MEMORIAL DESCRITIVO - final

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UNIVERSIDADE DO OESTE DE SANTA CATARINA – UNOESC
MODELO DE DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURA METÁLICA
MCALC
Joaçaba
2014
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 	Telha Trapeizodal FT-40/980	6
Figura 2 	Determinação da velocidade do vento	7
Figura 3 	Determinação do fator S1	7
Figura 4 	Determinação do fator S2	8
Figura 5 	Determinação do fator S3	9
Figura 6 	Cálculo da pressão dinâmica	9
Figura 7 	Geração das cargas distribuídas	10
Figura 8 	Combinações de ações	11
Figura 9 	Ação Permanente	12
Figura 10 	 Sobrecarga	12
Figura 11 	Vento Transversal Direito	13
Figura 12 	Vento Longitudinal	13
Figura 13 	Pressão Interna	14
Figura 14 	Dimensionamento dos perfis: Banzo Superior	15
Figura 15 	Dimensionamento dos perfis: Banzo Inferior	15
Figura 16 	Dimensionamento dos perfis: Montante	16
Figura 17 	Dimensionamento dos perfis: Diagonais	16
Figura 18 	Dimensionamento dos perfis: Pilares	17
Figura 19 	Perfis dimensionados e seu percentual de solicitação	18
Figura 20 	Numeração dos nós da estrutura	18
Figura 21 	Perfis dimensionados (Lado esquerdo)	19
Figura 22 	Perfis dimensionados (Lado direito)	19
Figura 23 	Resultados da Estrutura	20
Figura 24 	Deformações da estrutura	21
Figura 25 	Diagrama normal da estrutura	23
Figura 26 	Diagrama de máximo cortante da estrutura	23
Figura 27 	Diagrama com momento máximo da estrutura	23
Figura 28 	Solicitações máximas	24
Figura 29 	Dimensionamento das placas de base	24
Figura 30 	Localização das emendas	26
Figura 31 	Dimensionamento das emendas: banzo inferior – Emenda 1 e 3	27
Figura 32 	Dimensionamento das emendas: banzo inferior – Emenda 2	28
Figura 33 	Dimensionamento das emendas: banzo superior – Emenda 4 e 6	30
Figura 34 	Dimensionamento das emendas: banzo superior – Emenda 5	31
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 	Dados de entrada: placas de base	25
Tabela 2 	Dados de entrada: Emenda 1 e 3	27
Tabela 3 	Dados de entrada: Emenda 2	29
Tabela 4 	Dados de entrada: Emenda 4 e 6	30
Tabela 5 	Dados de entrada: Emenda 5	32
SUMÁRIO
1	OBJETIVO	5
1.1	DESCRIÇÕES DO GALPÃO	5
2	DIMENSIONAMENTO DAS TRELIÇAS	6
2.1	CÁLCULO DA PRESSÃO DINÂMICA DEVIDO A AÇÃO DO VENTO	6
2.2	CÁLCULO DA PRESSÃO DINÂMICA DEVIDO A AÇÃO DO VENTO	6
2.3	DIMENSIONAMENTO DA ESTRUTURA PRINCIPAL (TRELIÇA E PILARES)		11
2.3.1	Dimensionamento dos perfis	15
2.3.2	Dimensionamento das placas de base	23
2.3.3	Emendas na treliça	26
ANEXOS		34
ANEXO A		35
OBJETIVO
O presente memorial tem por objetivo relatar as etapas de dimensionamento do projeto de estrutura metálica de um Galpão Industrial para uso industrial em estrutura metálica com 1200,00 m², localizado no município de Joaçaba – SC. Cobertura com telhas trapezoidais FT-40/980 0,50mm de espessura, com inclinação de 10º e tesouras metálicas tipo treliça em duas águas. 
DESCRIÇÕES DO GALPÃO
Dimensões da Edificação:
Largura (vão): 20,00 metros;
Comprimento: 60,00 metros;
Distância entre pilares: 5,00 metros;
Pé-direito: 5,00 metros;
Altura total: 7,00 metros;
Sistema de vedação: 4 faces igualmente permeáveis em alvenaria.
