UNIP COBERTURAS COMERCIAIS METÁLICAS - ENG CIVIL

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CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Nome do aluno
COBERTURAS COMERCIAIS METÁLICAS
Local
2021
RESUMO
Atualmente o mercado de construção de coberturas comerciais, tem buscado cada vez mais modernizações com relação à inovação, custos baixos e rapidez na conclusão de projetos, com isso à aplicação de estruturas metálicas já é uma realidade e vem sendo considerada uma forma de sucesso devido as suas vantagens no cenário de construção e montagem. Dessa maneira, é indispensável que o engenheiro responsável pelo projeto, tenha conhecimentos detalhados e embasados nas normas que regem os conceitos de estrutura. Este artigo trabalho se propõe dimensionar uma cobertura comercial metálica inserida em um galpão industrial. O objetivo principal foi realizar o conceito teórico e realizar cálculos que mostrassem o dimensionamento. O referido dimensionamento foi elaborado através de cálculos manuais, embasados nos conhecimentos adquiridos ao longo do curso de engenharia civil e literatura específica sobre o tema. A pesquisa consistiu em um estudo de caso baseado na análise de documentos e observação direta de algumas atividades realizadas, possibilitando assim, confirmação dos fatos.
Palavras chaves: Estrutura metálica, dimensionamento e cobertura comercial
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 : Equivalência de aços por normas	7
Figura 2 - Especificações dos elementos estruturas em forma de bobinas	7
Figura 3 - Tubos estruturais,	8
Figura 4 - Especificações para perfis soldados	9
Figura 5 - Especificações para perfis em chapa dobrada	10
Figura 6 - Curva – Carga de deflexão indicando margem de segurança	20
Figura 7 - Fórmula do Fator de Segurança	21
Figura 8 - Fator de Segurança para elementos estruturais.	21
Figura 9 - Imagem 3D do galpão	22
Figura 10 - Corte Frontal da Cobertura	23
Figura 11 - Representação da planta da cobertura	23
Figura 12 - calculo das tesouras	25
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Resistência dos Materias.	9
Tabela 2 - Normas complementares para dimensionamento	17
SUMÁRIO
1.	PRODUTOS SIDERÚRGICOS ESTRUTURAIS.	6
1.1	VANTAGENS E DESVANTAGENS DA ESTRUTURA METÁLICA	10
1.2	ETAPAS DO PROJETO ESTRUTURAL	14
1.3	DIMENSIONAMENTO	16
2.	O PROJETO	22
3.	CONCLUSÃO	26
REFERÊNCIA	27
PRODUTOS SIDERÚRGICOS ESTRUTURAIS.
Segundo Pfeil, W e Pfeil, M (2011), os aços estruturais produzidos nas usinas possuem como produtos resultantes, as chapas, barras, perfis laminados fabricados em laminadores, que, em sucessivos passes, dão ao aço pré-aquecido a seção desejada; os fios trefilados são obtidos através da trefilação, ou seja, obtidos puxando uma barra de aço sucessivamente por meio de fieiras com diâmetros decrescentes; já as cordoalhas e os cabos são formados por associação de fios. Podemos ainda fabricar os perfis estruturais por dobramento de chapas e por associação de chapas através de solda.
Os principais materiais usados como elementos ou componentes estruturais são: chapas finas à frio, chapas zincadas, chapas finas à quente, chapas grossas, perfis laminados estruturais, tubos estruturais com e sem costura, barras redondas e barras chatas, perfis soldados e perfis estruturais em chapas dobradas. (BELLEI, 1998)
Para Bellei (1998), elementos estruturais como chapas finas à frio são produtos com espessuras padrão de 0,30mm à 2,65mm fornecidas nas larguras padrão de 1.000mm, 1.200mm e 1.500mm e comprimentos padrão de 2.000mm e 3.000mm.. A Figura 1 estão exemplificados alguns desses elementos, dentro do universo de perfis, chapas e tubos.
Figura 1 : Equivalência de aços por normas
Fonte: Bellei,1998.
As chapas finas à quente, segundo Bellei (1998), são elementos estruturais com espessuras padrão de 1,20mm a 5,00mm fornecidas nas larguras padrão de 1.000mm, 1.100mm, 1.200mm, 1.500mm e 1.800mm, e comprimentos padrão de 2.000mm, 3.000mm e 6.000mm. Já as chapas zincadas possuem espessuras padrão de 0,25mm a 1,95mm, fornecidos em larguras padrão de 1.000mm e comprimentos padrão de 2.000mm e 3.000mm.
