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1 ANÁLISE DE VIABILIDADE DE TRELIÇA METÁLICA PLANA PARA COBERTURA DE GALPÃO Tarcísio dos Santos¹, Henrique Schlickmann² projetotaff@gmail.com¹, henrique@fucap.edu.br² Faculdade FUCAP, Engenharia Mecânica – Avenida das Nações Unidas, 500 CEP 88.745-000 – Capivari de Baixo – SC – Brasil. Resumo O estudo de viabilidade de treliça metálica plana para cobertura de galpão tem por finalidade verificar os principais modelos, sua forma construtiva, inclinação e tipo de perfil, que são mais utilizados nas principais empresas metalúrgicas de nossa região. A estrutura treliçada assegura grande resistência mecânica, tornando vencer grandes vãos, com um custo relativamente baixo. Além de possuir inúmeros modelos e maneiras de serem construídas, busca-se verificar qual o custo final de fabricação. Através da simulação pode-se otimizar vários modelos e verificar seu comportamento. Apesar da estrutura metálica ter sua utilização muito recente, hoje se tornou muito popular, é de fácil fabricação e montagem. Pode-se encontrar treliças metálicas nos mais diversos componentes estruturais, como por exemplo, colunas, pórticos, coberturas, vigas, estruturas para guindaste. Quando bem construída tem um custo de manutenção relativamente baixo e grande durabilidade. São fabricadas com perfis laminados, com o qual é possível obter custo relativamente baixo, além de sua aquisição ser de fácil acesso. O acabamento normalmente é feito com jateamento e pintura, podendo ainda ser galvanizada. Geralmente são fabricadas de aço carbono e alguns casos são utilizados perfis de alumínio. Será analisada as principais formas construtivas utilizadas em nossa região, com está análise será possível verificar qual será treliça apresenta menor massa, lembrando que as estruturas metálicas em sua grande maioria são produzidas em R$/kg, consequentemente, quando menor a massa, menor será seu custo para fabricação. Quando forem concluídos todos os estudos, simulações e otimizações, será encontrada uma treliça padrão para ser comparada com uma cobertura feita com perfil tipo “W” e através deste resultado saber-se-á qual estrutura terá menor custo de fabricação e a viabilidade do uso de perfil do tipo “W” ou treliça metálica. Palavras-Chave: Treliça Metálica, Galpão Metálico, Estrutura Metálica, Simulação Elementos Finitos. mailto:projetotaff@gmail.com 2 1 – Introdução As estruturas metálicas têm sido usadas desde o século XII, na forma de tirantes e pendurais de ferro fundido, que funcionavam como elementos auxiliares em estruturas de madeira. No século XVI tornaram-se comuns as estruturas de telhado em ferro fundido. (PINHEIRO,2005). No final do século XVIII começaram a ser construídas cúpulas de igrejas e pontes. As pontes possuíam vãos em arco ou treliçados, com elementos de ferro fundido submetidos à compressão. A primeira dessas pontes, datada de 1779, situa-se em Coalbrookdale, sobre o Rio Severn, na Inglaterra, e possui arcos de ferro fundido vencendo um vão central de 30 m. (PINHEIRO,2005). As estruturas metálicas, têm indicadores de sua utilização em escala industrial a partir de 1750. No brasil, tevê início sua utilização a partir do ano de 1812, sendo que o grande avanço em sua utilização foi a partir da implantação das grandes siderúrgicas, como por exemplo a Companhia Siderúrgica Nacional, que começou a operar em 1946. (PINHEIRO,2005) As treliças surgiram como um sistema