Características da Treliça:
Altura máxima da treliça: 2,00 m 
Altura mínima: 0,25 m 
Declividade da cobertura: 17,5 %
Distância entre treliças: 5,00 m
Localização
Localizado no Parque Industrial, Joaçaba – SC;
Terreno com 37,00 m de largura por 72,00 m de comprimento. Fracamente acidentado e com poucos obstáculos.
Destinação
Fabricação de peças de concreto pré-moldado (tubulação para rede de esgoto e blocos de vedação).
DIMENSIONAMENTO DAS TRELIÇAS
CÁLCULO DA PRESSÃO DINÂMICA DEVIDO A AÇÃO DO VENTO
Foi adotada para a cobertura a telha metálica trapezoidal FT-40/980 da marca: telha forte (Figura 1). Espessura de 0,50 mm. Peso = 4,50 kg/m ou 4,59 kg/m²;
O espaçamento entre as terças e tesouras de 2,00 metros e 5,00 metros, respectivamente, suportam conforme tabela das especificações da telha, uma carga de 135 kgf/m.
Para determinação da Sobrecarga (SC), segundo o Anexo-B da NBR 8800 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2003), para coberturas comuns, não sujeitas a acúmulos de quaisquer materiais, deve ser prevista uma sobrecarga nominal mínima de 25 kgf/m², em sentido horizontal. 
Figura 1 – Telha Trapeizodal FT-40/980
Fonte: Manual ([20--]). 
CÁLCULO DA PRESSÃO DINÂMICA DEVIDO A AÇÃO DO VENTO
Adotou-se para a velocidade do vento, sendo a edificação localizada em Joaçaba-SC e de acordo com a NBR 8800, o valor de 44 m/s (Figura 2).
Figura 2 – Determinação da velocidade do vento
Fonte: As autoras.
Para o cálculo da pressão dinâmica foram adotados os seguintes parâmetros:
Fator S1 – Topográfico: Terreno plano ou fracamente acidentado → Fator S1 = 1,00 (Figura 3).
Figura 3 – Determinação do fator S1
Fonte: As autoras.
Fator S2 – Rugosidade do Terreno - categoria III: terrenos planos ou ondulados com obstáculos, tais como sebes ou muros, poucos quebra-ventos de árvores, edificações baixas e esparsas; Dimensões da Edificação - Classe C (toda a edificação ou parte da edificação para a qual a maior dimensão da superfície frontal for maior que 50,00 metros). Z = 7m → S2 = 0,84 (Figura 4).
Figura 4 – Determinação do fator S2
Fonte: As autoras.
Fator S3 – Fator Estatístico → grupo 3: edificação e instalações industriais com baixo fator de ocupação → S3 = 1,00 (Figura 5).
Figura 5 – Determinação do fator S3
Fonte: As autoras.
O cálculo da pressão dinâmica e do vento característico foi executado pelo próprio programa, a partir do lançamento dos dados mencionados. Obteve-se um valor de vento característico de 37,14 m/s e a pressão dinâmica de 86,00 kgf/m², de acordo com a Figura 6.
Figura 6 – Cálculo da pressão dinâmica
Fonte: As autoras.
Coeficiente de Pressão e de Forma externos para telhados
Para a geração das cargas distribuídas, foi estipulado a carga de ação permanente como sendo 15 Kgf/m², a sobrecarga de 25 Kgf/m² de acordo com a NBR 8800 e a pressão dinâmica de 86 Kgf/m² calculada anteriormente pelo programa mCalc.
Para os coeficientes de pressão e de forma internos foi adotado como sistema de vedação: 4 faces igualmente permeáveis em alvenaria → Cpi = - 0,3 .
Os coeficientes de forma externos foram adotados automaticamente pelo programa mCalc, de acordo com a NBR 6123, sendo apresentados na Figura 7.
Figura 7 – Geração das cargas distribuídas
Fonte: As autoras.
DIMENSIONAMENTO DA ESTRUTURA PRINCIPAL (TRELIÇA E PILARES)
Para o dimensionamento da estrutura, foi utilizado o software mCalc da Stabile Engenharia LTDA. Foram informados os seguintes dados ao software: 
O tipo e características da estrutura;
Os carregamentos: cargas permanentes, sobrecarga, coeficientes de pressão externa e interna (dimensionados acima).
