convencional para tratar a água, por meio de uma
estrutura física simplificada, e fazendo uso de filtro e dosadores de características artesanais.
Adicionalmente, é de fácil aplicação, instalação e apropriação pelo município e comunidades,
com potencial transformador social e ambiental. (SANTOS; CARVALHO, 2018).
As partes básicas que compõem a SALTA-z são descritas abaixo, com
representação na Figura 2:
Figura 2: Desenho esquemático da SALTA-z
Fonte: SANTOS; CARVALHO (2018, p. 3).
18
1. Adutora para recalque da água bruta por meio de bombeamento ao
reservatório;
2. Dosador para coagulante;
3. Dosador para cloro;
4. Filtro;
5. Efluente filtrado;
6. Dreno de sedimentos; e
7. Caixa com leito filtrante para retenção do sedimento;
Ressalta-se que, pela versatilidade e inovação dessa tecnologia, há possibilidade de
adaptações, bem como a inserção de reservatórios posteriores ao tratamento para favorecer o
aumento de oferta da água tratada.
2.1.3.1 Elemento Filtrante - Zeólita
O filtro é composto por areia selecionada, específica para esse fim, e por Zeólita
(Clinoptilolita), conforme ilustra a Figura 3.
Figura 3: Visão interna do filtro
Fonte: Adaptado de FUNASA (2017).
19
A filtração é um processo de separação sólido–líquido, envolvendo fenômenos
físicos, químicos e, às vezes, biológicos. Visa à remoção de impurezas da água por sua
passagem através de um meio poroso. O meio poroso utilizado na SALTA-z é o mineral Zeólita
– clinoptilolita. Zeólitas são minerais microporosos, com poros menores que dois nanômetros de diâmetro. Esses poros fazem as zeólitas serem altamente adsorventes. Materiais que são atraídos para eles se aderem a sua superfície. Isto é diferente de absorção, na qual o material sendo absorvido de fato muda seu estado. Algo adsorvido por uma zeólita permanece o mesmo que sempre foi. (SOARES, 2010, p.196).
Os filtros alternativos são utilizados no processo de tratamento de água destinada
ao consumo humano. Podendo-se utilizar água de manancial superficial ou de manancial
subterrâneo.
A água é tratada com metodologia convencional completa, ou seja, com as etapas
de coagulação, floculação, sedimentação, filtração e cloração, típicas das Estações de
Tratamento de Água dos grandes sistemas de abastecimento, em se tratando de mananciais
superficiais. (SANTOS; CARVALHO, 2018).
O diferencial é a simplicidade com que essas etapas ocorrem, pela praticidade e
facilidade técnica, e baixo custo operacional.
20
2.2 SISTEMAS ESTRUTURAIS
A definição do sistema estrutural é uma etapa inicial de projeto. A escolha de
sistema estrutural adequado proporciona benefício para o conjunto da obra: menor peso da
estrutura, facilidade de fabricação, rapidez de montagem e, por consequência, menor custo. Este
pode ser definido a partir da avaliação de um projeto arquitetônico.
Segundo Pfeil-Pfeil (2010) sistemas estruturais de edifícios são formados
principalmente por elementos verticais (colunas), horizontais (vigas), treliças, terças, travessas
entre outros. A Figura 4 mostra os componentes estruturais típicos de uma estrutura metálica.
Figura 4: Componentes estruturais
Fonte: Adaptado de PFEIL (2009).
21
2.3 AÇO
O aço é um dos materiais mais importantes para uso em estruturas, seja trabalhando
sozinho ou em conjunto com outros materiais, como o concreto, resultando no concreto armado.
Sua importância se dá principalmente por duas de suas propriedades, sua alta
resistência, quando comparada a outros materiais e sua ductilidade.
Aço é uma liga metálica constituída basicamente de ferro e carbono, obtida pelo refino de ferro-gusa (produto da primeira fusão do minério de ferro e contém cerca de 3,5 a 4,0% de carbono) em equipamentos apropriados. Como refino do ferro-gusa entende-se a diminuição dos teores de carbono e de silício e enxofre (que são prejudiciais ao aço, em princípio). (DIAS, 2011, p. 59).
2.3.1 Vantagens e desvantagens do aço estrutural
O aço estrutural, como todo material utilizado em construções, possui
características que trazem benefícios para a estrutura, que acarretam vantagens em sua
aplicação, porem também é necessário estabelecer algumas desvantagens quanto a sua
utilização.
Segundo Bellei (2004), as principais vantagens da utilização da estrutura em
aço são as seguintes:
a. alta resistência do material nos diversos estados de tensão (tração,
compressão, flexão etc.);
b. garantia das dimensões e propriedades do material;
c. os elementos em aço oferecem uma grande margem de segurança no
trabalho; e
d. tem-se a possibilidade de desmontar as estruturas e posteriormente montá-
las em outro local.
De acordo com Pinheiro (2005), é possível citar como desvantagens do aço:
a. limitação de execução em fábrica;
b. necessidade de transporte até o local da obra;
c. necessidade de tratamento superficial das peças, devido a oxidação; e
22
d. limitação de perfis estruturais.
2.3.2 Curva tensão x deformação
A representação gráfica do diagrama tensão-deformação do aço dúctil é
determinada pela relação entre tensão aplicada e a deformação resultante. Os valores deste
diagrama são obtidos através da aplicação de um esforço normal de tração a um corpo de prova
de aço estrutural na temperatura atmosférica (Figura 5). Esse ensaio auxilia na determinação
das propriedades mecânicas dos aços.
Todo projeto de estruturas de aço parte de algumas propriedades mecânicas
importantes do aço que são o Limite de Escoamento e o Limite de Ruptura, estes limites são
valores mínimos garantidos pelos fabricantes de aço. (BELLEI, 2004).
Figura 5: Diagrama tensão x deformação
Fonte: Pinheiro (2005, p. 6).
Onde:
𝑓 Tensão no material;
𝑓𝑢 Tensão última;
𝑓𝑦 Tensão de escoamento;
𝑓𝑝 Tensão de proporcionalidade;
𝜀 Deformação específica;
𝜀𝑢 Deformação específica quando ocorre a última tensão;
𝜀𝑦 Deformação específica limite quando ocorre a tensão de escoamento;
23
𝜀𝑝 Deformação específica quando ocorre a tensão de proporcionalidade;
𝛼 Ângulo de inclinação da reta da região elástica.
Para Dias (2011), o limite de escoamento é a constante física mais importante nos
cálculos de estruturas de aço, pois o valor dessa tensão deve ser impedido de atingir as seções
transversais das peças, como forma de limitar sua deformação. O limite de escoamento é
determinado dividindo a carga máxima suportada pelo corpo-de-prova, pela sua seção de área,
antes da peça escoar. Já o limite de ruptura, é determinado pela tensão última, que é calculada
dividindo a carga máxima que o material suporta, pela sua seção de área inicial, antes da sua
ruptura.
2.3.3 Propriedades dos aços
As propriedades mecânicas definem o comportamento dos aços quando sujeitos a
esforços mecânicos e correspondem as propriedades que determinam a sua capacidade de
resistir e transmitir os esforços que lhes são aplicados, sem que se rompam ou tenham
deformações excessivas. (DIAS, 2011).
Segundo Pfeil e Pfeil (2009, p.16), as propriedades que compõem os aços
estruturais são:
a) Ductilidade: entende-se como ductilidade a capacidade do material de se
deformar sob a ação das cargas.
b) Fragilidade: pode-se dizer que é o oposto da ductilidade. O aço se torna
frágil pela ação de diversos agentes: baixas temperaturas ambientes, por
exemplo.
c) Resiliência: é a capacidade do material de absorver energia mecânica em
regime elástico.
d) Tenacidade: é a capacidade do material de absorver energia mecânica com
deformações elásticas e plásticas.
e) Dureza: denomina-se como resistência ao risco ou abrasão.
f) Fadiga: capacidade do aço resistir a efeitos de esforços repetitivos.
24
2.3.4 Constantes físicas do aço
Segundo a NBR 8800:2008, para efeito de cálculo devem ser adotados, os
seguintes valores de propriedades mecânicas gerais dos aços:
Tabela 1: Propriedades mecânicas do aço
Fonte: Adaptada da NBR 8800 (2008, p. 13).
2.3.5 Tipos de aços estruturais
Em decorrência da variedade de aplicações dos aços estruturais, há um grande
número de tipos de formas de aço, dessa maneira apresentam-se em constantes modificações
de acordo com suas utilidades e especificações exigidas pelo mercado. Assim, os critérios
determinantes abrangem desde sua composição química a sua propriedade mecânica requerida.
(DIAS, 2011).
De acordo com Pfeil (2009), os aços podem ser classificados em dois grupos,
segundo sua composição química, em função da presença de elementos de liga e do teor de
elementos residuais. Assim podemos classificá-los em:
a. aços-carbono
b. aços-liga.
Descrição Simbologia Valor Unidade
Módulo de elasticidade
200.000 MPa
Coeficiente de Poisson
0,3
Módulo de elasticidade transversal G 77.000 MPa
Coeficiente de dilatação térmica
Massa especifica
7.850 Kg/m³
𝛽𝑎 𝜌𝑎
𝐸 = 𝐸𝑎 𝜈𝑎
1,2 𝑥 10−5 °𝐶−1
25
2.3.5.1 Aços Carbono
Os aços-carbono são os tipos mais utilizados, nos quais o aumento de resistência
em relação ao ferro puro é produzido pelo carbono e, em menor escala, pelo manganês.
Devido ao teor de carbono, podem ser diferenciados em três categorias:
Tabela 2: Categorias de Aço Carbono
Fonte: Adaptado de PFEIL (2009, p. 9).
O aumento de teor de carbono eleva a resistência do aço, porém diminui a sua
ductilidade (capacidade de se deformar), o que conduz a problemas na soldagem.
Para ser utilizado estruturalmente no Brasil, os aços carbono deverão ser
devidamente padronizados pela norma brasileira (ABNT), podendo ser utilizadas normas
internacionais, como a American Society for Testing and Materiais (ASTM), conforme
recomendação da NBR 8800:2008.
Os aços carbono padronizados por norma brasileira e suas aplicações são:
a. ABNT MR-250 (NBR 7007): perfis laminados;
b. ABNT CG-26 e ABNT CG 28 (NBR 6648):chapas grossas (dão origem
aos perfis soldados);
c. ABNT CF-26, ABNT CF-28 e ABNT CF-30 (NBR 66500: chapas finas
(dão origem aos perfis formados a frio);
d. ABNT B e ABNT C (NBR 8261): perfis tubulares.
Outros aços padronizados pela norma americana (ASTM) e suas utilizações são:
a. ASTM A36: chapas (finas e grossas);
b. ASTM A500: perfis tubulares;
c. ASTM A307: parafusos comuns;
d. ASTM A 325: parafusos de alta resistência.
Descrição Teor de carbono
Baixo carbono C < 0,3 %
Médio carbono 0,3 < C < 0,7 %
Alto carbono C > 0,7 %
26
Os aços carbono mais comuns empregados na fabricação de perfis, chapas e tubos
estão apresentados na tabela a seguir, com seu limite de escoamento (fy) e sua resistência a
tração ou ruptura (fu) descritos.
Tabela 3: Propriedades Mecânicas dos Aços Carbono
Produto Norma Classe fy (MPa) fu (MPa) ASTM Equivalente
Perfis 7007 MR 250 250 400 A36
Chapa 6648 CG-26 255 410
A36 6649/6650 CF-26 260 400
Tubos
8261 B 290 400
A500 GR-B 8261 B 317 400 8261 C 317 427 8261 C 345 427
Fonte: Adaptado de MIGUEL e CARQUEJA (2016, p. 11).
2.3.5.2 Aços de Baixa Liga
Segundo Pfeil (2009), os aços de baixa liga são aços-carbono acrescidos de
elementos de liga (cromo colúmbio, cobre, manganês, molibdênio, níquel, fósforo, vanádio,
zircônio), os quais melhoram algumas propriedades mecânicas.
Tais elementos adicionais proporcionam um aumento na resistência do aço,
mantendo o teor de carbono na ordem de 0,20 %, permitindo que eles sejam soldados sem
precauções especiais. Os aços de baixa liga possuem um patamar de escoamento bem definido,
com limites de escoamento iguais ou superiores a 290 Mpa.
Os aços de baixa liga padronizados por norma brasileira e suas aplicações são:
a. ABNT AR-350 (NBR 7007): perfis laminados;
b. *ABNT AR-350-COR (NBR 7007): perfis laminados;
c. ABNT AR-415 (NBR 7007): perfis laminados;
d. ABNT G-30, ABNT G 35, ABNT G 42 e ABNT G 45 (NBR 5000): chapas
grossas;
e. ABNT F-32/Q-32, ABNT F-35/Q35, ABNT Q-40, ABNT Q42, ABNT
Q45 (NBR 5004): chapas finas;
f. *ABNT CGR 400, ABNT CGR 500 e ABNT CGR 500A (NBR 5008):
chapas grossas;
27
g. *ABNT CFR 400 e ABNT CFR 500 (NBR 5920 / NBR 5921): chapas
finas.
Outros aços padronizados pela norma americana (ASTM) e suas utilizações são:
a. ASTM A572: perfis laminados e chapas (finas e grossas);
b. *ASTM A242: perfis laminados e chapas;
c. *ASTM A588: perfis laminados e chapas.
Sendo os aços listados com (*), todos resistentes a corrosão atmosférica.
Os aços baixa liga mais comuns empregados na fabricação de perfis e chapas estão
apresentados na tabela a seguir, com seu limite de escoamento (fy) e sua resistência a tração ou
ruptura (fu) descritos.
Tabela 4: Propriedades Mecânicas dos Aços Baixa Liga
Produto Norma Classe fy (MPa) fu (MPa) ASTM Equivalente
Perfis 7007 AR 345 350 450 A572 GR-50 7007 AR 350 COR 350 485 A 242 7007 AR 415 415 520 A572 GR-60
Chapa
5000 G-30 300 415 A572 GR-42 5000 G-35 345 450 A572 GR-50 5004 F-35/Q-35 340 450 A572 GR-50 5008 CGR 250-370 380-490 A 588
5920/5921 CFR 250-370 380-490 A 588 Fonte: Adaptado de MIGUEL e CARQUEJA (2016, p. 12).
28
2.3.6 Perfis
2.3.6.1 Perfis laminados ou conformados a quente
De acordo com Schmitzhaus (2015), os perfis laminados são largamente utilizados
em aplicações estruturais. Eles são produzidos através da laminação de blocos de aço, em
sistema de lingotamento contínuo. As limitações de fabricação são devidas às próprias cadeiras
de laminação que impõem uma bitola de altura máxima e mínima, variável de acordo com o
equipamento.