As chapas finas à frio, chapas finas à quente e as chapas zincadas são elementos estruturais que são fabricadas em várias espessuras (Figura 2) e armazenadas em forma de bobinas.(BELLEI, 1998).
Figura 2 - Especificações dos elementos estruturas em forma de bobinas
	
	
	
Fonte: Bellei,1998
Bellei (1998), contextualiza que a aplicação das chapas finas à frio, são nas construções como complementos, sejam esquadrias, dobradiças, portas, batentes, calhas e rufos. As chapas finas à quentes, usualmente aparecem em perfis de chapas dobradas para construção em estruturas metálicas leves e , essencialmente, como terças e vigas de tapamento. Já as chapas zincadas, aparecem como elementos complementares nas construções, como telhas para coberturas e tapamentos laterais, calhas, rufos, caixilhos, dutos de ar condicionado, divisórias, etc.
Bellei (1998), as chapas grossas, são aplicadas na construção de estruturas metálicas, sendo empregadas principalmente na fabricação de colunas, vigas e estacas. Encontra-se em espessuras-padrão de 6,3mm a 102mm, larguras padrão de 1.000mm a 3.800mm e no comprimentos padrão de 6.000mm e 12.000mm. Também podemos incluir neste cenário os perfis laminados a quente que são comumente utilizados para fins estruturais.
Para Bellei (1998), as barras redondas, especificadas na Figura 3, possuem uma ampla variação de bitolas, normalmente empregadas na confecção de chumbadores, tirantes e parafusos. Além desta também existem as barras chatas que são normalmente utilizadas em guarda-corpo e as barras quadradas, sendo principalmente aplica em trilhos de pontes rolantes pequenas.
Figura 3 - Tubos estruturais,
Fonte:Bellei,1998
No mercado existe uma gama de dimensões para os tubos estruturais em aço, que são empregados com fins estruturais, para fabricação de treliças espaciais e corrimão, sendo fornecido no comprimento-padrão de 6.000 mm (BELLEI,1998).
Segundo Bellei (1998), existem duas classificações para os produtos estruturais derivados de aços planos, são eles, perfis soldados e perfis de chapa dobrados. Os soldados são predominantemente aplicados em estruturas metálicas, possuem grande versatilidade quanto a combinações de espessuras, alturas e larguras já os de chapa dobrados são utilizados com mais frequência em vigas de tapamento e terças. Em razão da peculiaridade desses perfis, como dificuldade de acesso para pintura e fissuras aconselha-se espessura mínima de 2,25mm.
Bellei (1998) afirma, que com o intuito de facilitar o estudo de projetistas e calculistas a ABNT (NBR 5884/80) padronizou três séries para estes produtos. Série CS para colunas(com d/bf=1), série VS para vigas (com d/bf≤4) e série CVS para colunas e vigas (com 1< d/bf ≤1,5). A Figura 4 e 5 representa o assunto afirmado por Bellei.
Figura 4 - Especificações para perfis soldados
 Fonte: Bellei,1998
Figura 5 - Especificações para perfis em chapa dobrada
 Fonte: Bellei,1998
ETAPAS DO PROJETO ESTRUTURAL
Para Pfeil, W e Pfeil, M (2011), os projetos estruturais podem ser divididos em três etapas, sendo elas, anteprojeto ou projeto básico, dimensionamento/cálculo estrutural e detalhamento. Na etapa de anteprojeto ou projeto básico são definidos os sistemas construtivos, os materiais a serem utilizados e o sistema estrutural, na etapa seguinte são definidos as dimensões dos elementos, as ligações entre si e os critérios de garantias de segurança e de desempenho da estrutura, na terceira etapa são elaborados todas as especificações e os desenhos executivos dos componentes.
Segundo Dias (1997), o projeto de uma obra de estrutura de aço envolve três atividades distintas, projeto de engenharia, projeto de fabricação e projeto de montagem. Na primeira atividade, são definidas a concepção estrutural e os tipos de perfis a serem utilizados, as cargas que serão exercidas, caracterização dos vínculos, estimativa aproximada de uso de aço, dimensionamento e etc. No projeto de fabricação, é realizado o detalhamento de todos os componentes da estrutura, comoa localização das furações, os parafusos, as listas de materiais e etc. Já na atividade projeto de montagem, temos uma representação mais esquemática, mostrando o sistema estrutural, indicação das numerações ou marca de cada peça e a sequência de montagem. Além disso também pode-se fornecer informações complementarem, como, o equipamento adequado para o trabalho, a peso das peças, metodologia de montagem e etc.