Na sequência foram informadas as características iniciais, verificada a geometria da estrutura, lançados os carregamentos e efetuadas as combinações de ações necessárias para analise dos carregamentos.
Para cada combinação informada ao software, foram escolhidos os estados e seus coeficientes, de acordo com a Figura 8.
Figura 8 – Combinações de ações
Fonte: As autoras.
Para a determinação dos coeficientes e combinações seguiu-se o recomendado pela NBR 8800 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2003). 
Na sequencia o software nos forneceu a interface com o carregamento de ações permanentes, como representado na Figura 9. Para determinação do peso próprio, o programa realizou o seguinte cálculo:
A. P. = (carga informado pelo usuário em kgf/m²) x (área de influência para uma tesoura)
Vão entre tesouras informado = 5 m (cada tesoura recebe influência de 2,5 m cada lado).
A. P. = 15 kgf/m² x (2,50 + 2,50 m) = 75 kgf/m → 0,75 kgf/cm
Figura 9 – Ação Permanente
Fonte: As autoras.
Posteriormente realizou-se o carregamento desobrecarga, da Figura 10, novamente sendo efetuado e determinado pelo programa, da seguinte forma:
SC = 25 kgf/m² x (5,00 m) = 125 kgf/m → 1,25 kgf/cm
Figura 10 – Sobrecarga
Fonte: As autoras.
As ações devido ao vento transversal e vento transversal direito, que estão apresentadas na Figura 11, foram calculadas da seguinte maneira:
VT. D = Pdin x Cpe para Vento 90º x (área influência do pilar)
VT. D = 86 kgf/m² x 0,70 (barlavento) x 5,00 m = 301,00 kgf/m → 3,01kgf/cm (barlavento)
VT. D = 86 x 0,5 (sotavento) x 5,00 m = 215,00 kgf/m → 2,15 kgf/cm (sotavento).
Figura 11 – Vento Transversal e Vento Transversal Direito
Fonte: As autoras.
A Figura 12 demonstra as cargas devido ao vento longitudinal. Para os pilares realizou-se o seguinte cálculo:
VL= Pdin x Cpe para Vento 0º x (área influência do pilar)
VL = 86 kgf/m² x 0,30 x 5,00 m = 129,00 kgf/m → 1,29 kgf/cm.
Figura 12 – Vento Longitudinal
Fonte: As autoras.
Na Figura 13 apresenta-se a pressão interna calculada, tanto para o vento longitudinal quanto para o transversal. Os valores foram obtidos através do cálculo:
PI= Pdin x Cpe para Vento 90º x (área influência do pilar)
PI = 86 x 0,3 x 5,00 m = 129 kgf/m → 1,29 kgf/cm
Figura 13 – Pressão Interna
Fonte: As autoras.
Dimensionamento dos perfis
Feitas as combinações, o programa realizou a análise da estrutura. 
O próximo passo foi o dimensionamento de cada elemento da estrutura.
Em cada análise definiu-se o tipo de perfil, a orientação em relação ao eixo x e as dimensões do perfil escolhido. Então, o software verifica se o perfil escolhido suporta os esforços, caso contrário o programa alerta insuficiência sobre as resistências de cálculo, tendo que mudar o tipo ou as dimensões do perfil. 
Esse procedimento foi realizado para o banzo superior, banzo inferior, diagonais, montantes e para pilares, separadamente. 
	A seguir estão apresentadas as Figuras 14 a 18 onde apresentam, com o auxílio da tela do software, o dimensionamento de cada item citado a cima.
Figura 14 – Dimensionamento dos perfis: Banzo Superior
Fonte: As autoras.
Figura 15 – Dimensionamento dos perfis: Banzo Inferior
Fonte: As autoras.
Figura 16 – Dimensionamento dos perfis: Montante
Fonte: As autoras.
Figura 17 – Dimensionamento dos perfis: Diagonais
Fonte: As autoras.
Figura 18 – Dimensionamento dos perfis: Pilares
Fonte: As autoras.