estrutural mais econômico que as vigas de concreto armado, sendo ideais, para vencer vãos maiores ou suportar cargas mais pesadas. Sua utilização pode ser a mais variada possível, podendo ser utilizada em coberturas, pilares, postes, esteios, pontes e diversas outras situações. (BOTELHO,2013). Na engenharia de estruturas, uma treliça é uma estrutura composta por cinco ou mais unidades triangulares construídas com elementos retos cujas extremidades são ligadas em pontos conhecidos como nós. Forças externas e reações consideram-se, de forma simplificada, aplicadas nesses mesmos nós. As forças resultantes nos vários elementos das estruturas são de tração ou compressão devido ao fato de todas as articulações serem tratadas como rotuladas (livre rotação) e as forças externas e reações serem aplicadas aos nós. (REBELO,2000). As treliças dividem-se em planas ou tridimensionais. Uma treliça planar/bidimensional é uma estrutura onde todos os membros e os nós se encontram no mesmo plano, enquanto uma treliça espacial/tridimensional tem membros e nós em três dimensões. Ao conjunto de elementos horizontais superiores, dá-se o nome de corda superior, sendo que estes se encontram, normalmente em compressão. Ao conjunto de elementos horizontais inferiores, dá- se o nome de corda inferior, sendo que estes, por seu lado, se encontram em tração. (SÜSSEKIND,1981). https://pt.wikipedia.org/wiki/Engenharia_estrutural https://pt.wikipedia.org/wiki/Tri%C3%A2ngulo https://pt.wikipedia.org/wiki/For%C3%A7a 3 Neste estudo será feita a análise da treliça planar/bidimensional para cobertura de galpão metálico, suas formas construtivas, perfis, inclinação, custo de fabricação e montagem. Finalizando o estudo será feita uma comparação entre uma treliça e um perfil enrijecido tipo “W”. 2 – Revisão Bibliográfica A revisão bibliográfica abordada neste Trabalho de Conclusão de Curso tem como objetivo apresentar os conceitos básicos sobre treliça, bem como informações que permitam a execução do estudo de viabilidade de treliça metálica plana para cobertura de galpão. 2.1 – Principais Formas Construtivas Com o passar do tempo foram criados diversos tipos de treliças metálicas para a utilização na construção civil. E cada tipo de treliça possui certas características que favorecem seu uso e possibilitam a construção das mais variadas obras funcionais e seguras. (PINHEIRO,2005) É certo que a treliça metálica é a melhor opção, em muitos casos, para viabilizar alguns tipos de obras. Possibilitando inúmeras vantagens em relação a outros tipos de estruturas. Dentre elas podemos citar, ótima resistência, praticidade de montagem, rapidez de execução, facilidade de aquisição, processo industrializado, produto de alta qualidade, flexibilidade arquitetônica e racionalização das obras. (PINHEIRO,2005) Independentemente da treliça a ser construída, o sucesso da obra dependerá de um bom projeto e uma equipe de construção bem qualificada. Assim é garantida que todas as vantagens da treliça metálica serão alcançadas de uma forma segura. Por este motivo a escolha da forma construtiva é de fundamental importância. (PINHEIRO,2005). Nas figuras 1 a 10, iremos apresentar os principais tipos. Fig. 1 – Triangular Warren Fig. 2 – Triangular Pratt https://engenhariaconcreta.com/estrutura-metalica-principais-vantagens-na-construcao-civil/ 4 Fig. 3 – Trapezoidal Warren Fig. 4 – Trapezoidal Pratt Fig. 5 – Paralela Warren Fig. 6 – Paralela Pratt Fig. 7 – Paralela Warren Reforçada Fig. 8 – Paralela Pratt Reforçada Fig. 9 - Arco Fig. 10 - Fink 2.2 – Principais perfis utilizados No Brasil, este modelo de construção já existe há algum tempo, mas só recentemente começou a ser muito utilizado, apesar de ainda as estruturas de concreto armado serem bastante utilizadas. Um dos fatores que favorece a utilização do perfil de aço é o fato de ser um material extremamente resistente e leve, sendo perfeito para a construção civil. 