Para Bellei (1998), a arquitetura, projeto estrutural, sondagens do solo, detalhamento, fabricação, limpeza e proteção, transporte, montagem, controle de qualidade e manutenção são as principais fases que precedem a obra de qualquer tipo de edifício, conforme Quadro 3, abaixo.
Quadro 3:Principais fases na construção de uma obra.
	Principais Fases
	Arquitetura
	Onde é desenvolvido todo o estudo da obra, materiais de acabamento, dimensões, características de ventilação, iluminação, formato etc. Uma arquitetura desenvolvida para o aço torna este material mais competitivo, tirando partido da sua melhor resistência e menores dimensões dos seções etc.
	Projeto Estrutural
	É onde se dá corpo ao projeto arquitetônico, calculando-se os elementos de sustentação, ligações principais, tipos de aço, cargas nas fundações, especificando se a estrutura será soldada ou parafusada etc. É uma das etapas mais importantes, pois um projeto ruim pode causar prejuízo econômico ao fabricante e a construtor.
	Soldagens do solo
	É de fundamental importância para o delineamento das estruturas, pois se o solo é de má qualidade o calculista da estrutura deve evitar engastá-la ás fundações, o que as tornaria muito onerosas. Porém se o solo for de boa qualidade, poder-se-ia perfeitamente engastá-las.Portantyo, o tipo de solo pode definir o esquema estrutural.
	Detalhamento
	Onde o projeto estrutural é detalhado peça por peça, visando atender ao cronograma de fabricação e montagem, dentro das recomendações do projeto, procurando agrupar ao máximo as peças.Devido às particularidades de cada fábrica, no que diz respeito aos tipos de equipamento e porte, cada fabricante adota o tipo de detalhamento que lhe é mais adequado.
	Fabricação
	É onde as diversas partes (peças) que vão compor uma estrutura são fabricadas, usando-se as recomendações de projeto quanto a solda, parafusos, tolerâncias, controle de qualidade etc. Cada fabricante tem sua própria maneira de dar sequencia à fabricação das peças
	Limpeza e Proteção
	Após a fabricação, as peças que vão compor a estrutura são preparadas para receber proteção contra a corrosão e, após a limpeza, a estrutura deve ser pintada ou galvanizada, ou mesmo deixada no estado natural, se for em ASTM-A588 ou similar e a sua localização assim o permitir.
	Transporte
	É preciso, já na fase inicial de projeto e detalhamento, indicar o tamanho das peças, procurando, dentro do possível, evitar transporte especial.
	Montagem
	É onde as peças vão se juntar, uma a uma, para compor uma estrutura, necessitando-se de um planejamento, visando especificar os equipamentos a serem usados, o ferramental e a sequencia de montagem. É o coroamento de toda a obra, é quando sabemos se houve ou não um bom projeto.
	Controle de qualidade
	Atua em todas as fases, estabelecendo os procedimentos de solda, inspecionando peças, verificando se estão dentro das tolerâncias de normas etc.
	Manutenção
	Após a conclusão da obra, é necessária fazer-se um plano de inspeção, o que depende do local e uso das estruturas. Outro requisito de serviço importante é a média de vida da estrutura, juntamente com os problemas de corrosão, devido às condições atmosféricas, umidade e outros. Em seus projetos, o engenheiro deve evitar soluções que acumulem água e sujeita, para evitar corrosão. Deve, também, deixar acesso fácil aos locais que necessitem de manutenção de pintura e inspeção por toda a vida estrutura. Toda estrutura deveria ser visitada e inspecionada pelo projetista ou seu preposto após um , três, cinco, dez, quinze, vinte e mais anos.
FONTE: Bellei, 1998.
DIMENSIONAMENTO
Segundo Drehmer (2005), o correto dimensionamento de uma estrutura deve garantir a solução mais econômica possível e seu desempenho estrutural. O processo de dimensionamento sofreu mudanças ao longo do tempo, ou seja, desenvolveu-se tanto que atualmente existem várias normas, que fornecem as exigências mínimas para projeto de uma estrutura segura.