Os perfis laminados produzidos atualmente no Brasil possuem seções transversais
nos seguintes formatos:
Quadro 1: Perfis Laminados
C Perfil C, também denominado de perfil U ou Canal
L Perfil L ou cantoneira, de abas iguais ou desiguais
I Perfil I
H Perfil H
T Perfil T
Fonte: Elaborado pelo autor, 2019.
Os perfis laminados com formato I e H fabricados no Brasil seguem o padrão de
nomenclatura e dimensões adotados nos Estados Unidos, sua feição é exemplificada abaixo
conforme descrito por Pfeil (2009), onde:
• Perfil S: Série chamada Standard Shape (S), perfil I de abas com faces
internas inclinadas;
• Perfil W: Série chamada Wide Flange Shape, perfil I de abas largas;
• Perfil HP: Série chamada H-Pile, Perfil H de abas paralelas e espessura
constante.
29
Figura 6: Principais tipos de produtos siderúrgicos laminados de utilização estrutural
Fonte: Elaborado pelo autor, 2019.
Os perfis laminados são designados com a simbologia que segue uma sequência
com a letra latina que o representa. Sua altura em milímetros é seguida pela massa do perfil em
Kg/m. Por exemplo, um perfil W 200 x 15 corresponde a um perfil I laminado com altura de
200 mm e 15 Kg/m de massa.
2.3.6.2 Perfis de chapa dobrada ou conformados a frio
Nem sempre são encontrados no mercado os perfis laminados com dimensões
adequadas às necessidades do projeto de elementos estruturais leves, porém os perfis estruturais
formados a frio podem ser fabricados nas dimensões desejadas. (SILVA, 2001).
Deve-se ter cuidado ao aplicar estes perfis, pois alguns apresentam o uso de chapas
finas (em geral menos que 3 mm de espessura) na fabricação desses perfis conduz a problemas
de instabilidade estrutural não existentes em perfis laminados. Porém, se bem empregados,
garantem leveza, facilidade de fabricação, de manuseio e de transporte, além de possuírem
resistência e ductilidade adequadas ao uso em estruturas civis, podendo ser fabricados para
aplicações especificas.
Há uma grande variedade de perfis que podem ser fabricados.
Figura 7: Perfis de chapa dobrada
Fonte: Elaborado pelo autor, 2019.
30
2.3.6.3 Perfis soldados e compostos
“Perfis soldados e perfis compostos são aqueles fabricados pela associação de dois
ou mais produtos siderúrgicos, como as chapas e os perfis laminados, através de uma ligação
contínua por solda elétrica.” (MIGUEL; CARQUEJA, 2016).
Figura 8: Perfis Soldados e Perfis Compostos
Fonte: Elaborado pelo autor, 2019.
Os perfis soldados mais utilizados são os perfis do tipo I e H, formados pela união
de três chapas. Devido a esta grande versatilidade de combinações, os perfis soldados com
formato I foram padronizados pela norma: Perfil I estrutural de aço soldado por arco elétrico –
NBR 5884 (2005). Os tipos já padronizados que podem ter designação dos fabricantes, são
divididos em três series:
• Série CS (Coluna Soldada): perfis para a utilização em pilares
obedecendo a relação [d/bf = 1].
• Série CVS (Coluna/Viga Soldada): perfis para a utilização em
pilares obedecendo a relação [1 < d/bf ≤ 1,5].
• Série VS (Viga Soldada): perfis para a utilização em vigas
obedecendo a relação [1,5 < d/bf ≤ 4,0].
31
Figura 9: Perfil Soldado conforme NBR 5884 (2005)
Fonte: Elaborado pelo autor, 2019.
2.3.7 Ligações
As siderúrgicas fornecem as chapas e os perfis laminados aos fabricantes de
estruturas metálicas em dimensões padronizadas. A fabricação da peça estrutural nas dimensões
do projeto requer, portanto, cortes e ligações desses materiais (DIAS, 2011).
De acordo com Bellei (2004), ligação é a união entre dois elementos em qualquer
tipo de estrutura, especialmente estruturas em aço. É de extrema importância que se trate com
cuidado a aplicação das ligações, pois ela representa a segurança da construção. Dependendo
de sua complexidade podem acarretar um custo elevado ao projeto.
As ligações se compõem dos elementos de ligação e dos meios de ligação.
Os elementos de ligação são todos os componentes incluídos no conjunto para
permitir ou facilitar a transmissão dos esforços.
Os meios de ligação são os elementos que promovem a união entre as partes da
estrutura para formar a ligação, os mais comuns são soldas e parafusos.
De acordo com a NBR 8800 (2008), os elementos de ligação e os meios de ligação
deverão ser dimensionados de forma que suas resistências de cálculo, correspondentes aos
estados limites de em consideração, sejam maiores que as solicitações de cálculo.
32
2.3.8 Ligações soldadas
A soldagem é a técnica empregada para unir dois ou mais componentes de uma
mesma estrutura, assegurando a continuidade do material e suas propriedades mecânicas e
químicas, bem como os esforços a que ela está sujeita. (BELLEI, 2004).
As construções onde a solda é utilizada necessitam de um operário especializado.
A utilização da soldagem traz consigo algumas vantagens, como:
a. maior rigidez das ligações;
b. economia do material e redução de custos de fabricação; e
c. melhor acabamento final.
Como principais desvantagens desse método, tem-se a dificuldade para
desmontagem e sobretudo para controle de qualidade em obra.
Os tipos de soldagens mais comuns estão representados na figura 10, sendo a de
filete o que a solda é colocada externamente aos elementos a serem conectados, é mais usual
por sua facilidade de aplicação, já a soldagem por entalhe ou penetração, a solda é colocada
entre os elementos, esta é esteticamente mais agradável, porém tem pequena tolerância de ajuste
das peças e custo elevado de preparo da superfície. (DIAS, 2011).
Figura 10: Tipos de soldagem
Fonte: Adaptado da NBR 8800 (2008).
33
2.3.9 Ligações parafusadas
Segundo Dias (2011), os parafusos são formados por três partes: cabeça, fuste e
rosca. Apesar de serem identificados pelo diâmetro nominal, a sua resistência à tração é função
do diâmetro efetivo. A figura 11 ilustra as partes de um parafuso.
Figura 11: Identificação dos parafusos
Fonte: Adaptado de Dias (2011, p.101).
A utilização de ligações parafusadas pode apresentar as seguintes vantagens:
a. Montagens mais rápidas e de fácil inspeção;
b. Permitem desmontagens para alteração e reparo; e
c. Não necessita de mão de obra tão qualificada quanto as ligações soldadas.
Figura 12: Descrição geral dos parafusos
Fonte: Adaptado de Spohr (2018, p.75).
34
Na tabela ,5 são fornecidos os valores mínimos da resistência ao escoamento (𝑓𝑦𝑏)
e da resistência à ruptura de parafusos (𝑓𝑢𝑏), bem como os diâmetros nos quais podem ser
encontrados.
Tabela 5: Materiais usados em parafusos
Fonte: NBR 8800 (2018, p.110).
Os parafusos utilizados nas construções metálicas são normalmente o comum
(sendo o mais utilizado o ASTM A307) e os de alta resistência (especialmente o ASTM A325
e o ASTM A490).
2.3.9.1 Parafusos comuns
Fabricados em aço carbono, são designados como ASTM A307, são normalmente
empregados em estruturas leves, e elementos pouco solicitados ou em que a intensidade das
cargas for pequena, pois possuem baixa resistência.
São montados sem especificações de torque e o acabamento das superfícies não
requerem cuidados especiais.
2.3.9.2 Parafusos de alta resistência
Os parafusos de alta resistência são montados com protensão (torque especificado
de montagem) e requerem cuidados especiais com reação às arruelas e ao acabamento das
superfícies em contato das partes ligadas.
São utilizados em ligações de maior responsabilidade.
35
2.3.9.3 Distancias mínimas e máximas de um furo as bordas
A distância do centro de um furo-padrão a qualquer borda de uma parte ligada não
pode ser inferior ao valor indicado na tabela 6. (NBR 8800:2008, p. 85)
Tabela 6: Distância mínima de um centro de um furo-padrão à borda
Fonte: NBR 8800 (2018, p.85).
Sendo 𝑑𝑏 o diâmetro do parafuso ou barra redonda rosqueada.
A distância máxima para qualquer borda de uma parte ligada, a distância do centro
do parafuso, não pode exceder a 12 vezes a espessura da parte ligada considerada, nem 150
mm.
2.3.9.4 Espaçamento mínimo entre furos
Segundo a NBR 8800:2008, a distância entre centros de furos-padrão, não pode ser
inferior a 3 × 𝑑𝑏.
Além disso, a distância livre entre as bordas de dois furos consecutivos não pode
ser inferior a 𝑑𝑏.
36
2.3.9.5 Dimensões máximas de furos para parafusos
As dimensões máximas de furos devem obedecer ao indicado na tabela a seguir:
Tabela 7: Dimensões máximas de furos para parafusos
Fonte: NBR 8800 (2018, p.83).
2.3.9.6 Força resistente de cálculo ao cisalhamento
A força de cisalhamento resistente de cálculo de um parafuso ou barra redonda
rosqueada é, por plano de corte, igual a:
𝐹𝑣,𝑅𝑑 = 0,4 × 𝐴𝑏 × 𝑓𝑢𝑏
𝛾𝑎2
Sendo:
𝐴𝑏 a área bruta, baseada no diâmetro do parafuso
𝑓𝑢𝑏 a resistência à ruptura de parafusos
𝛾𝑎2 igual a 1,35 para ruptura
2.3.9.7 Força resistente de cálculo à tração
A força de tração resistente de cálculo de um parafuso tracionado, é dada por:
𝐹𝑡,𝑅𝑑 = 𝐴𝑏𝑒 × 𝑓𝑢𝑏
𝛾𝑎2
Onde:
𝐴𝑏𝑒 = 0,75 × 𝐴𝑏
37
Sendo:
𝐴𝑏 a área bruta, baseada no diâmetro do parafuso
𝐴𝑏 a área efetiva
𝑓𝑢𝑏 a resistência à ruptura de parafusos
𝛾𝑎2 igual a 1,35 para ruptura
2.3.9.8 Tração e cisalhamento combinados
Quando ocorrer a ação simultânea de tração e cisalhamento, deve ser atendida a
seguinte equação de interação:
(𝐹𝑡,𝑆𝑑
𝐹𝑡,𝑅𝑑)
2
+ (𝐹𝑣,𝑆𝑑
𝐹𝑣,𝑅𝑑)
2
≤ 1,0
Onde:
𝐹𝑡,𝑆𝑑 a força de tração solicitante de cálculo
𝐹𝑡,𝑆𝑑 a força de cisalhamento solicitante de cálculo
38
2.3.10 Corrosão
Denomina-se corrosão o processo de reação do aço com alguns elementos presentes
no ambiente em que se encontra exposto, sendo o produto desta reação muito similar ao minério
de ferro. A corrosão promove perda de seção das peças de aço, podendo se constituir em causa
principal de colapso. (PFEIL, 2009).
Portanto deve-se proteger a estrutura metálica contra os efeitos corrosivos do meio
ambiente. Para que as estruturas sejam bem protegidas, é necessário um bom sistema de limpeza
antes da aplicação de qualquer método de proteção. Os dois métodos mais usuais de proteção
das estruturas metálicas à corrosão são a pintura e a galvanização.
2.3.11 Galvanização
Galvanização é o processo de proteção do aço contra à corrosão, o recobrindo com
uma camada de zinco metálico, por este motivo pode também ser chamada de zincagem.
Segundo Bellei (2004), são as propriedades de proteção catódica do zinco que
permitem a galvanização a funcionar como um revestimento de grande resistência à corrosão.
A durabilidade dos produtos galvanizados varia de acordo com a espessura do
revestimento de zinco, que deve ser aplicada de forma constante, uniforme ou com pouca
variação e inversamente proporcional a agressividade do ambiente, podendo atingir mais de 25
anos em áreas rurais.
39
2.4 AÇÕES
De acordo com a NBR 8800 (2008), na análise estrutural deve ser considerada a
influência de todas as ações que possam produzir efeitos significativos para a estrutura.
As ações classificam-se, segundo a NBR 8681 (2003) em:
a. ações permanentes;
b. ações variáveis;
c. ações excepcionais.
2.4.1 Ações permanentes (𝑭𝒈𝒌)
As ações permanentes são as que possuem valores constantes, ou de pequena
variação em torno da média, atuantes em praticamente toda a vida da construção. Estas ações
são subdivididas em diretas e indiretas.
2.4.1.1 Ações permanentes diretas
Sobre as ações permanentes diretas a NBR 8800 (2008) define como sendo aquelas
constituídas pelos pesos próprios dos elementos da construção, incluindo-se o peso próprio da
estrutura e de todos os elementos construtivos permanentes, os pesos dos equipamentos fixos,
empuxos devidos ao peso próprio de terras não removíveis e de outras ações permanentes sobre
elas aplicadas.
2.4.1.2 Ações permanentes indiretas
“As ações permanentes indiretas são constituídas pelas deformações impostas por
retração e fluência do concreto, deslocamentos de apoio e imperfeições geométricas.” (NBR
8800, 2008, p. 15).
40
2.4.2 Ações variáveis (𝑭𝒒𝒌)
As ações variáveis são aquelas que possuem valores com variação significativa
atuantes em praticamente toda a vida da construção.
As ações variáveis comumente existentes são causadas pelo uso e ocupação da edificação, como as ações decorrentes de sobrecargas em pisos e coberturas, de equipamentos e divisórias moveis, de pressões hidrostáticas e hidrodinâmicas, pela ação do vento e pela variação da temperatura da estrutura. (NBR 8800, 2008, p. 15).
As ações variáveis causadas pelo uso e ocupação são fornecidas pela NBR 6120
(ABNT, 1980, p. 3), já a ação do vento na estrutura será determinada de acordo com a NBR
6123 (ABNT, 1988) no tópico 2.7 deste trabalho.
2.4.3 Ações excepcionais
As ações excepcionais são as que possuem pouca duração e uma probabilidade
muito baixa de ocorrência durante a vida útil da construção.
Algumas das ações excepcionais são: explosões, choque de veículos, abalo sísmico,
incêndio e enchentes.
41
2.5 COEFICIENTES DE PONDERAÇÃO DAS AÇÕES
Os coeficientes de ponderação das ações para o estado limite último (𝛾𝑔ou 𝛾𝑞) são
fornecidos pela tabela 8 e o fator de combinação 𝛹0 é dado pela tabela 9, já no estado limite de
serviço, o coeficiente de ponderação é igual a 1,0, porem são utilizados os fatores de redução
( 𝛹1 𝑒 𝛹2) dados pela tabela 9.