2.2.1 - Perfil U Simples Entre todos os tipos de perfis estruturais do aço, o perfil U, figura 11, é um dos mais comuns e utilizados. Esse perfil é uma das peças mais versáteis disponíveis, sendo muitoutilizado em grandes construções como em projetos domésticos. É altamente resistente e leve, é muito utilizado na fabricação de treliça para galpão. Sua utilização confere aos projetos uma redução dos impactos ambientais na ordem de 40%. (AÇOS METAFER,2019). https://casaserralheiro.com.br/product/perfil-u-estrutural-simples/ 5 2.2.2 - Perfil U Enrijecido O Perfil U Enrijecido, figura 12, é uma variação do perfil U. É muito parecido com o perfil anterior, inclusive no peso, o que faz com que esse perfil não exerça pressão extra na estrutura. A diferença notória é que o modelo enrijecido possui dobras internas na parte que fica aberta. O modelo enrijecido é ainda mais resiste que o modelo simples, o que o torna ideal para as grandes construções e para construções comerciais com muitas estruturas mecânicas pesadas. As construções feitas com perfil U enrijecido, em comparação a outros materiais, oferecem redução de peso de até 1/3 das estruturas e aumentam a produtividade em até 3 vezes, reduzindo custos com materiais, mão-de-obra e tempo. (AÇOS METAFER,2019). 2.2.3 - Cantoneira (ou Perfil L) O perfil em L ou cantoneira, figura 13, é uma viga que possui duas chapas perpendiculares entre si. As cantoneiras não funcionam como sustento principal, mas sim como um reforço para as vigas principais, servindo de apoio para outras ou ligando diferentes partes principais da construção, como pilares ou vigas. Isso evita a flexão exagerada dessas partes, além de distribuir a força aplicada por toda estrutura, o que aumenta sua segurança e durabilidade. As cantoneiras são estruturas metálicas ideais para serem utilizadas em diversas aplicações, como em estruturas metálicas, torres de transmissão, de energia elétrica, máquinas, implementos agrícolas, em serralherias e na indústria mecânica em geral. (AÇOS METAFER,2019). 2.2.4 - Tubo Quadrado ou Retangular Os tubos quadrados ou retangulares, figura 14 – também conhecidos como metalon, são tubos de aço altamente utilizados nas estruturas metálicas, indústria de máquinas em geral, indústria de fundações e diversas outras aplicações que necessitam de alta resistência a esforços mecânicos. Este tipo de material pode ser aplicado na indústria de forma estrutural. Com características que podem ser utilizadas também no ramo da construção civil, como estruturas para telhados, na construção de portões, parapeitos e grades, além de corrimões e entre outros. (AÇOS METAFER). https://casaserralheiro.com.br/product/perfil-u-enrijecido/ https://casaserralheiro.com.br/product/cantoneira/ https://casaserralheiro.com.br/product/cantoneira/ 6 Fig. 11 – Perfil U Fig. 12 – P. Enrijecido Fig. 13 - Cantoneira Fig.14 – Tubo Quadrado 2.3 – Telhas As tecnologias empregadas na construção de coberturas metálicas evoluíram. Telhas mais leves e resistentes permitem vencer vãos cada vez maiores, reduzindo a estrutura de apoio. Os sistemas de fixação também apresentam avanço, evitando, ao máximo, problemas de estanqueidade. Seguem abaixo as definições e algumas características das principais telhas disponíveis no mercado. 