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