Tabela 8: Valores dos coeficientes de ponderação das ações
Combinações
Ações permanentes (γg)
Diretas
Indiretas Peso
próprio de
estruturas metálicas
Peso próprio
de estruturas
pré-moldadas
Peso próprio de estruturas
moldadas no local e de elementos
construtivos industrializados
e empuxos permanentes
Peso próprio de elementos construtivos
industrializados com adições in loco
Peso próprio de elementos construtivos em geral e
equipamentos
Normais 1,25 1,30 1,35 1,40 1,50 1,20
(1,00) (1,00) (1,00) (1,00) (1,00) (0,00)
Especiais ou Construção
1,15 1,20 1,25 1,30 1,40 1,20
(1,00) (1,00) (1,00) (1,00) (1,00) (0,00)
Excepcionais 1,10 1,15 1,15 1,20 1,30 0,00
(1,00) (1,00) (1,00) (1,00) (1,00) (0,00)
Ações variáveis (γq)
Efeito da temperatura Ação do vento Ações truncadas
Demais ações variáveis, incluindo as decorrentes
do uso e ocupação
Normais 1,20 1,40 1,20 1,50
Especiais ou Construção
1,00 1,20 1,10 1,30
Excepcionais 1,00 1,00 1,00 1,00 Os valores entre parênteses correspondem aos coeficientes para as ações permanentes favoráveis à
segurança, ações variáveis e excepcionais favoráveis a segurança não devem ser incluídas.
Fonte: Adaptado de Dias (2011, p.101).
42
Tabela 9: Valores dos fatores de combinação e de redução para as ações variáveis
Fonte: Adaptado de Dias (2011, p.101).
Ações 𝛹0 𝛹1 𝛹2
Ações variáveis
causadas pelo uso e
ocupação
Locais em que não há predominância de pesos e de equipamentos que permanecem fixos
por longos períodos de tempo, nem de elevadas concentrações de pessoas
0,5 0,4 0,3
Locais em que há predominância de pesos de equipamentos que permanecem fixos por
longos períodos de tempo, ou de elevadas concentrações de pessoas
0,7 0,6 0,4
Bibliotecas, arquivos, depósitos, oficinas e garagens 0,8 0,7 0,6
Vento Pressão dinâmica do vento nas estruturas em geral 0,6 0,3 0
Temperatura Variações uniformes de temperatura em relação à média
anual local 0,6 0,5 0,3
Cargas móveis e seus efeitos
dinâmicos
Passarelas de pedestres 0,6 0,4 0,3
Vigas de rolamento de pontes rolantes 1 0,8 0,5 Pilares e outros elementos ou subestruturas que suportam
vigas de rolamento de pontes rolantes 0,7 0,6 0,4
43
2.6 COMBINAÇÕES DE AÇÕES
“Um carregamento é definido pela combinação de ações que tem probabilidades
não desprezíveis de atuarem simultaneamente sobre a estrutura, durante um período
preestabelecido.” (NBR 8800, 2008, p. 19).
A combinação de ações é realizada de modo a determinar os efeitos mais
desfavoráveis para a estrutura. Deve ser realizada em função das combinações últimas e de
serviço.
Segundo a NBR 8681 (2003) as combinações últimas das ações podem ser
classificadas em normal, especial ou de construção e excepcional, já as combinações de
serviço são classificadas de acordo com sua permanência na estrutura em quase permanentes,
frequentes e raras.
2.6.1 Combinações últimas normais (ELU)
Estas combinações decorrem do uso que foi previsto para a edificação, devem ser
aplicadas tantas ações quanto forem necessárias para as verificações das condições de segurança
em relação a todos os estados limites últimos aplicáveis. (NBR 8800, 2008).
Aplica-se a equação abaixo:
𝐹𝑑 = ∑(𝛾𝑔𝑖𝐹𝐺𝑖,𝑘) + 𝛾𝑞1𝐹𝑄1,𝑘 + ∑(𝛾𝑞𝑗 𝛹0𝑗 𝐹𝑄𝑗,𝑘)
𝑛
𝑗=2
𝑚
𝑖=1
Onde:
𝐹𝐺𝑖,𝑘 é o valor característico das ações permanentes;
𝐹𝑄1,𝑘 é o valor característico da ação variável considerada como ação principal
para a combinação;
𝐹𝑄𝑗,𝑘 é o valor característico das ações variáveis que podem atuar
concomitantemente com a ação variável principal;
𝛹0 é o coeficiente de combinação das ações variáveis (tab. 9);
𝛾𝑔 é o coeficiente de ponderação das ações permanentes (tab. 8);
𝛾𝑞 é o coeficiente de ponderação das ações variáveis (tab. 8).
44
2.6.2 Combinações últimas especiais ou de construção (ELU)
As combinações últimas especiais decorrem da atuação de ações variáveis de
natureza ou intensidade especial, cuja intensidade supere os efeitos das ações consideradas
combinações normais. Estes carregamentos são transitórios e de curta duração.
As combinações últimas de construção devem ser consideradas nas estruturas em
que haja riscos de ocorrência destas ações ainda na fase de construção. O carregamento de
construção é transitório com duração específica para cada caso. (NBR 8800, 2008).
𝐹𝑑 = ∑(𝛾𝑔𝑖𝐹𝐺𝑖,𝑘) + 𝛾𝑞1𝐹𝑄1,𝑘 + ∑(𝛾𝑞𝑗 𝛹0𝑗,𝑒𝑓 𝐹𝑄𝑗,𝑘)
𝑛
𝑗=2
𝑚
𝑖=1
Onde:
𝐹𝐺𝑖,𝑘 é o valor característico das ações permanentes;
𝐹𝑄1,𝑘 é o valor característico da ação variável admitida como principal para a
situação transitória considerada;
𝐹𝑄𝑗,𝑘 é o valor característico das ações variáveis que podem atuar
concomitantemente com a ação variável principal;
𝛹0𝑗,𝑒𝑓 é o fator de combinação efetivo de cada uma das demais variáveis que
podem agir concomitantemente com a ação principal 𝐹𝑄1,𝑘 , durante a situação transitória;
𝛾𝑔 é o coeficiente de ponderação das ações permanentes (tab. 8);
𝛾𝑞 é o coeficiente de ponderação das ações variáveis (tab. 8).
O fator 𝛹0𝑗,𝑒𝑓 é igual ao fator 𝛹0𝑗 adotado nas combinações normais, salvo quando
a ação principal 𝐹𝑄1 tiver um tempo de atuação muito pequeno, caso em que 𝛹0𝑗,𝑒𝑓 pode ser
tomado com o correspondente𝛹2𝑗.
45
2.6.3 Combinações últimas excepcionais (ELU)
Estas combinações decorrem da atuação de ações que podem provocar efeitos
catastróficos na estrutura. Devem ser levadas em consideração no projeto apenas quando não
possam ser desprezadas, além disso, na concepção estrutural, não possam ser tomadas medidas
que anulem ou diminuam as consequências dos seus efeitos.
𝐹𝑑 = ∑(𝛾𝑔𝑖𝐹𝐺𝑖,𝑘) + 𝐹𝑄,𝑒𝑥𝑐 + ∑(𝛾𝑞𝑗 𝛹0𝑗,𝑒𝑓 𝐹𝑄𝑗,𝑘)
𝑛
𝑗=1
𝑚
𝑖=1
Onde:
𝐹𝐺𝑖,𝑘 é o valor característico das ações permanentes;
𝐹𝑄,𝑒𝑥𝑐 é o valor da ação transitória excepcional.
𝐹𝑄𝑗,𝑘 é o valor característico das ações variáveis que podem atuar
concomitantemente com a ação variável principal;
𝛹0𝑗,𝑒𝑓 é o fator de combinação efetivo de cada uma das demais variáveis que
podem agir concomitantemente com a ação principal 𝐹𝑄1,𝑘 , durante a situação transitória;
𝛾𝑔 é o coeficiente de ponderação das ações permanentes (tab. 8);
𝛾𝑞 é o coeficiente de ponderação das ações variáveis (tab. 8).
O fator 𝛹0𝑗,𝑒𝑓 é igual ao fator 𝛹0𝑗 adotado nas combinações normais, salvo quando
a ação principal 𝐹𝑄1 tiver um tempo de atuação muito pequeno, caso em que 𝛹0𝑗,𝑒𝑓 pode ser
tomado com o correspondente𝛹2𝑗.
46
2.6.4 Combinações quase permanentes de serviço (ELS)
Estas combinações são as que podem atuar durante grande parte da vida útil da
estrutura. Essas combinações são utilizadas para os efeitos de longa duração e para a aparência
de construção.
A NBR 8800 (2008, p. 21) define aparência, no contexto de estados limites de
serviço, como “relacionado a deslocamentos excessivos que não provoquem danos a outros
componentes da construção, e não a questões meramente estéticas”.
𝐹𝑠𝑒𝑟 = ∑(𝐹𝐺𝑖,𝑘) + ∑( 𝛹2𝑗 𝐹𝑄𝑗,𝑘)
𝑛
𝑗=1
𝑚
𝑖=1
Onde:
𝐹𝐺𝑖,𝑘 é o valor característico das ações permanentes;
𝐹𝑄𝑗,𝑘 é o valor característico das ações variáveis que podem atuar
concomitantemente com a ação variável principal;
𝛹2 é o fator de redução das ações variáveis (tab. 9).
47
2.6.5 Combinações frequentes de serviço (ELS)
São aquelas que se repetem diversas vezes durante a vida útil da estrutura ou que
tenham duração igual a uma parte não desprezável desse período. Essas combinações são
utilizadas quando não causam danos permanentes a estrutura ou a outros componentes da
construção. (NBR 8800, 2008).
𝐹𝑠𝑒𝑟 = ∑(𝐹𝐺𝑖,𝑘) + 𝛹1 𝐹𝑄1,𝑘 + ∑( 𝛹2𝑗 𝐹𝑄𝑗,𝑘)
𝑛
𝑗=2
𝑚
𝑖=1
Onde:
𝐹𝐺𝑖,𝑘 é o valor característico das ações permanentes;
𝐹𝑄1,𝑘 é o valor característico da ação variável admitida como principal
para a situação transitória considerada;
𝐹𝑄𝑗,𝑘 é o valor característico das ações variáveis que podem atuar
concomitantemente com a ação variável principal;
𝛹1 𝑒 𝛹2 são os fatores de redução das ações variáveis (tab. 9).
2.6.6 Combinações raras de serviço (ELS)
São utilizadas quando causam danos permanentes a estrutura ou a outros elementos
da construção, e para aqueles relacionados ou funcionamento adequado da estrutura, como
fissuras. Estas combinações podem atuar no máximo algumas horas durante o período de vida
útil da estrutura.
𝐹𝑠𝑒𝑟 = ∑(𝐹𝐺𝑖,𝑘) + 𝐹𝑄1,𝑘 + ∑( 𝛹1𝑗 𝐹𝑄𝑗,𝑘)
𝑛
𝑗=2
𝑚
𝑖=1
Onde:
𝐹𝐺𝑖,𝑘 é o valor característico das ações permanentes;
𝐹𝑄1,𝑘 é o valor característico da ação variável admitida como principal para a
situação transitória considerada;
𝐹𝑄𝑗,𝑘 é o valor característico das ações variáveis que podem atuar
concomitantemente com a ação variável principal;
𝛹1 é o fator de redução das ações variáveis (tab. 9).
48
2.7 FORÇAS DEVIDAS AO VENTO
A ação dos ventos nas estruturas é uma das mais importantes e não pode ser
negligenciada, sob o risco de colocar a estrutura em colapso.
As considerações do vento, bem como a determinação das forças devidas ao vento
são regidas e calculadas de acordo com a NBR 6123 (1988) – Forças devidas ao vento em
edificações.
2.7.1 Determinação das forças estáticas devidas ao vento
Deve-se calcular a velocidade característica do vento ( 𝑉𝑘):
𝑉𝑘 = 𝑉0 × 𝑆1 × 𝑆2 × 𝑆3 [𝑚 𝑠⁄ ]
As forças estáticas devidas ao vento são determinadas levando em conta a
velocidade básica do vento ( 𝑉𝑜), que é particular ao local onde a estrutura será construída e os
fatores topográfico (𝑆1), de rugosidade (𝑆2)e estatístico (𝑆3).
Com a velocidade característica é possível determinar a pressão dinâmica do vento:
𝑞 = 0,613 × 𝑉𝑘2 [𝑁 𝑚²⁄ ]
49
2.7.2 Velocidade básica do vento, 𝑽𝒐
Segundo a NBR 6123 (1988, p.5), “entende-se como velocidade básica do vento, 𝑉𝑜,
medida sobre 3 segundos, que pode ser excedida em média uma vez em 50 anos, a 10 metros
acima do nível do terreno em lugar aberto e plano.”
O valor da velocidade básica do vento pode ser encontrado no gráfico das isopletas
da velocidade básica do vento no Brasil, com intervalos de 5 m/s, representado na figura 13.
Figura 13: Isopletas da velocidade básica 𝑉𝑜 (m/s)
Fonte: NBR 6123 (1988, p. 6).
50
2.7.3 Fator topográfico, 𝑺𝟏
Este fator leva em consideração as variações do relevo do terreno e pode tomar os
seguintes valores:
a) terreno plano ou francamente acidentado: 𝑆1 = 1,0;
b) taludes e morros: 𝑆1 ≥ 1,0 (ver NBR 6123, 1988, p.5); e
c) vales profundos, protegidos de ventos de qualquer direção: 𝑆1 = 0,9.
2.7.4 Fator de rugosidade, 𝑺𝟐
Este fator é determinado definindo uma categoria (rugosidade do terreno) e uma
classe de acordo com as dimensões da edificação.
A rugosidade do terreno é classificada em cinco categorias:
Quadro 2: Definição de categorias para determinação de S2
DEFINIÇÃO DAS CATEGORIAS DO TERRENO Categorias Descrição do ambiente
I Mar calmo, lagos e rios, pântanos sem vegetação
II Campos de aviação, fazendas sem muros, pântanos com vegetação
III Casas de campo, fazendas com muro, subúrbios, a altura média do topo dos obstáculos é considerada igual a 3,0 m
IV Zonas de parques e bosques com muitas árvores, cidades pequenas e arredores, áreas industriais, subúrbios densamente construídos, a altura média dos obstáculos é de 10 m
V Florestas com árvores altas, centros de grandes cidades, complexos industriais bem desenvolvidos, a altura média dos obstáculos é de 25 m
Fonte: Adaptado da NBR 6123 (1988, p. 8).
Foram escolhidas as seguintes classes de edificações, partes de edificações e seus
elementos, com intervalos de tempo para cálculo da velocidade média de, respectivamente, 3,
5 e 10 segundos:
51
Quadro 3: Definição de classes de edificação para determinação de S2
Classe Descrição
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 m
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.
C Toda edificação ou parte de edificação para a qual a maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal exceda 50 m
Fonte: Adaptado da NBR 6123 (1988, p. 9).
O fator 𝑆2 usado no cálculo da velocidade do vento em uma altura z acima do nível
geral do terreno é obtido pela expressão:
𝑆2 = 𝑏 × 𝐹𝑟 × (𝑍 10⁄ )𝑃
Sendo os parâmetros meteorológicos da expressão encontrados na tabela a seguir:
Tabela 10: Parâmetros meteorológicos
Fonte: NBR 6123 (1988, p. 9).