2.3.1 - Telhas metálicas Telha galvanizada é uma telha de aço e banhada em zinco fundido — o que oferece o sistema de galvanização e evita oxidação e ferrugem — que se traduz em um material completamente resistente e durável. Seu tempo de vida útil varia de acordo com o ambiente. Vale lembrar que uma das características do aço é que ele é inquebrável, o que garante total segurança na manutenção e na montagem da estrutura. (REGIONAL TELHAS,2009). Telha galvalume possui um revestimento superior a galvanizada. Enquanto a telha galvanizada utiliza apenas zinco em sua composição, a galvalume recebe uma blindagem composta de 55% de alumínio, 46,5% de zinco e 1,5% de silício, o que a torna quatro vezes mais resistente. É ideal para lugares em que a corrosão atmosférica é muito alta. (REGIONAL TELHAS,2019). Telha termoacústica também conhecida como telha sanduíche, uma vez que são feitas com duas laminas de aço e preenchidas com poliuretano ou poliestireno expandido, materiais em forma de espuma com microcélulas fechadas. Elas oferecem isolamento térmico e acústico perfeitos, mas podem representar um custo maior para cobertura de grandes espaços. (REGIONAL TELHAS,2019). Telhas autoportantes são telhas indicadas para grandes obras com grandes vãos. Ou seja, são uma boa opção para espaços amplos, como empreendimentos industriais, prédios https://blog.regionaltelhas.com.br/telhas-galvanizadas-o-que-elas-sao-e-quais-seus-beneficios/ https://blog.regionaltelhas.com.br/como-escolher-o-melhor-tipo-de-telha-para-cada-cobertura-descubra/ 7 comerciais, ginásios poliesportivos e hangares. São inteiriças, muitas vezes fabricadas no local da obra, e podendo ter peças com comprimentos muito grandes, daí vem o nome autoportante. (REGIONAL TELHAS,2019). 2.3.2 - Telhas de fibrocimento Telhas de fibrocimento são feitas de fibras sintéticas e cimento, são leves, baratas e fáceis de montar, tem boa durabilidade e impermeabilidade, mas absorvem muito calor e deixam o ambiente quente, são mais frágeis, provocando custos extras de manutenção. São também conhecidas como telhas onduladas, por possuir um formato curvo. Surgiu em substituição ao Amianto que era extremamente tóxico. São bastante utilizadas em construções de baixo custo e residências. (REGIONAL TELHAS,2019). 3. Procedimento Metodológico O procedimento metodológico tem por finalidade definir os parâmetros utilizados para elaboração dos estudos da treliça metálica plana para cobertura de galpão. 3.1 – Inclinação do Telhado Para calcular a inclinação de um telhado a primeira coisa que deve-se fazer é definir o tipo de telha que será utilizada. As telhas podem ser de cerâmica (barro), concreto, fibrocimento, vidro, metálicas, galvanizadas, ecológicas (fibras naturais ou materiais reciclados), de policarbonato e etc. São os fabricantes das telhas que dizem qual é a inclinação mínima e máxima para cada tipo de telha. A inclinação dos telhados é medida em porcentagem ou percentual. Ou seja, um telhado pode ter inclinação de 10% a 45%, por exemplo. A 10% de inclinação do telhado = 10cm/100 centímetros. Sendo assim, a cada 100 centímetros (ou 1 metro) na horizontal, o telhado sobe 10 centímetros na vertical. O mesmo princípio é utilizado para o cálculo das demais inclinações, 15%, 20%, 30%, 40 e 45%, figura 15. 