Conforme os dimensionamentos apresentados acima obteve-se como resultado:
Banzo superior: Perfil U de 200 x 100 x 3,75 mm - Aço ASTM A36;
Banzo inferior: Perfil U de 200 x 100 x 4,25 mm - Aço ASTM A570 GR36;
Montantes: Cantoneira LFF de 50 x 3,35 mm - Aço ASTM A36;
Diagonais: Cantoneira LFF de 150 x 6,3mm - Aço ASTM A36;
Pilares: Perfil I Laminado da Açominas, W 200 x 31,3 mm - Aço ASTM A570 GR36.
Para uma melhor visualização, o software exibe a solicitação de cada barra utilizando faixas de cores. Ao final do dimensionamento resultaram-se nos percentuais de solicitação apresentados a seguir (Figura 19). 
Figura 19 – Perfis dimensionados e seu percentual de solicitação
Fonte: As autoras.
Para uma melhor localização dos perfis exibidos nas Figuras 21 e 22, exibem-se os nós da estrutura na Figura 20.
Figura 20 – Numeração dos nós da estrutura
Fonte: As autoras.
Figura 21 – Perfis dimensionados (Lado esquerdo)
Fonte: As autoras.
Figura 22 – Perfis dimensionados (Lado direito)
Fonte: As autoras.
Após o dimensionamento todos os resultados são detalhados em uma tela do programa. Um dos resultados é o quadro de quantitativos (Figura 23), que apresenta os perfis utilizados com comprimento e peso total para cada perfil, e o peso total da estrutura. 
Essa tabela é ideal para a compra de materiais.
Figura 23 – Resultados da Estrutura
Fonte: As autoras.
	Depois de dimensionados todos os perfis verificaram-se as deformações da estrutura. Todas as deformações estão apresentadas na Figura 24.
Figura 24 – Deformações da estrutura
	
	a) Combinação 1
	
	
	b) Combinação 2
	
	
	c) Combinação 3
	
	
	d) Combinação 4
	
	
	e) Combinação 5
	
	
	f) Combinação 6
	
	
	g) Combinação 7
Fonte: As autoras. 
	Como nenhuma deformação teve um valor muito expressivo, pode-se partir para os dimensionamentos das placas de base e das emendas da treliça.
Dimensionamento das placas de base
O dimensionamento das placas de base foi realizado lançando dados na tela do programa. As escolhas adotadas estão apresentas na Figura 29.
As solicitações de cálculo foram adquiridas pelo programa. O diagrama normal está apresentado na Figura 25.
Figura 25 – Diagrama normal da estrutura
Fonte: As autoras.
O diagrama de máximo cortante está apresentado na Figura 26.
Figura 26 – Diagrama de máximo cortante da estrutura
Fonte: As autoras.
Já o diagrama com o momento máximo está apresentado na Figura 27.
Figura 27 – Diagrama com momento máximo da estrutura
Fonte: As autoras.
Para uma melhor visualização das solicitações máximas utilizadas no dimensionamento, as mesmas estão ampliadas na Figura 28. As solicitações são a normal, cortante e de momento máxima consecutivamente.
Figura 28 – Solicitações máximas
Fonte: As autoras.
Figura 29 – Dimensionamento das placas de base
Fonte: As autoras.
	Os dados de entrada e resultados obtidos da verificação da placa de base, em porcentagem, estão apresentados a seguir.
Tabela 1 – Dados de entrada: placas de base
	 Dados de entrada
	 Perfil
	 W 200 x 31.3
	 Esforço normal atuante na placa (Nsd)
	 5212.32 kgf 
	 Esforço cortante atuante na placa (Vsd)
	 2257.73 kgf 
	 Momento atuante na placa (Msd)
	 376365.75 kgf.cm 
	 Apoio
	 Com força normal de compressão
	 Chumbadores
	 8 x2 5.4mm - A 36
	 Eletrodo
	 7 ou E 70XX - bw 10.2 mm
	 Enrijecedores
	 101.6 x 10.2 mm
	 Placa de base
	 415 x 340 x 22.22 mm
Fonte: As autoras.
Verificação das dimensões da placa de base: 1.926 %
Força de tração nos chumbadores
Resistência de cálculo à tração dos chumbadores: 21.551 %
Resistência de cálculo ao cisalhamento: 4.699 %
Interação tração + cisalhamento: 78.965 %
Verificação dos enrijecedores
Verificação da seção paralela à placa de base: 27.794 %
Verificação da seção perpendicular à placa de base: 98.397 %
Verificação da tensão cisalhante: 67.866 %
Verificação da solda dos enrijecedores
Verificação da solda a partir dos esforços aplicados no enrijecedor pela placa de base: 85.061 %
Verificação da solda a partir dos esforços introduzidos pela mesa do pilar: 51.04 %
	Sendo assim, o programa acusou que a ligação foi dimensionada com êxito.