52
2.7.5 Fator estatístico, 𝑺𝟑
Este fator é baseado em conceitos estatísticos, e considera o grau de segurança
requerido e a vida útil da edificação, normalmente de 50 anos.
Os valores mínimos do fator 𝑆3 são os indicados a seguir:
Tabela 11: Valores mínimos do fator estatístico S3
Grupo Descrição S3
1 Edificações cuja ruína total ou parcial pode afetar a segurança ou
possibilidade de socorro a pessoas após uma tempestade destrutiva (hospitais, quartéis de bombeiros, centrais de comunicação etc.)
1,1
2 Edificações para hotéis e residências. Edificações para comércio
e indústria com alto fator de ocupação 1
3 Edificações e instalações industriais com baixo fator de
ocupação (depósitos, silos, construções rurais, etc.) 0,95
4 Vedações (telhas, vidros, painéis de vedação, etc.) 0,88
5 Edificações temporárias. Estruturas dos grupos 1 a 3 durante a construção 0,83
Fonte: Adaptado da NBR 6123 (1988, p. 10).
2.7.6 Torres reticuladas
A NBR 6123:1988 recomenda que para torres reticuladas de seção quadrada ou
triangular equilátera, com reticulados iguais em todas as faces, constituem casos especiais para
os quais pode ser conveniente determinar a força global do vento diretamente.
Para estes casos, a força de arrasto é calculada por:
𝐹𝑎 = 𝐶𝑎 × 𝑞 × 𝐴𝑒
Onde:
𝐶𝑎 = coeficiente de arrasto, obtido na figura 13.
𝐴𝑒 = área frontal efetiva: área da projeção ortogonal da edificação, estrutura ou
elemento estrutural sobre um plano perpendicular à direção do vento ("área de sombra").
53
Figura 14: Coeficiente de arrasto, para torres reticuladas
Fonte: NBR 6123 (1988, p. 29).
Esta ainda evidencia que para torres reticuladas de seção quadrada, o coeficiente
de arrasto para vento incidindo com um ângulo α em relação à perpendicular à face de barlavento, 𝐶𝑎∝ , é obtido por:
𝐶𝑎∝ = 𝐾∝ × 𝐶𝑎
Onde:
𝐾∝ pode ser considerado 1,16.
As componentes da força de arrasto, nas faces da torre, são obtidas multiplicando
𝐹𝑎, pelos valores da tabela 12.
54
Tabela 12: Componentes de força de arrasto nas faces de torres reticuladas
Fonte: NBR 6123 (1988, p. 31).
55
Sendo n o fator de proteção definido a seguir:
Figura 15: Fator de proteção
Fonte: NBR 6123 (1988, p. 29).
Para o vento atuante no reservatório, considera-se o valor do coeficiente de arrasto
da tabela a seguir:
Tabela 13: Coeficientes de arrasto, para corpos de seção constante
Fonte: NBR 6123 (1988, p. 22).
56
2.8 CONDIÇÕES PARA DIMENSIONAMENTO DE BARRAS DE AÇO
Segundo a ABNT NBR 8800:2008, que considera os estados limites últimos, estes
elementos, submetidos a ações estáticas, devem satisfazer a condição de desigualdade, expressa
pela equação a seguir, atender aos limites de esbeltez e devem manter os deslocamentos
elásticos verticais e horizontais dentro dos limites específicos.
𝑅𝑑 ≥ 𝑆𝑑
Onde:
𝑅𝑑 é o valor resistente de cálculo; 𝑆𝑑 é o valor solicitante de cálculo.
2.8.1 Peças tracionadas
Para a NBR 8800:2008 no dimensionamento de peças a tração deve ser atendida a
condição:
𝑁𝑡,𝑆𝑑 ≤ 𝑁𝑡,𝑅𝑑
Sendo:
𝑁𝑡,𝑆𝑑 é a força axial de tração solicitante de cálculo;
𝑁𝑡,𝑅𝑑 é a força axial de tração resistente de cálculo.
A NBR 8800:2008, dispõe que a força axial de tração resistente de cálculo, 𝑁𝑡,𝑅𝑑,
a ser usada no dimensionamento, deve ser a menor das duas, considerando-se os estados limites
últimos de escoamento da seção bruta e ruptura da seção líquida. Assim, de acordo com as
expressões indicadas a seguir:
a) Para escoamento da seção bruta:
𝑁𝑡,𝑅𝑑 =𝐴𝑔 × 𝑓𝑦
𝛾𝑎1
b) Para ruptura da seção líquida:
𝑁𝑡,𝑅𝑑 =𝐴𝑒 × 𝑓𝑢
𝛾𝑎2
57
Sendo:
𝐴𝑔 é a área bruta da seção transversal da barra;
𝐴𝑒 é a área líquida efetiva da seção transversal da barra;
𝑓𝑦 é a resistência ao escoamento do aço;
𝑓𝑢 é a resistência à ruptura do aço;
𝛾𝑎1 é o coeficiente de ponderação relacionado com o escoamento, flambagem e
instabilidade;
𝛾𝑎2 é o coeficiente de ponderação relacionado à ruptura.
2.8.1.1 Área líquida efetiva
Conforme NBR 8800:2008, a área líquida efetiva de uma barra (𝐴𝑒) é dada pela
equação:
𝐴𝑒 = 𝐶𝑡 × 𝐴𝑛
Onde:
𝐴𝑛 é a área líquida da barra;
𝐶𝑡 é um coeficiente de redução da área líquida.
2.8.1.2 Área líquida
Segundo NBR 8800 (2008, p.37) em regiões com furos feitos para ligação ou para
qualquer outra finalidade, a área líquida, 𝐴𝑛, de uma barra é a soma dos produtos da espessura
pela largura líquida de cada elemento, calculada como segue:
a) em ligações parafusadas, a largura dos furos deve ser considerada 2,0 mm maior que a dimensão máxima desses furos, perpendicular à direção da força aplicada; b) no caso de uma série de furos distribuídos transversalmente ao eixo da barra, em diagonal a esse eixo ou em ziguezague, a largura líquida dessa parte da barra deve ser calculada deduzindo-se da largura bruta a soma das larguras de todos os furos em cadeia, e somando-se para cada linha ligando dois furos a quantidade ( 𝑠² 4. 𝑔⁄ ), sendo S e G, respectivamente, os espaçamentos longitudinal e transversal (gabarito) entre esses dois furos; c) a largura líquida crítica daquela parte da barra será obtida pela cadeia de furos que produza a menor das larguras líquidas para as diferentes possibilidades de linhas de ruptura; d) para cantoneiras, o gabarito g dos furos em abas opostas deve ser considerado igual à soma dos gabaritos, medidos a partir da aresta da cantoneira, subtraída de sua espessura.
58
Figura 16: Espaçamentos s e g entre furos 1 e 2
Fonte: NBR 8800 (2008, p.38).
2.8.1.3 Coeficiente de redução
Para NBR 8800 (2008, p.37) o coeficiente de redução da área líquida (𝐶𝑡) deve ter
os seguintes valores:
a) quando a força de tração for transmitida diretamente para cada um dos elementos da
seção transversal da barra, por soldas ou parafusos: 𝐶𝑡 = 1,00
b) quando a força de tração for transmitida somente por soldas transversais:
𝐶𝑡 = 𝐴𝑐/𝐴𝑔
Onde:
𝐴𝑐 é a área da seção transversal dos elementos conectados.
c) nas barras com seções transversais abertas, quando a força de tração for transmitida
somente por parafusos ou somente por soldas longitudinais ou ainda por uma
combinação de soldas longitudinais e transversais para alguns (não todos) elementos da
seção transversal (devendo, no entanto, ser usado 0,90 como limite superior, e não se
permitindo o uso de ligações que resultem em um valor inferior a 0,60):
𝐶𝑡 = 1 − 𝑒𝑐/𝑙𝑐
𝑒𝑐 é a excentricidade da ligação, igual à distância do centro geométrico da seção da
barra, G, ao plano de cisalhamento da ligação em perfis com um plano de simetria, a
ligação deve ser simétrica em relação a ele e são consideradas, para cálculo de 𝐶𝑡, duas
barras fictícias e simétricas, cada uma correspondente a um plano de cisalhamento da
59
ligação, por exemplo, duas seções T no caso de perfis I ou H ligados pelas mesas ou
duas seções U, no caso desses perfis serem ligados pela alma;
𝑙𝑐 é o comprimento efetivo da ligação (esse comprimento, nas ligações soldadas, é igual
ao comprimento da solda na direção da força axial; nas ligações parafusadas é igual a
distância do primeiro ao último parafuso da linha de furação com maior número de
parafusos, na direção da força axial):
Figura 17: Ilustração dos valores de 𝑒𝑐 em seções abertas
Fonte: NBR 8800 (2008, p.40).
d) nas chapas planas, quando a força de tração for transmitida somente por soldas
longitudinais ao longo de ambas as suas bordas:
𝐶𝑡 = 1,00, 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑤 ≥ 2. 𝑏
𝐶𝑡 = 0,87, 𝑝𝑎𝑟𝑎 2. 𝑏 > 𝑙𝑤 ≥ 1,5. 𝑏
𝐶𝑡 = 0,75, 𝑝𝑎𝑟𝑎 1,5. 𝑏 > 𝑙𝑤 ≥ 𝑏 Onde:
𝑙𝑤é o comprimento dos cordões de solda;
b é a largura da chapa (distância entre as soldas situadas nas duas bordas).
60
Figura 18: Chapa plana com força de tração transmitida por solda longitudinal
Fonte: NBR 8800 (2008, p.40).
2.8.2 Peças comprimidas
Segundo NBR 8800:2008, para dimensionamento de barras axial de compressão se
utiliza a seguinte equação:
𝑁𝑐,𝑆𝑑 ≤ 𝑁𝑐,𝑅𝑑
Onde:
𝑁𝑐,𝑆𝑑 é a força axial de compressão solicitante de cálculo;
𝑁𝑐,𝑅𝑑 é a força axial de compressão resistente de cálculo;
De acordo com a NBR 8800:2008, a força axial resistente de cálculo (𝑁𝑐,𝑅𝑑)
associada aos estados-limites últimos de instabilidade por flexão, por torção ou flexo-torção e
de flambagem local, deve ser determinada pela expressão:
𝑁𝑐,𝑅𝑑 =𝑥 × 𝑄 × 𝐴𝑔 × 𝑓𝑦
𝛾𝑎1
Onde:
𝑥 é o fator de redução associado à resistência à compressão;
𝑄 é o fator de redução total associado à flambagem local;
𝐴𝑔 é a área bruta da seção transversal da barra;
𝑓𝑦 resistência ao escoamento do aço.
61
2.8.2.1 Fator de redução, 𝑥
O fator de redução associado à resistência à compressão, é dado por:
𝑝𝑎𝑟𝑎 𝜆0 ≤ 1,5: 𝑥 = 0,658𝜆0²
𝑝𝑎𝑟𝑎 𝜆0 > 1,5: 𝑥 =0,877
𝜆0²
Pode ser determinado também pela Tabela 14.
Encontra-se o índice de esbeltez reduzido (𝜆0) pela seguinte equação:
𝜆0 = √𝑄 × 𝐴𝑔 × 𝑓𝑦
𝑁𝑒
𝑁𝑒 é a força axial de flambagem elástica.
Tabela 14: Valor de 𝑥 em função do índice de esbeltez 𝜆0
Fonte: NBR 8800 (2008, p.45).
62
2.8.2.2 Força axial de flambagem elástica
Segundo a NBR 8800:2008, a força axial de flambagem elástica (𝑁𝑒) de uma barra
com seção transversal duplamente simétrica é dada por:
a) para flambagem por flexão em relação ao eixo central de inércia x da seção transversal:
𝑁𝑒𝑥 =𝜋² × 𝐸 × 𝐼𝑥
(𝐾𝑥𝐿𝑥)²
b) para flambagem por flexão em relação ao eixo central de inércia y da seção transversal:
𝑁𝑒𝑦 =𝜋² × 𝐸 × 𝐼𝑦
(𝐾𝑦𝐿𝑦)²
c) para flambagem por torção em relação ao eixo longitudinal z:
𝑁𝑒𝑧 =1
𝑟02 [
𝜋2 × 𝐸 × 𝐶𝑤
(𝐾𝑦𝐿𝑦)2 + 𝐺. 𝐽]
Assim sendo:
𝐾𝑥𝐿𝑥 é o comprimento de flambagem por flexão em relação ao eixo x;
𝐼𝑥 é o momento de inércia da seção transversal em relação ao eixo x;
𝐾𝑦𝐿𝑦 é o comprimento de flambagem por flexão em relação ao eixo y;
𝐼𝑦 é o momento de inércia da seção transversal em relação ao eixo y;
𝐾𝑦𝐿𝑦 é o comprimento de flambagem por torção;
E é o módulo de elasticidade do aço;
𝐶𝑤 é a constante de empenamento da seção transversal;
G é o módulo de elasticidade transversal do aço;
J é a constante de torção da seção transversal;
𝑟0 é o raio de giração polar da seção bruta em relação ao centro de cisalhamento,
dado por:
𝑟0 = √(𝑟𝑥2 + 𝑟𝑦2 + 𝑥02 + 𝑦0
2)
63
Onde:
𝑟𝑥 e 𝑟𝑦 são os raios de giração em relação aos eixos centrais x e y, respectivamente,
e 𝑥0 e 𝑦0 são as coordenadas do centro de cisalhamento na direção dos eixos centrais x e y,
respectivamente, em relação ao centro geométrico da seção.
2.8.2.3 Força axial de flambagem elástica e coeficiente de flambagem: Seções
monossimétricas
A NBR 8800:2008 define que a força axial de flambagem elástica de uma barra
com seção transversal monossimétrica, cujo eixo y é o eixo de simetria, é dada por:
a) para flambagem elástica por flexão em relação ao eixo central de inércia x da seção
transversal:
𝑁𝑒𝑥 =𝜋² × 𝐸 × 𝐼𝑥
(𝐾𝑥𝐿𝑥)²
b) Para flambagem elástica por flexo-torção:
𝑁𝑒𝑦𝑧 =𝑁𝑒𝑦 + 𝑁𝑒𝑧
2 [1 − (𝑦0
𝑟0)2
]×
[
1 − √1 −4. 𝑁𝑒𝑦. 𝑁𝑒𝑧[1 − (
𝑦0
𝑟0)2
(𝑁𝑒𝑦 + 𝑁𝑒𝑧)²
]
Onde:
𝑁𝑒𝑦 𝑒 𝑁𝑒𝑧 são as forças axiais de flambagem elástica
2.8.2.4 Valores de coeficiente de flambagem por flexão
Os valores para os coeficientes de flambagem por flexão se encontram na Tabela
15. A NBR 8800:2008 considera que o valor utilizado de coeficiente é 1,0 para os elementos
que são contraventados e as barras das subestruturas de contraventamento.