8 Fig. 15 – Inclinação de Telhados Na tabela 1 temos as principais telhas utilizadas e suas inclinações mínimas e máximas. (REGIONAL TELHAS,2019). Inclinação do Telhado Tipo Mínima Máxima Telha Metálica Trapezoidal 5% a 8% - Telha Metálica Ondulada 5% - Telha Metálica Termoacústica 5% 57% Telha Fibrocimento Ondulada 9% a 17,6% - Tabela 1 – Inclinação do Telhado de Acordo com o Tipo de Cobertura 3.2 – Dimensionamento da Cobertura 3.2.1 – Seleção da Telha Após analisar os diversos tipos de telha disponíveis no mercado, optou-se por usar a telha metálica galvanizada trapezoidal, dentre suas principais vantagens estão a durabilidade, baixo custo, facilidade de montagem, ótima resistência. O modelo escolhido foi o TP-40, com as seguintes dimensões # 0,5 x 1.073 x 6.000mm, peso aprox. de 4,5kg/m², conforme fig. 16: Fig. 16 – Telha Trapezoidal – TP40 9 3.2.2 – Seleção do Perfil Dentre os principais tipos de perfil, será selecionado o tubo quadrado, também conhecimento com metalon, dentre as principais vantagens da utilização deste perfil podemos destacar, centro de massa no centro do perfil, sua ótima resistência mecânica, baixo custo, facilidade de trabalhar e ótimo acabamento. 3.3 – Carga Aplicada Sobre a Treliça Para a construção da terça utilizaremos o perfil enrijecido. A barra redonda será usada para fazer o contraventamentoe o apoio de fixação será o elo entre a terça e a treliça. Para calcular a treliça é necessário determinar as cargas que serão aplicadas, conforme demonstrado na tabela 2. Descrição P. Unit. Qtde P. Total Telha Trapezoidal TP40 # 0,5mm 4,5 kg/m² 67,5 m² 304 kg Perfil Enrijecido 150x60x20x2,28mm 5,21 kg/m 42 m 219 kg Barra Redonda 12mm 1 kg/m 58 m 58 kg Apoio Fixação # 3/16" x 100 x 240mm 1 kg 9 pç 9 kg Sobrecarga 100 kg/m² 67,5 m² 6.750 kg Total 7.340kg Coeficiente de segurança 1,5 3.670,00kg Coeficiente de confiabilidade do material 1,15 1.101,00kg Total - Carga Sobre a Treliça (kg) 12.111kg Tabela 2 – Carga Aplicada Sobre a Treliça Conforme especificado no item B.5.2 do Anexo B da ABNT NBR 8800:2008, o valor de sobrecarga na cobertura deve ser especificado de acordo com a sua finalidade, porém com um valor mínimo de 25kg/m². Considerou-se uma sobrecarga de 100kg/m², este valor é referente ao peso de um homem adulto sobre a estrutura durante montagem e manutenção. 10 O valor obtido será dividido para 9 apoios, conf. Figura 17, sendo 1.345,67 kg por apoio. Considerando um galpão de 12.000x18.000x6.000mm, (Largura x Comprimento x Altura). Fig. 17 – Distribuição da Carga na Treliça Na figura 18 e 19, temos os componentes que fazem partes da cobertura e treliça. Fig. 18 – Vista Isométrica Galpão 11 Fig. 19 – Vista Isométrica Treliça 3.4 –Forma Construtiva Como pode-se observar ao longo do estudo existe uma grande variedade de formas construtivas, o que seria inviável analisar todos, para poder realizar este estudo, optou-se em selecionar as mais utilizadas. As formas construtivas selecionadas foram triangular, trapezoidal, paralela, paralela reforçada e em arco. Após um estudo prévio verificou-se que o modelo de treliça triangular Warren e a treliça triangular Pratt, tem a mesma distribuição de esforços, a partir desta informação optou-se em trabalhar apenas com os modelos do tipo Pratt, triangular, paralela, paralela reforçada, trapezoidal e em arco. 3.5 – Distribuição dos Esforços Neste estudo será utilizado o método de análise de elementos finitos é o método utilizado para resolver equações diferenciais. Os elementos possuem nós que se deslocam com a aplicação de carregamento e podem fornecer respostas sobre o fenômeno que está se estudando. 