O detalhamento da Placa de base encontra-se anexo a este memorial.
Emendas na treliça
As emendas na treliça foram feitas a 6 metros contando das extremidades e no meio da treliça. No banzo superior as emendas são feitas na barra 4, 6/7 e 9. No banzo inferior são feitas na barra 16, 18/19 e 21. A localização e posição dessas emendas nas barras estão representadas na Figura 30. 
A numeração das emendas, para um melhor entendimento, está disponível no Anexo A.
Figura 30 – Localização das emendas nas barras
Fonte: As autoras.
	Depois de descobertas em quais barras seriam dimensionadas as emendas, gerou-se o relatório de dimensionamento feito pelo programa para saber qual a solicitação de cálculo na barra.
Na barra 16 e 21, do banzo inferior, encontrou-se um carregamento normal (Nsd) de 13830,98 kgf. Este valor é colocado na tela do dimensionamento apresentado na Figura 31. Para continuar foi escolhido qual aço utilizado no perfil e a se utilizar nas talas, quantos e que tipo de parafusos, quais as dimensões do perfil e também quais os diâmetros de parafusos da alma e da mesa.
	Optou-se por utilizar parafusos de alta resistência do mesmo tipo de aço dos perfis e com diâmetro mínimode 5/8”.
A tela de dimensionamento da emenda 1 e 3 está apresentada na Figura 31.
Figura 31 – Dimensionamento das emendas: banzo inferior – Emenda 1 e 3
Fonte: As autoras.
Os dados de entrada e resultados obtidos da verificação, em porcentagem, estão apresentados a seguir.
Tabela 2 – Dados de entrada: Emenda 1 e 3
	 Dados de entrada
	 Esforço normal atuante na viga (Nsd)
	 13830.98 kgf 
	 Parafusos
	 6 do tipo ASTM A325
	 Parafusos da alma
	 Diâmetro 15.88 mm
	 Parafusos da mesa
	 Diâmetro 15.88 mm
	 Perfil
	 [ 200 x 100 x 4.25
Fonte: As autoras.
Ligação das talas com as mesas do perfil
Rasgamento entre furos: 70.1 %
Rasgamento entre furo e borda: 85.969 %
Pressão de contato (esmagamento): 71.641 %
Força cortante no parafuso: 71.641 %
Verificação da tração nas talas das mesas: 44.787 %
Ligação das talas com a alma do perfil
Rasgamento entre furos: 49.306 %
Rasgamento entre furo e borda: 60.468 %
Pressão de contato (esmagamento): 50.39 %
Força cortante no parafuso: 51.991 %
Verificação da tração na tala da alma: 32.273 %
Verificação do perfil à tração: 27.707 %
Sendo assim, o programa acusou que a ligação foi dimensionada com êxito.
O detalhamento encontra-se anexo a este memorial.
	O procedimento realizou-se da mesma forma que o feito para as emendas 1 e 3. O diferencial foram os diâmetros dos parafusos da alma e da mesa assim como a solicitação de cálculo encontrada. O carregamento normal das barras 18/19 foi de 11670,59 kgf.
A tela de dimensionamento da emenda 2 está apresentada na Figura 32.
Figura 32 – Dimensionamento das emendas: banzo inferior – Emenda 2
Fonte: As autoras.
Os dados de entrada e resultados obtidos da verificação, em porcentagem, estão apresentados a seguir.
Tabela 3 – Dados de entrada: Emenda 2
	 Dados de entrada
	 Esforço normal atuante na viga (Nsd)
	 11670.59 kgf 
	 Parafusos
	 6 do tipo ASTM A325
	 Parafusos da alma
	 Diâmetro 12.7 mm
	 Parafusos da mesa
	 Diâmetro 12.7 mm
	 Perfil
	 [ 200 x 100 x 4.25
Fonte: As autoras.