Segundo a NBR 8800:2008, os coeficientes de flambagem por flexão devem ser
determinados por análise estrutural. Considera-se: 1,0 para barras com extremidades com
64
rotação impedida e empenamento livre, 2,0 quando uma das extremidades da barra possuir
rotação e empenamento livres e a outra extremidade possuir rotação e empenamento impedidos.
Tabela 15: Coeficiente de flambagem por flexão de elementos isolados
Fonte: NBR 8800 (2008, p.125).
2.8.2.5 Flambagem local de barras axialmente comprimidas
Segundo a NBR 8800:2008 são classificados em AA (duas bordas longitudinais
vinculadas) e AL (apenas uma borda longitudinal vinculada). Todos os elementos componentes
da seção transversal possuem relação entre largura e espessura. Expressa por b/t, que tem o
fator de redução total Q igual a 1,00.
As barras submetidas à força axial de compressão, nas quais os elementos
componentes da seção transversal possuem relações b/t maiores que os valores de (b/t)lim dados
na Tabela 16, têm o fator de redução total Q dado por:
𝑄 = 𝑄𝑠 × 𝑄𝑎
Nesse contexto:
𝑄𝑠 é o fator de redução que leva em conta a flambagem local dos elementos AL;
𝑄𝑎 é o fator de redução que leva em conta a flambagem local dos elementos AA.
65
Caso existam apenas elementos AA, suprime-se o fator 𝑄𝑠 do cálculo e no caso de
ocorrer somente AL, suprime-se do cálculo 𝑄𝑎. (NBR 8800, 2008)
Tabela 16: Valores de (𝑏 𝑡⁄ )𝑙𝑖𝑚
Fonte: NBR 8800 (2008, p.128).
66
3 MÉTODO
3.1 CLASSIFICAÇÃO DO ESTUDO
A presente pesquisa é um estudo de caso com o objetivo de se obter uma melhor
compreensão e consequente melhor concepção de uma estrutura (torre) metálica.
Possui importância exploratória e explicativa, pois envolve um levantamento
bibliográfico em que proporciona maior familiaridade com o problema a ser resolvido e
aprofunda o conhecimento da realidade com a identificação dos fatores que contribuem para a
ocorrência dos fenômenos.
3.2 SOFTWARES E PROGRAMAS UTILIZADOS
Para criação da concepção do sistema estrutural, isto é, a definição dos tipos,
características e posicionamento dos elementos que compõem a estrutura: pilares, vigas, terças,
contraventamento, entre outros, foi utilizado o software AutoDesk AutoCad. O sistema
estrutural é então implementado no software Strap.
O software Strap foi utilizado para análise estrutural, buscando o dimensionamento
que melhor atendesse às solicitações da estrutura.
Com a estrutura totalmente definida e dimensionada, foi utilizado o software BIM
de detalhamento de estruturas metálicas AutoDesk Advance Steel, para realização do
detalhamento da torre.
3.3 MODELO PROPOSTO
Em um projeto estrutural todos os fatores devem ser tratados de maneira integrada,
portanto consideram-se todos os fatores que possam influenciar na estrutura, como ações do
vento, peso próprio, carregamentos, entre outros.
A torre a ser considerada no projeto é estruturada em aço, com suas ligações
parafusadas.
Os perfis utilizados serão especificados e dimensionados no tópico 4 deste trabalho.
As dimensões apresentadas a seguir levam em consideração as necessidades do
sistema SALTA-z, como a necessidade de a altura inferior da caixa d’água ser no mínimo igual
a 6 metros e sua largura compatível com a do reservatório proposto.
67
O primeiro modelo adotado foi com a estrutura sendo composta por um pórtico de
2,20 m de largura e 6,00 m de altura, com pé direito de 3 metros, porém ao fazer uma análise
estrutural básica, verificou-se que este modelo não se comportava bem aos esforços e que
necessitava de seções elevadas dos perfis adotados para atender ao critério da esbeltez, tornando
assim inadequado esta escolha.
Levando em conta que o primeiro modelo escolhido não foi adequado, foi feita uma
segunda escolha, sendo a estrutura composta por um pórtico com 2,20 m de largura e 6,00 m
de altura, com pé direito de 2 metros. Apresentando contraventamento em “X” em todas as
faces, expostas na figura a seguir:
Figura 19: Geometria da estrutura
Fonte: E laborado pelo Autor (2019).
68
3.3.1 Critérios de dimensionamento
Para o dimensionamento foram analisadas as normas que regem o projeto de
estruturas metálicas. A NBR 8800:2008 (Projetos de estruturas em aço e de estruturas mistas
de aço e concreto de edifícios) terá influência direta neste dimensionamento. Igualmente foi
analisada a NBR 6123:1988 (Forças devidas ao vento em edificações).
3.3.2 Detalhamento
A partir do que foi dimensionado, faz-se um projeto com detalhamentos, a fim de
evitar qualquer dúvida que poderia surgir na execução e montagem da estrutura.
3.4 AÇÕES PERMANENTES
As ações permanentes são as que possuem valores constantes, ou de pequena
variação em torno da média, atuantes em praticamente toda a vida da construção e neste caso
compreendem ao peso da chapa expandida (piso) somado ao peso próprio da estrutura metálica.
3.4.1 Peso Próprio da estrutura
O peso próprio da estrutura depende diretamente dos perfis adotados, que serão
determinados em etapas posteriores do trabalho.
Para verificação desta ação, o software Strap, determina automaticamente o peso
da estrutura conforme são definidos os perfis.
3.4.2 Chapa expandida (piso)
Foi adotado como piso da estrutura, uma chapa expandida.
Está disponibilizado no anexo G, o catálogo de chapa expandida da Streck Metal,
devendo seguir seus parâmetros para instalação.
Para efeito de cálculo foi considerada uma carga de 20 kg/m², seu feito na estrutura
se dá da seguinte maneira:
69
Figura 20: Carregamento da Chapa expandida em kg/m²
Fonte: E laborado pelo Autor (2019).
3.5 AÇÕES VARIÁVEIS
As ações variáveis são aquelas que possuem valores com variação significativa
atuantes em praticamente toda a vida da construção, neste caso teremos como ações variáveis na estrutura, o reservatório, a sobrecarga de manutenção e a ação do vento.
3.5.1 Reservatório
A estrutura tem como objetivo suportar um reservatório d’água, reservatório este
que será fornecido pela fabricante Bakof Tec e possui capacidade de armazenamento de 7
toneladas d’água.
Seu carregamento na estrutura se dará da seguinte forma:
Área de influência:
𝐴𝑖𝑛𝑓 = 2,20𝑚 × 2,20𝑚 = 4,40 𝑚²
Carga por metro quadrado:
𝐴 =7.000𝑘𝑔
4,40𝑚2⁄ = 1.591 𝑘𝑔
𝑚²⁄
70
Figura 21: Carregamento do reservatório em kg/m²
Fonte: E laborado pelo Autor (2019).
Quanto a parte de instalação do reservatório e fixação da tampa do mesmo, a
fabricante fornece um manual de instalação que será disponibilizado no anexo A deste trabalho.
3.5.2 Sobrecarga
Foi considerado como sobrecarga na estrutura um valor de 150 kg/m², valor este
referente a montagem da estrutura, e de futuras manutenções, como limpeza do reservatório.
Será especificado em projeto que o piso do reservatório não será de acesso ao público.
Sua disposição na estrutura se dá da seguinte maneira:
Figura 22: Sobrecarga na estrutura, em kg/m²
Fonte: E laborado pelo Autor (2019).
71
3.6 VENTO
3.6.1 Velocidade básica 𝑽𝟎
A velocidade básica do vento é uma rajada de 3 segundos, excedida em média uma
vez em 50 anos a 10 m acima de terreno aberto e plano. Pode ser determinada pela isopleta
fornecida na figura 13 deste trabalho. Como a ideia do projeto é ser executado em todo o Brasil,
utilizou-se:
𝑉0 = 45 𝑚/𝑠
Sendo este o maior valor do vento atuante no território brasileiro, desta forma, o
cálculo será a favor da segurança.
3.6.2 Fator topográfico 𝑺𝟏
O fator topográfico adotado para este projeto, seguindo o prescrito no item 2.7.3,
foi:
𝑆1 = 1,00 → para terrenos planos ou pouco acidentados.
3.6.3 Fator de rugosidade 𝑺𝟐
Para obtenção do fator de rugosidade, primeiramente devemos definir a classe e
categoria da estrutura, foram obtidas conforme os quadros 2 e 3.
• Categoria III - Casas de campo, fazendas com muro, subúrbios, a altura
média do topo dos obstáculos é considerada igual a 3,0 m;
• 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 m.
Com a classe categoria definidas pode-se encontrar os valores de substituição da
formula a seguir, na tabela 10:
𝑆2 = 𝑏 × 𝐹𝑟 × (𝑍 10⁄ )𝑃
72
Logo, sabendo que: Fr = 1,00
B = 0,94
P = 0,10
Considerando Z a altura dos eixos da estrutura, tem-se:
𝑍1 = 2,00 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠
𝑍2 = 4,00 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠
𝑍3 = 6,00 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠
𝑍4 = 8,00 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠, altura no topo do reservatório
Portanto calcula-se um fator de rugosidade para cada altura considerada,
substituindo os valores, chegamos em:
𝑆2.(1) = 0,94 × 1,00 × (2,010⁄ )0,10 = 0,80
𝑆2.(2) = 0,94 × 1,00 × (4,010⁄ )0,10 = 0,86
𝑆2.(3) = 0,94 × 1,00 × (6,010⁄ )0,10 = 0,89
𝑆2.(4) = 0,94 × 1,00 × (8,010⁄ )0,10 = 0,92
73
3.6.4 Fator estatístico 𝑺𝟑
Este fator é baseado em conceitos estatísticos, e considera o grau de segurança
requerido e a vida útil da edificação, normalmente de 50 anos, para este projeto foi considerado
o fator estatístico: 𝑆3 = 1,00.
3.6.5 Velocidade característica 𝑽𝒌
Para obter a velocidade característica do vento, devemos multiplicar a velocidade
básica pelos fatores, através da seguinte formula:
𝑉𝑘 = 𝑉0 × 𝑆1 × 𝑆2 × 𝑆3
Utilizando os fatores previamente calculados e inserindo-os na equação obtemos a
velocidade característica do vento em cada altura:
𝑉𝑘(1) = 45,00 × 1,00 × 0,80 × 1,00 = 36,01 𝑚/𝑠
𝑉𝑘(2) = 45,00 × 1,00 × 0,86 × 1,00 = 38,60 𝑚/𝑠
𝑉𝑘(3) = 45,00 × 1,00 × 0,89 × 1,00 = 40,19 𝑚/𝑠
𝑉𝑘(4) = 45,00 × 1,00 × 0,92 × 1,00 = 41,37 𝑚/𝑠
3.6.6 Pressão dinâmica
Com o valor da velocidade característica do vento podemos obter a pressão
dinâmica através da seguinte fórmula:
𝑞 = 0,613 × (𝑉𝑘 )2
𝑞(1) = 0,613 × (36,01 )2 = 794,96 𝑁/𝑚²
𝑞(2) = 0,613 × (38,60 )2 = 913,17 𝑁/𝑚²
𝑞(3) = 0,613 × (40,19 )2 = 990,31 𝑁/𝑚²
𝑞(4) = 0,613 × (41,37 )2 = 1.048,96 𝑁/𝑚²
74
3.6.7 Força de arrasto
A componente da força global na direção do vento, força de arrasto 𝐹𝑎 é obtida por:
𝐹𝑎 = 𝐶𝑎 × 𝑞 × 𝐴𝑒
Sendo ∅:
∅ = 𝐴𝑒
𝐴𝑐⁄
𝐴𝑐 = área vazada.
Através dos perfis selecionados se chegou nos seguintes valores de 𝐴𝑒 𝑒 𝐴𝑐 :
𝐴𝑒 = 2,20 m²
𝐴𝑐 = 11,00 m²
Substituindo os valores na fórmula:
∅ = 2,2011,00⁄ = 0,20
Conforme calculado e exposto acima, descobre-se o valor do coeficiente de
arrasto igual 2,90, porem considerando a atuação do vento na pior situação, deve-se
multiplicar o 𝐶𝑎 por 𝑘∝ =1,16, logo:
75
𝐶𝑎 = 2,90 × 𝑘∝ = 2,90 × 1,16 = 3,36
Com todos os dados obtidos, chegamos nas forças de arrasto em cada altura da
torre:
𝐹𝑎(1) = 3,36 × 794,96 × 2,20 = 5.880 𝑁 = 5,88 𝑘𝑁
𝐹𝑎(2) = 3,36 × 913,17 × 2,20 = 6.760 𝑁 = 6.76 𝑘𝑁
𝐹𝑎(3) = 3,36 × 990,31 × 2,20 = 7.330 𝑁 = 7,33 𝑘𝑁
Verificando a figura 15 deste trabalho, chegou-se a um valor de n = 0,87.
Logo:
𝐹𝑎𝑐𝑒 𝐼 =1
1 + 𝑛=
1
1 + 0,87= 0,53
𝐹𝑎𝑐𝑒 𝐼𝐼𝐼 =𝑛
1 + 𝑛=
0,87
1 + 0,87= 0,47
Multiplicando a força de arrasto de cada altura pelo fator de proteção, obtêm-se os
seguintes resultados:
76
Para o vento perpendicular a estrutura:
Quadro 4: Resultados do vento perpendicular a estrutura
H = 2 metros Face I Face II Face III Face IV n 3,15 0 2,74 0 t 0 0 0 0
H = 4 metros Face I Face II Face III Face IV n 3,61 0 3,14 0 t 0 0 0 0
H = 6 metros Face I Face II Face III Face IV n 3,92 0 3,41 0 t 0 0 0 0
Fonte: Elaborado pelo Autor (2019).
Para o vento diagonal a estrutura:
Quadro 5: Resultados do vento diagonal a estrutura
H = 2 metros Face I Face II Face III Face IV n 1,18 1,18 0,88 0,88 t 1,18 1,18 0,88 0,88
H = 4 metros Face I Face II Face III Face IV n 1,35 1,35 1,01 1,01 t 1,35 1,35 1,01 1,01
H = 6 metros Face I Face II Face III Face IV n 1,47 1,47 1,10 1,10 t 1,47 1,47 1,10 1,10
Fonte: Elaborado pelo Autor (2019).