12 A análise de elementos finitos pode ser aplicada em diversas áreas da engenharia, como por exemplo, problemas acústicos, térmicos, eletromagnéticos e estruturais. Através deste método podemos obter resultados de tensão, deformação e deslocamento de uma estrutura, equipamento ou produto sob análise. Nas tabelas 4 a 7 e gráficos 1 a 4, seguem os valores obtidos após o cálculo das 5 principais treliças utilizadas, onde variamos a inclinação e forma construtivas, conforme figuras 20 a 23. Para facilitar os cálculos optamos por utilizar o perfil de tubo quadrado. Na figura 24, temos o modelo da treliça em arco utilizado e a tabela 8 e gráfico 5, nos trazem os resultados obtidos. Conforme norma NBR8800, tabela 3, a flecha máxima permitida para vigas de cobertura é de L/250, nossa cobertura possui largura de 12.000mm, logo: 𝑓 = 𝐿 250 = 12.000 250 = 48𝑚𝑚 Neste estudo foi utilizado como referência o valor da flecha em 10mm, bem abaixo do máximo exigido pela norma. Tabela 3 – Norma NBR8800-2008 4 – Resultados e Análises Através do software Autodesk Inventor e utilizando o método de elementos finitos, foram obtidos os seguintes resultados. 13 Fig. 20 – Treliça Triangular Tabela 4 – Resultados Treliça Triangular Gráfico 1 – Treliça Triangular – Massa x Modelo A B C D E F DESLOCAMENTO MASSA REDUÇÃO (mm) (mm) (%) (mm) (mm) (N) (mm) (kg) (%) 1 750 1.500 10 600 12.000 13.456,70 10,62 1.432 0% 2 750 1.500 20 1.200 12.000 13.456,70 10,98 496 -65% 3 750 1.500 30 1.800 12.000 13.456,70 10,31 448 -69% 4 750 1.500 40 2.100 12.000 13.456,70 10,55 344 -76% 5 750 1.500 45 2.700 12.000 13.456,70 9,76 331 -77% 6 750 750 45 2.700 12.000 13.456,70 9,81 426 -70% 7 500 1.000 45 2.700 12.000 13.456,70 10,02 320 -78% 8 1.250 1.250 45 2.700 12.000 13.456,70 10,52 370 -74% 9 500 1.000 45 2.700 12.000 13.456,70 10,83 330 -77% 10 500 1.000 45 2.700 12.000 13.456,70 9,78 396 -72% TRELIÇA TRIANGULAR PRATT MODELO 1 .4 3 2 4 9 6 4 4 8 3 4 4 3 3 1 4 2 6 3 2 0 3 7 0 3 3 0 3 9 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 K G MODELO TRELIÇA TRIANGULAR 14 Fig. 21 – Treliça Paralela Reforçada Tabela 5 – Resultados Treliça Paralela Reforçada Gráfico 2 – Treliça Paralela Reforçada – Massa x Modelo A B C D E F DESLOCAMENTO MASSA REDUÇÃO (mm) (mm) (%) (mm) (mm) (N) (mm) (kg) (%) 1 500 1.675 45 3.475 12.000 13.456,70 9,8 196 -5% 2 500 2.000 45 3.475 12.000 13.456,70 10,64 207 0% 3 500 1.500 45 3.475 12.000 13.456,70 10,4 193 -7% 4 500 1.750 45 3.475 12.000 13.456,70 10,23 198 -4% TRELIÇA REFORÇADA PRATT MODELO 1 9 6 2 0 7 1 9 3 1 9 8 1 2 3 4 K G MODELO TRELIÇA REFORÇADA 15 Fig. 22 – Treliça Paralela Tabela 6 – Resultados Treliça Paralela Gráfico 3 – Treliça Paralela – Massa x Modelo A B C D E F G DESLOCAMENTO MASSA REDUÇÃO (mm) (mm) (%) (mm) (mm) (N) (mm) (mm) (kg) (%) 1 750 1.500 10 1.525 12.000 13.456,70 1.000 8,87 345 0% 2 750 1.500 20 2.050 12.000 13.456,70 1.000 10,16 283 -18% 3 750 1.500 30 2.575 12.000 13.456,70 1.000 9,38 236 -32% 4 750 1.500 40 3.100 12.000 13.456,70 1.000 9,86 221 -36% 5 750 1.500 45 3.360 12.000 13.456,70 1.000 9,87 224 -35% 6 500 500 45 2.975 12.000 13.456,70 500 9,61 309 -10% 7 500 500 45 2.975 