Ligação das talas com as mesas do perfil
Rasgamento entre furos: 73.98 %
Rasgamento entre furo e borda: 90.29 %
Pressão de contato (esmagamento): 75.242 %
Força cortante no parafuso: 75.242 %
Verificação da tração nas talas das mesas: 41.462 %
Ligação das talas com a alma do perfil
Rasgamento entre furos: 55.904 %
Rasgamento entre furo e borda: 68.229 %
Pressão de contato (esmagamento): 56.858 %
Força cortante no parafuso: 73.354 %
Verificação da tração na tala da alma: 29.928 %
Verificação do perfil à tração: 26.076 %
	Sendo assim, o programa acusou que a ligação foi dimensionada com êxito.
O detalhamento encontra-se anexo a este memorial.
O dimensionamento das emendas do banzo superior aconteceu da mesma maneira que para o banzo inferior. A solicitação de cálculo das barras 4 e 9 foram de 15603,07 kgf. Os parafusos escolhidos para a mesa e para a alma do perfil foram de mesmo diâmetro que das emendas 1 e 3.
Figura 33 – Dimensionamento das emendas: banzo superior – Emenda 4 e 6
Fonte: As autoras.
Os dados de entrada e resultados obtidos da verificação, em porcentagem, estão apresentados a seguir.
Tabela 4 – Dados de entrada: Emenda 4 e 6
	 Dados de entrada
	 Esforço normal atuante na viga (Nsd)
	 15603.07 kgf 
	 Parafusos
	 6 do tipo ASTM A325
	 Parafusos da alma
	 Diâmetro 15.88 mm
	 Parafusos da mesa
	 Diâmetro 15.88 mm
	 Perfil
	 [ 200 x 100 x 3.75
Fonte: As autoras.
Ligação das talas com as mesas do perfil
Rasgamento entre furos: 79.402 %
Rasgamento entre furo e borda: 97.377 %
Pressão de contato (esmagamento): 81.148 %
Força cortante no parafuso: 81.148 %
Verificação da tração nas talas das mesas: 54.252 %
Ligação das talas com a alma do perfil
Rasgamento entre furos: 53.974 %
Rasgamento entre furo e borda: 66.193 %
Pressão de contato (esmagamento): 55.161 %
Força cortante no parafuso: 56.914 %
Verificação da tração na tala da alma: 39.093 %
Verificação do perfil à tração: 33.504 %
	Sendo assim, o programa acusou que a ligação foi dimensionada com êxito.
O detalhamento encontra-se anexo a este memorial.
A solicitação de cálculo das barras 6/7 foi de 10728,73 kgf. Os parafusos escolhidos para a mesa e para a alma do perfil foram de mesmo diâmetro que da emenda 2.
A tela de dimensionamento da emenda 5 está apresentada na Figura 34.
Figura 34 – Dimensionamento das emendas: banzo superior – Emenda 5
Fonte: As autoras.
Os dados de entrada e resultados obtidos da verificação, em porcentagem, estão apresentados a seguir.
Tabela 5 – Dados de entrada: Emenda 5
	 Dados de entrada
	 Esforço normal atuante na viga (Nsd)
	 10728.73 kgf 
	 Parafusos
	 6 do tipo ASTM A325
	 Parafusos da alma
	 Diâmetro 12.7 mm
	 Parafusos da mesa
	 Diâmetro 12.7 mm
	 Perfil
	 [ 200 x 100 x 3.75
Fonte: As autoras.
Ligação das talas com as mesas do perfil
Rasgamento entre furos: 68.287 %
Rasgamento entre furo e borda: 83.343 %
Pressão de contato (esmagamento): 69.452 %
Força cortante no parafuso: 69.452 %
Verificação da tração nas talas das mesas: 41.195 %
Ligação das talas com a alma do perfil
Rasgamento entre furos: 50.102 %
Rasgamento entre furo e borda: 61.148 %
Pressão de contato (esmagamento): 50.956 %
Força cortante no parafuso: 65.741 %
Verificação da tração na tala da alma: 29.736 %
Verificação do perfil à tração: 25.856 %
	Sendo assim, o programa acusou que a ligação foi dimensionada com êxito.
O detalhamento encontra-se anexo a este memorial.
ANEXOS
ANEXO A