Para o vento atuante no reservatório faz-se o seguinte cálculo:
Área de influência, 𝐴𝑖𝑛𝑓 = 2,00m x 2,00m = 4,00 m²
Coeficiente de arrasto, 𝐶𝑎 = 0,80 (obtido na tabela 13)
𝐹𝑎(4) = 𝐴𝑖𝑛𝑓 × 𝐶𝑎 × 𝑞(4)
𝐹𝑎(4) = 4,00 × 0,80 × 1.048,96 = 3.360 𝑁 = 3,36 𝑘𝑁
77
Esta força de arrasto do reservatório, foi diretamente aplicada nas terças que ficam
sob ele. São três terças e a 𝐹𝑎(4) foi transferida para seus pontos iniciais e finais, portanto:
𝐹𝑎(4) = 3,36 𝑘𝑁6 𝑝𝑜𝑛𝑡𝑜𝑠⁄ = 0,56 𝑘𝑁/𝑝𝑜𝑛𝑡𝑜
Foi verificado através do software Strap, que a atuação perpendicular do vento a
estrutura provoca maiores esforços na mesma, portanto esta foi utilizada. Sua aplicação na
estrutura se dá da seguinte maneira:
Figura 23: Força do vento na estrutura, em kgf.
Fonte: E laborado pelo Autor (2019).
Nota: foram retiradas as barras de contraventamento da imagem para melhor
visualização dos esforços.
78
3.7 COMBINAÇÃO DE AÇÕES
Com as ações já calculadas, deve-se agora combiná-las, criando hipóteses de como
as ações poderão vir a acontecer na estrutura, neste caso foram criadas cinco hipóteses, sendo
elas:
1) Reservatório como ação principal;
2) Sobrecarga de manutenção como ação principal;
3) Vento como ação principal;
4) Apenas o vento atuando na estrutura;
5) Utilização de serviço da estrutura.
As ações já calculadas e suas nomenclaturas adotadas estão expressas na tabela a
seguir:
Tabela 17: Ações existentes na estrutura AÇÕES NOMENCLATURAS
PESO PRÓPRIO DA ESTRUTURA PP
PESO DA CHAPA EXPANDIDA (PISO) CP
PESO DO RESERVATÓRIO A
SOBRECARGA DE MANUTENÇÃO SC
VENTO Vx
Fonte: E laborado pelo Autor (2019).
Conforme o que foi exposto nos itens 2.4 e 2.5 deste trabalho, chegou-se a
seguinte tabela de combinações de ações:
Tabela 18: Combinação das ações Nº COMBINAÇÃO
1 PP * 1.25 + CP * 1.35 + A * 1.20 + SC * 0.75
2 PP * 1.25 + CP * 1.35 + A * 0.60 + SC * 1.50
3 PP * 1.25 + CP * 1.35 + A * 0.60 + SC * 0.75 + V * 1.40
4 PP * 1.00 + CP * 1.00 + V * 1.40
5 PP * 1.00 + CP * 1.00 + A * 1.00 + SC * 1.00
Fonte: E laborado pelo Autor (2019).
Os parâmetros de combinação obtidos nesta tabela serão utilizados no software
Strap para verificação da estrutura.
79
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 SELEÇÃO DOS ELEMENTOS
O material que compõem os elementos da estrutura selecionado é o aço– carbono
ASTM A36. A Tabela a seguir mostra as características do material utilizado.
Tabela 19: Propriedades mecânicas do aço ASTM A36 Módulo de
elasticidade
E (MPa)
Coeficiente
de Poisson
𝒗𝒂
Módulo de
elasticidade
transversal G
(MPa)
Massa
específica
𝝆 𝒌𝒈
𝒎³
Teor de
carbono
%
Limite de
escoamento
𝒇𝒚(MPa)
Resistência
à Ruptura
𝒇𝒖(MPa)
200000 0,3 77000 7850 0,25-0,29 250 400-500
Fonte: Adaptado de Pfeil (2010).
O principal perfil utilizado na estrutura são as cantoneiras de abas iguais, sua
escolha foi adotada pelas seguintes condições:
Utilizar a Cantoneira de Abas Iguais é obter aumento de produtividade e redução de custos. Em virtude de sua ampla gama de bitolas, proporciona flexibilidade no cálculo e no dimensionamento das estruturas. Desenvolvida para ser utilizada em diversas aplicações, a Cantoneira Gerdau pode ser empregada principalmente em estruturas metálicas, em torres de transmissão de energia elétrica e de telecomunicações, em esquadrias, em máquinas e implementos agrícolas, em serralherias e na indústria mecânica em geral. Possui seção transversal em forma de ângulo reto, com abas iguais e bitolas em polegadas e em milímetros. (GERDAU, 2009)
Na tabela e figura a seguir, são mostrados os perfis selecionados e sua disposição
na estrutura, estes serão verificados no tópico 4.2 deste trabalho.
Tabela 20: Perfis selecionados para a estrutura
Fonte: Elaborado pelo autor (2019).
Nº ELEMENTO DESCRIÇÃO
1 Coluna L 4x1/2
2 Travessa superior L 2.5x3/16
3 Contraventamento L 2x3/16
4 Travessa Ue# 125x50x17x4.75
5 Terça central 2Ue# 125x50x17x4.75
6 Terças laterais Ue# 125x50x17x4.75
7 Travessa L 2.5x3/16
80
Fonte: Elaborado pelo autor (2019).
Figura 24: Disposição dos perfis selecionados na estrutura
81
4.2 ANÁLISE ESTRUTURAL
Com toda geometria da estrutura definida, com os perfis escolhidos e as ações
calculadas, partimos agora para a análise estrutural da torre, isto é, analisar todos os elementos
citados anteriormente em conjunto, fazendo assim as análises e dimensionamento dos perfis,
verificando os esforços atuantes na estrutura e como ela se comporta quanto a eles.
Para fazer estas análises será utilizado o software próprio para isto, o Strap. Nele
será inserido a geometria da estrutura, os perfis escolhidos, os carregamentos previamente
calculados e será verificado se o que foi adotado atende a todos os esforços conforme a norma
regente para estruturas metálicas, a NBR 8800.
4.2.1 Deformação ou deslocamento da estrutura
Foi analisado com o auxílio do Strap, o quanto cada barra da estrutura se deforma
e se elas atendem ao prescrito na NBR 8800:2008, tendo seus valores máximos de deslocamento
expostos na tabela 21.
Será apresentado a seguir figuras que apresentam a análise feita para o
deslocamento da estrutura, os valores serão expostos em porcentagem, isto é, o quanto cada
barra deforma de seu valor máximo, caso tenha algum valor superior a 100%, esta barra deve
ser revisada, devendo aumentar sua seção. Também está apresentado a deformação máxima da
estrutura nos eixos X1 e X3, em centímetros.
82
Fonte: NBR 8800 (2008, p.117).
Tabela 21: Deslocamentos máximos
83
Figura 25: Deformações máximas (%)
Fonte: E laborado pelo Autor (2019).
Pode-se verificar que nenhuma barra supera 100%, portanto, todas estão de acordo
com o que sugere a norma brasileira.
Figura 26: Deformação máxima em X3 (cm *10²)
Fonte: E laborado pelo Autor (2019).
Apresentado o valor máximo de deslocamento em centímetros, igual a 1,35 cm,
como visto na imagem anterior equivale a 78% do que esta barra pode se deformar.
84
Figura 27: Deformação máxima em X1
Fonte: E laborado pelo Autor (2019).
Pode-se verificar que nenhuma barra supera 100%, inclusive algumas apresentam
valores bem abaixo disso, conforme for a verificação dos esforços seguintes, caso sejam baixos
também, estas barras podem ter suas seções diminuídas.
O valor máximo do deslocamento em X1 é apresentado na imagem central da
figura, sendo este em cm multiplicado por 10³ para maior visualização, portanto, esta
deformação equivale a 0,637 cm, ou seja, deforma menos de um centímetro.
85
4.2.2 Atuação da força axial + momento na estrutura
Foi analisado com o auxílio do Strap, a atuação da força axial somada ao momento
em cada barra.
Será apresentado a seguir figuras do plano superior e inferior da estrutura, com os
valores expressos em porcentagem, funcionando conforme explicado anteriormente, caso
superem o valor de 100%, estas barras não suportariam a atuação dos esforços devendo ter suas
seções revistas.
Figura 28: Atuação da força axial + momento no plano superior da estrutura
Fonte: E laborado pelo Autor (2019).
No item anterior foi exposto que algumas barras apresentavam deformações muito
baixas, e que conforme se desse a verificação dos esforços seguintes elas poderiam ser
redimensionadas. Porém analisando a atuação da força axial e momento na estrutura percebe-
se que estas barras (coluna e travessa) apresentam valores próximos a 100% neste quesito,
portanto, resistindo a um valor considerável destas forças não podendo ter suas seções
diminuídas.
Já as barras de contraventamento ainda apresentam valores baixos, podendo ter suas
seções alteradas, esta possibilidade será verificada no item 4.2.4 deste trabalho.
86
Figura 29: Atuação da força axial + momento na parte inferior da estrutura
Fonte: E laborado pelo Autor (2019).
As colunas na sua parte superior apresentam valores próximos a 90% e na parte
inferior próximos a 30%, porém não é indicado mudar a seção de uma coluna, sendo feitas suas
verificações na sua pior parte.
As travessas apresentando valores próximos a 100%, portanto tendo quase todas as
suas características utilizadas nestes esforços.
Barras de contraventamento com valores de 6%, sendo pouco exigida
87
4.2.3 Análise do máximo dos resultados atuantes nas barras
Agora será analisado o máximo dos resultados atuantes na estrutura, combinando o
que foi analisado anteriormente para uma melhor visualização dos esforços.
Figura 30: Máximos esforços no plano superior da estrutura
Fonte: Elaborado pelo Autor (2019).
Figura 31: Máximos esforços na base da estrutura
Fonte: E laborado pelo Autor (2019).
88
4.2.4 Análise das barras de contraventamento
Verificando os esforços analisados nos tópicos anteriores, nota-se que nas barras de
contraventamento o percentual de utilização delas está muito baixo, se levar em conta apenas
estes fatores estas barras poderiam ter suas seções diminuídas.
Figura 32: Esbeltez nas barras de contraventamento
Fonte: E laborado pelo Autor (2019).
Porém ao analisar as barras no quesito esbeltez, isto é, o quanto uma barra é
vulnerável ao efeito da flambagem, é um índice mecânico utilizado para estimar com que
facilidade a peça pode se curvar. É verificado que estas estão no seu limite, sendo usados 98%
do índice esbeltez, justificando assim a determinação de suas seções.
89
4.3 DIMENSIONAMENTO DOS PARAFUSOS
4.3.1 Ligação contraventamento – coluna
Através do software Strap, verificamos que as forças solicitantes mais críticas
para as barras de contraventamento da estrutura são:
Quadro 6: Resultados contraventamento Máximos Resultados:
Contraventamento Barra Axial
*Máximo
Barra C
0.000 Barra
Dasdsadasddjbd\sjbdjsadnama
8 Comb. 1
*Mínimo
Barra C
-4.099.461 T Barra
Dasdsadasddjbd\sjbdjsadnama
12 Comb. 3
Fonte: Elaborado pelo Autor (2019).
Para obtenção do diâmetro necessário para suportar este esforço, verificamos
através da equação:
𝐹𝑣,𝑅𝑑 = 0,4 × 𝐴𝑏 × 𝑓𝑢𝑏
𝛾𝑎2
Como utilizaremos apenas um parafuso ASTM A325 (fu = 825 Mpa =
82,5kN/cm²), a força resistente de cálculo, 𝐹𝑣,𝑅𝑑 , será igual a força solicitante de 4.099,46 kg
(41 kN).
41 = 0,4 × 𝐴𝑏 × 82,5
1,35
𝐴𝑏 = 1,68 𝑐𝑚²
Sendo:
1,68 = 𝜋 × 𝑑2
4
𝑑 = 1,46 𝑐𝑚
90
Portanto, para esta ligação foi considerado um parafuso de 5/8”, que equivale a
1,59 cm de diâmetro.
Nos encontros dos contraventamentos, por quase não possuir esforços atuantes,
foi considerado um parafuso de 1/2”, para fixação das peças.
4.3.2 Ligação travessa – coluna
Através do software Strap, verificamos que as forças solicitantes mais críticas
para as travessas da estrutura são:
Quadro 7: Resultados na travessa Máximos Resultados:
Travessa Barra Axial
*Máximo
Barra C
2641.219 C Barra
Dasdsadasddjbd\sjbdjsadnama
6 Comb 3
*Mínimo
Barra C
-431.771 T Barra
Dasdsadasddjbd\sjbdjsadnama
25 Comb. 1
Fonte: Elaborado pelo Autor (2019).
Para obtenção do diâmetro necessário para suportar este esforço, verificamos
através da equação:
𝐹𝑣,𝑅𝑑 = 0,4 × 𝐴𝑏 × 𝑓𝑢𝑏
𝛾𝑎2
Como utilizaremos apenas um parafuso ASTM A325 (fu = 825 Mpa = 82,5kN/cm²),
a força resistente de cálculo, 𝐹𝑣,𝑅𝑑 , será igual a força solicitante de 2641,22 kg (27 kN).
27 = 0,4 × 𝐴𝑏 × 82,5
1,35
𝐴𝑏 = 1,08 𝑐𝑚² Sendo:
𝐴𝑏 = 𝜋 × 𝑑2
4
1,08 = 𝜋 × 𝑑2
4
𝑑 = 1,17 𝑐𝑚
91
Portanto, para esta ligação foi considerado um parafuso de 1/2”, que equivale a 1,27
cm de diâmetro.
4.4 DIMENSIONAMENTO DOS CHUMBADORES
Arbitrando um chumbador do tipo ASTM A36 (fu = 400 Mpa = 40kN/cm²) por
placa de base e sabendo que, através do software Strap, as forças solicitantes mais críticas
são:
Figura 33: Esforços solicitantes para chumbadores, em kgf.
Fonte: Elaborado pelo Autor (2019).
𝑁𝑑 = 7.823 𝑘𝑔 = 78,23 𝑘𝑁
𝐻𝑑 = −3.035 𝑘𝑔 = −30,35 𝑘𝑁
O diâmetro do chumbador para a força de tração deve ser superior a:
𝑑𝑏 ≥ √4.𝑁𝑑 × 𝛾𝑎2
𝑓𝑢 × 𝜋 × 0,75. 𝑛
92
Onde 𝛾𝑎2 = 1,35 e n é o número de chumbadores estipulados.
𝑑𝑏 ≥ √4 × 78,23 × 1,35
40 × 𝜋 × 0,75 × 1 = 2,12 𝑐𝑚
Calculando o mesmo para a força horizontal:
𝑑𝑏 ≥ √4.𝑁𝑑 × 𝛾𝑎2
𝑓𝑢 × 𝜋 × 0,4. 𝑛 = √
4 × 30,35 × 1,35
40 × 𝜋 × 0,4 × 1 = 1,81 𝑐𝑚
O diâmetro adotado foi o de 1” que equivale a 2,54 cm, possuindo área igual a
5,07 cm², atendendo aos dois esforços. Porem devemos fazer a verificação simultânea dos
esforços.