12.000 13.456,70 500 10,65 240 -30% 8 500 500 45 3.225 12.000 13.456,70 750 9,43 224 -35% 9 750 750 45 3.360 12.000 13.456,70 1.000 9,38 187 -46% 10 500 500 45 3.475 12.000 13.456,70 1.000 9,37 225 -35% TRELIÇA PARALELA PRATT MODELO 3 4 5 2 8 3 2 3 6 2 2 1 2 2 4 3 0 9 2 4 0 2 2 4 1 8 7 2 2 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 K G MODELO TRELIÇA PARALELA 16 Fig. 23 – Treliça Trapezoidal Tabela 7 – Resultados Treliça Trapezoidal Gráfico 4 – Treliça Trapezoidal – Massa x Modelo A B C D E F DESLOCAMENTO MASSA REDUÇÃO (mm) (mm) (%) (mm) (mm) (N) (mm) (kg) (%) 1 750 1.500 10 1.200 12.000 13.456,70 9,84 457 0% 2 750 1.500 20 2.400 12.000 13.456,70 9,47 230 -50% 3 750 1.500 30 3.600 12.000 13.456,70 9,04 241 -47% 4 750 1.500 40 4.800 12.000 13.456,70 9,73 282 -38% 5 750 1.500 45 5.400 12.000 13.456,70 10,25 308 -33% 6 750 750 30 3.600 12.000 13.456,70 9,47 384 -16% 7 500 1.000 30 3.600 12.000 13.456,70 9,27 357 -22% 8 500 1.250 30 3.600 12.000 13.456,70 10,65 221 -52% 9 500 1.250 30 3.600 12.000 13.456,70 9,61 217 -53% TRELIÇA TRAPEZOIDAL PRATT MODELO 4 5 7 2 3 0 2 4 1 2 8 2 3 0 8 3 8 4 3 5 7 2 2 1 2 1 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 K G MODELO TRELIÇA TRAPEZOIDAL 17 Fig. 24 – Treliça Arco Tabela 8 – Resultados Treliça Arco Gráfico 5 – Treliça Arco – Massa x Modelo A B C D E F DESLOCAMENTO MASSA REDUÇÃO (mm) (mm) (%) (mm) (mm) (N) (mm) (kg) (%) 1 1.000 240 0 2.400 12.000 13.456,70 9,33 133 -53% 2 1.000 240 0 1.800 12.000 13.456,70 10,22 157 -45% 3 1.000 240 0 1.200 12.000 13.456,70 9,16 284 0% 4 1.000 360 0 1.200 12.000 13.456,70 10,29 119 -58% 5 1.000 360 0 1.200 12.000 13.456,70 9,10 122 -57% 6 500 360 0 2.400 12.000 13.456,70 9,79 80 -72% TRELIÇA ARCO MODELO 1 3 3 1 5 7 2 8 4 1 1 9 1 2 2 8 0 1 2 3 4 5 6 K G MODELO TRELIÇA ARCO 18 4.1 – Comparativo Após a conclusão dos estudos, onde foram alteradas as inclinações do telhado e espaçamento entre as montantes, chegou-se aos seguintes resultados, peso máximo e mínimo em quilos e percentual do consumo de material, tabela 9 e gráfico 6: Tabela 9 – Comparativo das Treliças Gráfico 6 – Comparativo das Treliças – Massa Máxima x Massa Mínima Opreço médio cobrado pelas metalúrgicas da região para estrutura metálica é de R$11,80/kg. Neste valor está incluso, compra do material, fabricação, pintura e montagem, conforme tabela 10. MÁXIMO MÍNIMO VARIAÇÃO (kg) (kg) (%) ARCO 284 80 -72% PARALELA 309 187 -39% P. REFORÇADA 207 193 -7% TRAPEZOIDAL 457 217 -53% TRIANGULAR 1.432 320 -78% MODELO COMPARATIVO 2 8 4 3 0 9 2 0 7 4 5 7 1 .4 3 2 8 0 1 8 7 1 9 3 2 1 7 3 2 0 A R C O P A R A L E L A P . R E F O R Ç A D A T R A P E Z O I D A L T R I A N G U L A R COMPARATIVO MÁXIMO (kg) MÍNIMO (kg) 19 Tabela 10 – Comparativo Custo de Fabricação Concluída toda a simulação, foi definido que a melhor forma construtiva para treliça é em arco, modelo 6, partindo deste princípio, foi feita a simulação de uma cobertura utilizando o perfil W150 x 29,8kg/m. Utilizando a mesma distribuição de carga das treliças e com a inclinação de 45%, a estrutura sofreu uma deformação de 11,08mm com uma massa de 390kg. Na figura 25, temos o resultado da simulação. Fig. 25 – Cobertura com Perfil W MASSA MÁX. MASSA MÍN. QTDE R$/kg MÁXIMO MÍNIMO (kg) (kg) (UNID.) (R$) (R$) ARCO 284 80 4 R$ 11,80 13.404,80R$ 3.776,00R$ PARALELA 309 187 4 R$ 11,80 14.584,80R$ 8.826,40R$ P. REFORÇADA 207 193 4 R$ 11,80 9.770,40R$ 9.109,60R$ TRAPEZOIDAL 457 217 4 R$ 11,80 21.570,40R$ 