𝐹𝑡,𝑅𝑑 =0,75 × 𝐴 × 𝑓𝑢
𝛾𝑎2=
0,75 × 5,07 × 40
1,35= 112,67 𝑘𝑁
𝐹𝑣,𝑅𝑑 =0,4 × 𝐴 × 𝑓𝑢
𝛾𝑎2=
0,4 × 5,07 × 40
1,35= 60,09 𝑘𝑁
A verificação simultânea se dá através da inequação:
(𝑁𝑑
𝐹𝑡,𝑅𝑑)
2
+ (𝐻𝑑
𝐹𝑣,𝑅𝑑)
2
≤ 1,00
(78,23
112,67)2
+ (30,35
60,09)2
≤ 1,00
0,74 < 1,00 ∴ 𝑂𝐾
Portanto, um chumbador de 1” de diâmetro é suficiente para suportar os esforços
solicitantes.
93
4.5 COMPRIMENTO E PESO DOS ELEMENTOS UTILIZADOS
A seguir será apresentada uma tabela com os comprimentos e pesos dos perfis
adotados. Esta tabela poderá ser usada para questões de orçamentação da estrutura e para
verificar se ela está superdimensionada. Porém estes tópicos não serão abordados neste
trabalho.
Tabela 22: Resumo de aço Seção Comprimento (m) Peso (kg) Total (kg) Cantoneira L 2x3/16 71.36 256.6 L 2.5x3/16 28.00 131.1 L 4x1/2 24.00 455.9 843.6 Chapa dobrada Ue# 125x50x17x4.75 20.40 173.3 2Ue# 125x50x17x4.75 3.40 57.8 231.1 Peso total: 1074.6
Fonte: E laborado pelo Autor (2019).
94
4.6 PLANTA DE CARGAS
A seguir será apresentada uma figura representando a locação dos pilares para
referenciar a tabela de cargas da estrutura, a planta de cargas serve para o dimensionamento das
fundações, devendo ser levado em consideração ainda as características do solo local, onde será
instalada a torre.
Este trabalho não irá abordar o dimensionamento das fundações, ficando como
sugestão para trabalhos futuros.
Figura 34: Planta de cargas
Fonte: E laborado pelo Autor (2019).
Tabela 23: Tabela de Cargas
PILAR FX1 = FX2(kg) FX3 (kg) P1=P2=P3=P4 3034
5582 (Tração)
7802 (Compressão) Fonte: E laborado pelo Autor (2019).
Nota: os valores da tabela de cargas (tabela 23) já estão majorados.
95
5 CONCLUSÃO
Ao longo deste trabalho foi possível atingir os objetivos estabelecidos. Foi feito um
sistema estrutural metálico, o cálculo das ações atuantes e a seleção e dimensionamento dos
perfis metálicos para uma estrutura de reservatório de pequeno porte. Por fim, foi gerado o
projeto com detalhes estruturais, fornecendo os detalhes necessários para fabricação e
montagem da estrutura.
Pode-se perceber uma grande vantagem na utilização de softwares para na análise
estrutural e validação dos perfis selecionados, pois isso permite ao projetista maior
produtividade e confiabilidade dos resultados. O software Strap demonstrou-se eficiente, de
fácil aprendizado, implementação e manutenção da estrutura, satisfazendo os objetivos postos
a ele.
No entanto, recomenda-se, principalmente para estruturas com geometria
complexas, a utilização de um único software, capaz de fazer a geração das cargas, inclusive a
do vento, o dimensionamento estrutural, o dimensionamento das ligações, proporcionando
assim maior facilidade e produtividade para o projetista.
Foram avaliados dois modelos de estrutura onde foi possível verificar a importância
de se escolher uma boa geometria, pois está impacta diretamente no dimensionamento da
estrutura, ao escolher a segunda geometria foi possível ter um ganho elevado nas seções dos
perfis cantoneira, principalmente no contraventamento por conta da esbeltez.
Optou-se por não realizar o dimensionamento das fundações da estrutura tendo em
vista a grande variabilidade dos tipos de solo e suas características, sendo necessário e
recomendado fazer uma análise especifica para cada caso, principalmente nos casos onde existe
solo colapsível, isto é, solos que apresentam redução de volume quando umedecidos, tendo
carga adicional ou não, no qual deve ser feita uma avaliação mais criteriosa.
5.1 SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS
Diante do exposto neste trabalho, citam-se algumas recomendações para trabalhos
futuros:
• Realizar o desenvolvimento da estrutura com outros tipos de sistemas
estruturais, como pré-moldado e madeira e compará-los financeiramente
para gerar a solução mais econômica;
96
• Desenvolver o cálculo das fundações da estrutura, para diferentes tipos de
solos;
• Fazer um projeto com os detalhamentos dos componentes externos a
estrutura e suas recomendações, como por exemplo os suportes para
instalação do SALTA-z, escada tipo marinheiro para acesso ao reservatório
e os guarda-corpos da estrutura.
97
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6120: Cargas para o cálculo de estruturas de edificações. Rio de Janeiro, 1980.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6123: Forças devidas ao vento em edificações. Rio de Janeiro, 1988.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8681: Ações e segurança nas estruturas – Procedimento. Rio de Janeiro, 2003.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8800: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios. 2. ed. Rio de Janeiro, 2008.
BELLEI, Ildony H.; PINHO, Fernando O.; PINHO, Mauro o. Edifícios de múltiplos andares em aço. 1. ed. São Paulo: PINI, 2004.
DIAS, Luís Andrade de Mattos. Estruturas de aço: conceitos, técnicas e linguagem. 8. ed. São Paulo: Zigurate Editora, 2011.
FUNASA (Brasil). A FUNASA (2018). Disponível em: <http://www.funasa.gov.br/web/guest/a-funasa1>. Acesso em 06 jun. 2019.
FUNASA (Brasil). Manual da solução alternativa coletiva simplificada de tratamento de água para consumo humano em pequenas comunidades utilizando filtro e dosador desenvolvidos pela Funasa/Superintendência Estadual do Pará. Brasília: FUNASA, 2017.
MIGUEL, Leandro F. Fadel; CARQUEJA, Moacir H. Andrade. ECV5255 – Estruturas Metálicas I. Florianópolis, 2016. Apostila do curso de Engenharia Civil da UFSC.
OMS, Organização Mundial da Saúde. Progress on drinking water, sanitation and hygiene: 2017. Disponível em: <https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/258617/9789241512893-eng.pdf>. Acesso em: 25 maio 2019.
PFEIL, Walter; PFEIL, Michèle. Estruturas de aço: dimensionamento prático. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.
PINHEIRO, Antonio Carlos da Fonseca Bragança. Estruturas Metálicas: cálculos, detalhes, exercícios e projetos. 2. ed. São Paulo: Blucher, 2005.
RIBEIRO, Daniel. Projeto SALTA-z amplia e será implementado em 20 estados. Boletim informativo da Fundação Nacional da Saúde, Brasília, ano 14, n. 2, 2018
SANTOS, Silene Lima D. X.; CARVALHO, Eládio Braga de. Solução alternativa coletiva simplificada de tratamento de água destinada ao consumo humano em pequenas comunidades. Nota Informativa, Brasília, FUNASA, 2018.
SCHMITZHAUS, Felipe. Perfis estruturais de aço. 2015. Disponível em: <http://felipeschmitzhaus.blogspot.com/>. Acesso em: 30 maio 2019.
98
SILVA, Valdir Pignatta e. Estruturas de aço em situação de incêndio. São Paulo: Zigurate, 2001.
SOARES, Fernanda Santiago Chaves. Caracterização e Aplicação de Zeólitas Naturais. 2010. Tese (Doutorado) - Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2010.
99
ANEXOS
100
ANEXO A – Instruções BAKOFTEC para reservatórios
101
ANEXO B – Resultados detalhados - Terça mais solicitada
102
103
ANEXO C – Resultados detalhados - Travessa mais solicitada
104
105
ANEXO D – Resultados detalhados - Coluna mais solicitada
106
107
ANEXO E – Resultados detalhados - Contraventamento mais solicitado
108
109
ANEXO F – Resultados gerais – Todas as barras
R e s u l t a d o s G e r a i s
C A P A C I D A D E S Flec Dir Combinada
Barr Seção Com
L/ Esbl Axial Cortante
Mom FLT Axial+Mom 1 L 4x1/2 1 6810 101 -0.09 MJ 0.00 0.01 0.02 0.10
(3) (1) (4) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1) (1)
2 L 4x1/2 3 6675 101 -0.24 MJ 0.00 0.01 0.02 0.27
(1) (3) (4) (1) (1) (3) MI 0.00 0.03 0.00 (1) (1)
3 L 4x1/2 3 6456 101 -0.24 MJ 0.00 0.01 0.01 0.27
(3) (3) (4) (1) (1) (3) MI 0.00 0.03 0.00 (1) (1)
4 L 4x1/2 1 6675 101 -0.09 MJ 0.00 0.01 0.01 0.09
(1) (1) (4) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1) (1)
5 L 2.5x3/16 3 3995 175 -0.59 MJ 0.00 0.01 0.01 0.64
(1) (4) (1) (1) (1) (3) MI 0.00 0.02 0.00 (1)
6 L 2.5x3/16 3 3995 175 -0.89 MJ 0.00 0.01 0.01 0.98
(1) (3) (1) (1) (1) (3) MI 0.00 0.02 0.00 (1)
7 L 2.5x3/16 3 967 175 -0.20 MJ 0.03 0.11 0.18 0.41
(3) (3) (2) (2) (2) (3) MI 0.00 0.23 0.00 (4) (2)
8 L 2x3/16 1 1391 296 0.16 MJ 0.00 0.01 0.02 0.12
(1) (4) (3) (1) (1) (3) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
9 L 2x3/16 1 1391 296 0.00 MJ 0.00 0.01 0.02 0.06
(1) (1) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
10 L 2x3/16 3 1391 296 0.28 MJ 0.00 0.01 0.02 0.32
(1) (4) (3) (1) (1) (3) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
11 L 2x3/16 1 1391 296 0.00 MJ 0.00 0.01 0.02 0.06
(1) (1) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
12 L 2x3/16 3 1391 296 0.39 MJ 0.00 0.01 0.02 0.43
(1) (4) (3) (1) (1) (3) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
13 L 2x3/16 1 1391 296 0.00 MJ 0.00 0.01 0.02 0.06
(1) (1) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
14 L 2x3/16 1 1391 296 0.16 MJ 0.00 0.01 0.02 0.12
(1) (4) (3) (1) (1) (3) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
110
R e s u l t a d o s G e r a i s
C A P A C I D A D E S Flec Dir Combinada
Barr Seção Com
L/ Esbl Axial Cortante
Mom FLT Axial+Mom 15 L 2x3/16 1 1391 296 0.00 MJ 0.00 0.01 0.02 0.06
(1) (1) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
16 L 2x3/16 3 1391 296 0.28 MJ 0.00 0.01 0.02 0.32
(1) (4) (3) (1) (1) (3) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
17 L 2x3/16 1 1391 296 0.00 MJ 0.00 0.01 0.02 0.06
(1) (1) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
18 L 2x3/16 3 1391 296 0.39 MJ 0.00 0.01 0.02 0.43
(1) (4) (3) (1) (1) (3) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
19 L 2x3/16 1 1391 296 0.00 MJ 0.00 0.01 0.02 0.06
(1) (1) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
20 L 2.5x3/16 3 3995 175 -0.59 MJ 0.00 0.01 0.01 0.64
(1) (4) (1) (1) (1) (3) MI 0.00 0.02 0.00 (1)
21 L 2.5x3/16 3 3995 175 -0.89 MJ 0.00 0.01 0.01 0.98
(1) (3) (1) (1) (1) (3) MI 0.00 0.02 0.00 (1)
22 L 2.5x3/16 2 987 175 -0.20 MJ 0.03 0.11 0.18 0.41
(1) (3) (2) (2) (2) (2) MI 0.00 0.23 0.00 (3) (2)
23 L 2x3/16 1 1391 296 0.00 MJ 0.00 0.01 0.02 0.06
(1) (1) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
24 L 2x3/16 1 1391 296 0.00 MJ 0.00 0.01 0.02 0.06
(1) (1) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
25 L 2.5x3/16 1 3995 175 0.03 MJ 0.00 0.01 0.01 0.04
(1) (1) (1) (1) (1) (1) MI 0.00 0.02 0.00 (1)