10.242,40R$ TRIANGULAR 1.432 320 4 R$ 11,80 67.590,40R$ 15.104,00R$ MODELO 20 5 – Conclusões Com o término dos estudos chegou-se as seguintes conclusões; Analisando a inclinação da treliça o valor que a apresentou melhor resultado foi o de 45%, já a inclinação de 10% apresentou resultado muito inferior. O melhor resultado apresentado foi pela treliça em arco, em comparação com a treliça triangular a diferença foi de 94% no valor da massa. Para realizar o estudo das treliças, usou-se com base um galpão de 12.000mm de largura e comprimento 18.000mm, com espaçamento entre as treliças de 6.000mm, para este caso seria necessário utilizar 4 treliças, levando em consideração todos os custos de fabricação, compra de material, pintura e montagem no local, ao valor médio de R$11,80kg, temos um custo de R$ 3.776 para treliça em arco e R$67.590,40 para treliça triangular. Na figura 26, é apresentado o modelo de treliça em arco otimizada, utilizando perfil tubular quadrado 40x40x2mm, com uma massa de 80 kg e custo de fabricação de R$944,00 unitário. Após os resultados obtidos com a simulação do perfil do tipo “W”, chegou-se a um valor de 390kg, mostrando-se inviável sua utilização, dentre todos os modelos testados, para um galpão com largura de 12.000mm, a treliça em arco é a melhor opção. A distribuição de cargas sobre a coluna e sapata foi de 2.230kg com a treliça mais pesada e de 1.554kg com a treliça, temos uma redução de 43% sobre cada coluna. Este estudo mostrou a importância da realização de análise preliminar do tipo de treliça a ser utilizada, se for bem calculada e otimizada, poderá reduzir e muito o custo final da obra. Fig. 26 – Modelo Treliça Menor Massa 21 Fig. 27 – Pior Situação Fig. 28 – Melhor Situação Agradecimentos O autor agradece ao professor Henrique Schlickmann (FUCAP) por todo o apoio prestado durante a realização deste trabalho, sem o qual seria impossível sua realização. A família e amigos pela compreensão nas muitas horas de ausência, pelo incentivo e todo apoio prestado. 22 Bibliografia AÇOS METAFER, Catálogo de Produtos Aços Metafer. Aços Metafer, 2019. Disponível em: http://www.acosmetafer.com.br. Acesso em: 17 de março de 2019. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8800: Informação e documentação: Referências. Rio de Janeiro, 2008. BOTELHO, Manoel Henrique Campos, Resistência de Materiais – para aprender e gostar, 2º Edição, São Paulo, Blücher, 2013, ISBN 978-85-212-0749-8. GERDAU, Catálogos e Manuais Gerdau. Gerdau, 2019. Disponível em: https://www2.gerdau.com.br/catalogos-e-manuais. Acesso em: 16 de março de 2019. HIBBELER, R.C., Estática: Mecânica para Engenharia, 12º Ed., São Paulo, Pearson Prentice Hall, 2011, ISBN 978-85-7605-815-1. PINHEIRO, Antônio Carlos da Fonseca Bragança, Estruturas Metálicas: Cálculos, Detalhes, Exercício e Projetos, 2º Ed., São Paulo, Blücher, 2005, ISBN 978-85-212-0369-8. REBELO, Yopanan Conrado Pereira, A Concepção Estrutural e Arquitetura, São Paulo, Zigurate, 2000, ISBN 85-85570-03-2. REGIONAL TELHAS, Catálogo de Produtos Regional Telhas. Regional Telhas, 2019. Disponível em: http://www.regionaltelhas.com.br/produtos. Acesso em: 17 de março de 2019. SÜSSEKIND, José Carlos, Curso de Análise de Estruturas, 6º Ed., Porto Alegre, Rio de Janeiro, Globo, 1981. http://www.acosmetafer.com.br/ https://www2.gerdau.com.br/catalogos-e-manuais http://www.regionaltelhas.com.br/produtos
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