26 L 2x3/16 1 1391 296 0.00 MJ 0.00 0.01 0.02 0.06
(1) (3) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
27 L 2x3/16 1 1391 296 0.00 MJ 0.00 0.01 0.02 0.06
(1) (3) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
28 L 2.5x3/16 3 3995 175 -0.08 MJ 0.00 0.01 0.01 0.07
(1) (3) (1) (1) (1) (3) MI 0.00 0.02 0.00 (1)
111
R e s u l t a d o s G e r a i s
C A P A C I D A D E S Flec Dir Combinada
Barr Seção Com
L/ Esbl Axial Cortante
Mom FLT Axial+Mom 29 L 2x3/16 1 1391 296 0.02 MJ 0.00 0.01 0.02 0.06
(1) (4) (3) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
30 L 2x3/16 1 1391 296 0.02 MJ 0.00 0.01 0.02 0.06
(1) (4) (3) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
31 L 2x3/16 1 1391 296 0.00 MJ 0.00 0.01 0.02 0.06
(1) (1) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
32 L 2x3/16 1 1391 296 0.00 MJ 0.00 0.01 0.02 0.06
(1) (1) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
33 L 2.5x3/16 1 3995 175 0.03 MJ 0.00 0.01 0.01 0.04
(1) (1) (1) (1) (1) (1) MI 0.00 0.02 0.00 (1)
34 L 2x3/16 1 1391 296 0.00 MJ 0.00 0.01 0.02 0.06
(1) (1) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
35 L 2x3/16 1 1391 296 0.00 MJ 0.00 0.01 0.02 0.06
(1) (1) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
36 L 2.5x3/16 1 3995 175 -0.04 MJ 0.00 0.01 0.01 0.05
(1) (1) (1) (1) (1) (1) MI 0.00 0.02 0.00 (1)
37 L 2x3/16 1 1391 296 0.00 MJ 0.00 0.01 0.02 0.06
(1) (1) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
38 L 2x3/16 1 1391 296 0.00 MJ 0.00 0.01 0.02 0.06
(1) (1) (1) (1) (1) MI 0.00 0.03 0.00 (1)
40 Ue# 125x50x17#4.75 3 9999 35 0.00 MJ 0.02 0.07 0.00 0.10
(4) (2) (2) (2) (3) MI 0.01 0.06 0.07 (3) (3) (5)
42 Ue# 125x50x17#4.75 1 383 50 -0.02 MJ 0.37 0.76 0.67 0.68
(3) (1) (1) (1) (1) (1) MI 0.01 0.05 0.00 (4) (3)
43 Ue# 125x50x17#4.75 2 9999 35 0.00 MJ 0.02 0.07 0.07 0.07
(2) (2) (2) (2) MI 0.00 0.02 0.00 (3) (3)
44 Ue# 125x50x17#4.75 2 9999 35 0.00 MJ 0.02 0.07 0.07 0.07
(2) (2) (2) (2) MI 0.00 0.02 0.00 (3) (3)
112
R e s u l t a d o s G e r a i s
C A P A C I D A D E S Flec Dir Combinada
Barr Seção Com
L/ Esbl Axial Cortante
Mom FLT Axial+Mom 47 Ue# 125x50x17#4.75 1 3387 129 0.00 MJ 0.01 0.04 0.05 0.05
(1) (3) (2) (1) (1) (1) MI 0.00 0.02 0.00 (3) (3)
50 Ue# 125x50x17#4.75 1 3387 129 0.00 MJ 0.01 0.04 0.00 0.06
(1) (3) (2) (1) (1) (3) MI 0.00 0.02 0.05 (3) (3) (5)
53 2Uec#125x50x17#4.75 1 319 94 0.00 MJ 0.13 0.51 0.53 0.53
(1) (4) (1) (1) (1) (1)
56 Ue# 125x50x17#4.75 3 341 129 -0.01 MJ 0.21 0.59 0.67 0.67
(3) (3) (1) (1) (1) (1) MI 0.01 0.08 0.00 (4) (4)
59 Ue# 125x50x17#4.75 3 341 129 -0.01 MJ 0.21 0.59 0.00 0.67
(3) (3) (1) (1) (1) (1) MI 0.01 0.08 0.67 (4) (4) (5)
60 L 2.5x3/16 1 387 270 0.00 MJ 0.04 0.22 0.22 0.69
(3) (1) (1) (1) (1) (1) MI 0.01 0.47 0.00 (4) (1)
61 L 2.5x3/16 1 387 270 -0.04 MJ 0.04 0.22 0.22 0.69
(3) (3) (1) (1) (1) (1) MI 0.01 0.47 0.00 (3) (1)
62 L 4x1/2 1 2269 101 -0.09 MJ 0.00 0.06 0.06 0.21
(1) (1) (2) (1) (1) (1) MI 0.01 0.13 0.00 (1) (1)
63 L 4x1/2 1 587 101 -0.09 MJ 0.00 0.23 0.28 0.87
(3) (1) (2) (1) (1) (1) MI 0.02 0.49 0.00 (1) (1)
64 L 4x1/2 1 2024 101 -0.15 MJ 0.00 0.05 0.05 0.23
(1) (3) (4) (1) (1) (1) MI 0.01 0.14 0.00 (1) (1)
65 L 4x1/2 1 523 101 -0.09 MJ 0.00 0.21 0.25 0.90
(3) (3) (2) (1) (1) (1) MI 0.02 0.55 0.00 (1) (1)
66 L 4x1/2 1 2188 101 -0.15 MJ 0.00 0.06 0.07 0.26
(3) (3) (4) (1) (1) (1) MI 0.01 0.13 0.00 (1) (1)
67 L 4x1/2 1 601 101 -0.09 MJ 0.00 0.23 0.23 0.78
(1) (3) (2) (1) (1) (1) MI 0.02 0.49 0.00 (1) (1)
68 L 4x1/2 1 1854 101 -0.09 MJ 0.00 0.05 0.07 0.27
(3) (1) (2) (1) (1) (1) MI 0.01 0.14 0.00 (1) (1)
69 L 4x1/2 1 536 101 -0.09 MJ 0.00 0.21 0.21 0.81
(1) (1) (2) (1) (1) (1) MI 0.02 0.55 0.00 (1) (1)
113
ANEXO G – Catálogo chapa expandida – Streck Metal
114
115
ANEXO H – Tabela de perfis Cantoneira
116
ANEXO I – Lista de materiais
Cliente:
Data
Trabalho:Extrato DetailDwgExtract.xml
Empresa:
DesenhadoProjeto
MATERIAL LIST 11-nov-2019
Vigas
1 76,3A368 4,3420,5439,5L2 1/2X2 1/2X3/16 2.120
2 91,3A363 4,9931,66430,4Ue# 125X50X17X4.75 3.400
4 60,9A362 3,3291,66430,4Ue# 125X50X17X4.75 3.400
5 100,5A3610 5,6920,56910L2X2X3/16 2.790
6 100,7A3610 5,6340,56310,1L2X2X3/16 2.773
7 10,1A361 0,5590,55910,1L2 1/2X2 1/2X3/16 2.200
8 15,3A361 0,870,8715,3L2 1/2X2 1/2X3/16 3.400
9 20A362 1,1310,56510L2X2X3/16 2.772
10 20A362 1,1170,55910L2X2X3/16 2.750
Superfície Descriçãoda peça
(m2)
Marca
(Kg)(Kg/piece)SuperfíciePeso
QuantidNome(mm)
Peso
(m2/piece)da peça
TotalComprimentQualidade Total
1 / 4Página
11 114,6A361 2,4482,448114,6L4X4X1/2 6.000
12 60,9A362 3,3291,66430,4Ue# 125X50X17X4.75 3.400
15 229,2A362 4,8962,448114,6L4X4X1/2 6.000
19 30,4A361 1,6641,66430,4Ue# 125X50X17X4.75 3.400
20 10,1A361 0,5590,55910,1L2 1/2X2 1/2X3/16 2.200
21 15,3A361 0,870,8715,3L2 1/2X2 1/2X3/16 3.400
22 114,6A361 2,4482,448114,6L4X4X1/2 6.000
1.069,9 43,88148
Placas
# 3,2A361 0,0890,0893,2Pl 10x201.6x201.6 202
16 2,1A3610 0,0730,0070,2Pl 10x59.5229x50.8 60
17 0,6A3610 0,0580,0060,1Pl 2.7006x59.5229x50.8 60
Superfície Descriçãoda peça
(m2)
Marca
(Kg)(Kg/piece)SuperfíciePeso
QuantidNome(mm)
Peso
(m2/piece)da peça
TotalComprimentQualidade Total
2 / 4Página
18 0,6A363 0,0210,0070,2Pl 10x50x50 50
23 0,4A362 0,0150,0070,2Pl 10x60.6101x50.8 61
24 0,1A362 0,0120,0060,1Pl 2.7006x60.6101x50.8 61
25 0,2A361 0,0070,0070,2Pl 10x50x50 50
1007 9,6A363 0,2680,0893,2Pl 10x201.6x201.6 202
16,7 0,54232
Itens dobrados
3 3,1A368 0,1540,0190,4PL6x50x166.5528 50
3,1 0,1548
Parafusos
0,810.988 0Arruela ASTM F436 - 1/2
0,310.932 0Arruela ASTM F436 - 1/2
210.9111 0Arruela ASTM F436 - 5/8
Superfície Descriçãoda peça
(m2)
Marca
(Kg)(Kg/piece)SuperfíciePeso
QuantidNome(mm)
Peso
(m2/piece)da peça
TotalComprimentQualidade Total
3 / 4Página
110.912 0,1ASTM A325 1/2 x 1 1/2 38
1,410.916 0,1ASTM A325 1/2 x 1 1/2 38
1,910.920 0,1ASTM A325 1/2 x 1 3/4 44
1,210.912 0,1ASTM A325 1/2 x 2 51
0,210.91 0,2ASTM A325 5/8 x 1 3/4 44
9,410.955 0,2ASTM A325 5/8 x 2 51
1,310.944 0Porca sextavada Pesada
0,510.916 0Porca sextavada Pesada
310.956 0,1Porca sextavada Pesada
22,9463
1.112,6551 44,577
Superfície Descriçãoda peça
(m2)
Marca
(Kg)(Kg/piece)SuperfíciePeso
QuantidNome(mm)
Peso
(m2/piece)da peça
TotalComprimentQualidade Total
4 / 4Página
121
ANEXO J – Folhas de projeto
01/04
DATA:
14/11/2019
ESCALA:
INDICADA
FOLHA
PROJETO DE ESTRUTURA METÁLICA:
TORRE PARA SALTA-z
UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA
ALUNO: CHARLES JOSÉ PETRY JUNIOR
ORIENTADOR: VALDI HENRIQUE SPOHR
Vista 3D
Vista Lateral Vista Frontal
PRODUZIDO POR UMA VERSÃO DO AUTODESK PARA ESTUDANTESP
RO
DU
ZID
O P
OR
U
MA
V
ER
SÃ
O D
O A
UT
OD
ES
K P
AR
A E
ST
UD
AN
TE
SPRODUZIDO POR UMA VERSÃO DO AUTODESK PARA ESTUDANTES
PR
OD
UZ
ID
O P
OR
U
MA
V
ER
SÃ
O D
O A
UT
OD
ES
K P
AR
A E
ST
UD
AN
TE
S
02/04
DATA:
14/11/2019
ESCALA:
INDICADA
FOLHA
PROJETO DE ESTRUTURA METÁLICA:
TORRE PARA SALTA-z
UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA
ALUNO: CHARLES JOSÉ PETRY JUNIOR
ORIENTADOR: VALDI HENRIQUE SPOHR
35 95 1787 118 84 1787 128 85 1787 93
6000
70
32
70
32
70
32
70
32
70
32
70
32
2ø182ø181ø18 1ø181ø15
1ø15
1ø15
38 50
81 1701 165 95 1729 175 95 1729 140
6000
32
70
32
70
32
70
32
70
32
70
32
70
3ø18 2ø18 2ø18 1ø18
1ø15 1ø15
1x
CO1002
L4X4X1/2
A36 - 1:10
35 95 1787 118 84 1787 128 85 1787 93
6000
70
32
70
32
70
32
70
32
70
32
70
32
1ø182ø181ø18 2ø181ø15
1ø15
1ø15
38 50
81 1701 165 95 1729 175 95 1729 140
6000
32
70
32
70
32
70
32
70
32
70
32
70
3ø18 2ø182ø18 1ø18
1ø15 1ø15
1x
CO1001
L4X4X1/2
A36 - 1:10
38 50
77 1752 118 84 1787 128 85 1787 93
6000
70
32
70
32
70
32
70
32
70
32
70
32
3ø18
2ø18
2ø18 1ø181ø15 1ø15
35 105 1729 165 95 1729 175 95 1729 140
6000
32
70
32
70
32
70
32
70
32
70
32
70
1ø18 2ø18 2ø18 1ø18
1ø151ø15 1ø15
2x
CO1000
L4X4X1/2
A36 - 1:10
51 46
5146
200 2200 197
46
51
46
51
19
02
20
01
94
Pl 1
0x5
0x5
0
M24x450
Pl 10x50x50
M24x450
Pl 1
0x5
0x5
0
M24x450
Pl 10x50x50
M24x450
2120
30 2060 30
29
35
29
35
2120
1ø15
1ø15
10x
TV1001
L2 1/2X2 1/2X3/16
A36 - 1:10
670 2060 670
37
50
38
37
50
38
3400
2ø18
2ø18
25 95 660 95 800
50
800 95 660 95 25
2ø15 2ø15 2ø15 2ø152ø15
2x
A36 - 1:10
TE1002
Ue# 125X50X17X4.75
96 105
10
11
01
202
20
2
1ø26
4x Pl 10x50x50
S235JRG2 - 1:10
CH1002
PRODUZIDO POR UMA VERSÃO DO AUTODESK PARA ESTUDANTESP
RO
DU
ZID
O P
OR
U
MA
V
ER
SÃ
O D
O A
UT
OD
ES
K P
AR
A E
ST
UD
AN
TE
SPRODUZIDO POR UMA VERSÃO DO AUTODESK PARA ESTUDANTES
PR
OD
UZ
ID
O P
OR
U
MA
V
ER
SÃ
O D
O A
UT
OD
ES
K P
AR
A E
ST
UD
AN
TE
S
03/04
DATA:
14/11/2019
ESCALA:
INDICADA
FOLHA
PROJETO DE ESTRUTURA METÁLICA:
TORRE PARA SALTA-z
UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA
ALUNO: CHARLES JOSÉ PETRY JUNIOR
ORIENTADOR: VALDI HENRIQUE SPOHR
6010
CO1001
1007
6010
CO1001
1007
101101
96
105
4
CO1001
1007
6010
CO1000
1007
6010
CO1000
1007
101101
96
105
4
CO1000
1007
2x
L4X4X1/2 - 1:50
6010
CO1028
1007
6010
CO1002
1007
101101
96
105
4
CO1002
1007
CO1000
1x
L4X4X1/2 - 1:50
CO1002
1x
L4X4X1/2 - 1:50
CO1001
50
59
49
59
25 25
30
107
30
167
1056
25 25
63
30
50
93
1056
6
26
60
5
2
60
1056
8x
PLACA SUPORTE
PL6x50x166.5528 - 1:10
PRODUZIDO POR UMA VERSÃO DO AUTODESK PARA ESTUDANTESP
RO
DU
ZID
O P
OR
U
MA
V
ER
SÃ
O D
O A
UT
OD
ES
K P
AR
A E
ST
UD
AN
TE
SPRODUZIDO POR UMA VERSÃO DO AUTODESK PARA ESTUDANTES
PR
OD
UZ
ID
O P
OR
U
MA
V
ER
SÃ
O D
O A
UT
OD
ES
K P
AR
A E
ST
UD
AN
TE
S
04/04
DATA:
14/11/2019
ESCALA:
INDICADA
FOLHA
PROJETO DE ESTRUTURA METÁLICA:
TORRE PARA SALTA-z
UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA
ALUNO: CHARLES JOSÉ PETRY JUNIOR
ORIENTADOR: VALDI HENRIQUE SPOHR
35 1338 1382 35
25
26
25
26
25
26
2790
1ø151ø18 1ø18
10x
CV1001
L2X2X3/16
A36 - 1:10
2773
46
1326 1371 30
26
25
26
25
26
25
2773
1ø15
1ø181ø18
12x
CV1002
L2X2X3/16
A36 - 1:10
2750
46
1317 1357 30
26
25
26
25
26
25
2750
1ø151ø18 1ø18
2x
CV1003
L2X2X3/16
A36 - 1:10
3400
575 2250 575
1ø15 1ø15
2x
TE1000
Ue# 125X50X17X4.75A36 - 1:10
575 2250 575
63
63
63
63
3400
1ø15 1ø15
575 2250 575
1ø151ø15
4x
TE1001
Ue# 125X50X17X4.75A36 - 1:10
PRODUZIDO POR UMA VERSÃO DO AUTODESK PARA ESTUDANTESP
RO
DU
ZID
O P
OR
U
MA
V
ER
SÃ
O D
O A
UT
OD
ES
K P
AR
A E
ST
UD
AN
TE
SPRODUZIDO POR UMA VERSÃO DO AUTODESK PARA ESTUDANTES
PR
OD
UZ
ID
O P
OR
U
MA
V
ER
SÃ
O D
O A
UT
OD
ES
K P
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A E
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S