Os métodos de dimensionamentos mais importantes são, método das tensões admissíveis, método dos coeficientes das ações e método dos estados limites. Este último é o que está substituindo, gradativamente, o método das tensões admissíveis nas normas de dimensionamento. (DREHMER, 2005).
“No dimensionamento, a tensão de ruptura não é considerada como o limite de trabalho do aço, mas sim a tensão de escoamento, pois a partir do momento em que o material atinge esse estágio tensional as deformações se tornam permanentes e indesejáveis.” (REBELLO, 2007)
Pinheiro (2005) ressalta a importância das entidades normativas que envolvem as estruturas metálicas, estas são associações que determinam procedimentos a serem seguida, metodologia para cálculos estruturas, características mecânicas e o detalhamento em nível do projeto executivo. A nível Nacional as unidades adotas são as do Sistema Internacional (SI), onde todas as medidas lineares são adotas em milímetros (mm). Com relação às principais entidades normativas para atividades atribuídas a estruturas metálicas.
1. Brasil
	· ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas;
2. Estados Unidos 
	· AISC: American Institute of Steel Construction;
· ANSI: American National Standards Institute;
· AWS: American Welding Society;
· AASHTO: American Association od State and Highway Transportation Officialis;
· API: American Petroleum Institute;
· ASTM: American Society for Testing and Materials;
· AISE: Association of Iron and Steel Engineers;
· AISI: American Iron and Steel Institute;
· ASCE: American Society of Civil Engineers;
· AREA: American Railway Engineering;
· ABS: American Bureau Shipping;
· ASA: American Standards Association;
· SAE: Society of Automotive Engineers;
· SSPC: Steel Structures Painting Council;
· USBPR: United States Bureau of Public Roads Uniform Building Code;
3. Alemanha
	· DIN: Deustsch Industrie Normen;
4. França
	· AFNOR: AssociationFrançaise de Normalisation;
Pinheiro (2005), no Brasil além da norma supracitada ainda é utilizada a NB14 (NBR8800), que rege os projetos e execução de estruturas de aço em edifícios (Método dos estados limites) – ABNT. Como normas complementares para o dimensionamento de estruturas ainda possuímos, conforme Tabela 2.
Tabela 2 - Normas complementares para dimensionamento
	NBR 8681/84 ou NB 862
	Ações e segurança nas estruturas;
	NBR 6120/80 ou NB5/78
	Cargas para cálculos de estruturas de edifícios;
	NBR 6123/88
	Forças devido ao vento em edificações;
	NBR 14 323/99
	Dimensionamento de Estruturas de Aço de Edifícios em Situação de Incêndio – Procedimentos;
	NBR 14 432/00
	Exigências de Resistência ao Fogo de Elementos Construtivos de Edificações.
	NBR 5884/99
	Perfil I Estrutural de Aço Soldado por Arco Elétrico;
FONTE:Pinheiro,2005.
De acordo com Pravia (2007), o processo de dimensionamento é orientado pelo menor valor da carga de flambagem alcançado para os diferentes tipos de flambagem e por curvas com ajustes experimentais que levam em conta imperfeições iniciais e tensões residuais.
“A norma brasileira define como método de dimensionamento: os estados limites últimos e de utilização. Já a AISC prevê a alternativa dos dois métodos de dimensionamento: tensões admissíveis e estados limites últimos.”. (PRAVIA,2007)
Afirma Steyer(2007), a norma que rege o dimensionamento de estruturas metálicas formadas por perfis soldados de aço é a NBR 8800/86, estabelece a verificação de três itens para confirmar a segurança da estrutura, a resistência dos esforços normais de tração e compressão, flexão e cisalhamento a que uma peça metálica da estrutura possa ser submetida. Cada um desses esforçospode ocorrer isoladamente ou em conjunto na peça. 
Segundo Bellei (1998), o dimensionamento baseado no Método das Tensões Admissíveis, a estrutura considerada é submetida às cargas previstas em normas e nas condições normais de projeto. Essa estrutura tem a resistência essencial se as tensões causadas em seus elementos pelas cargas estabelecidas não excedam as tensões admissíveis mensuradas, que são iguais a uma determinada parte da tensão limite do material. A correlação entre tensão de escoamento e tensão admissível é o fator de segurança (Figura 6).
Figura 6 - Curva – Carga de deflexão indicando margem de segurança
Segundo Bellei (1998), a finalidade do fator de segurança é absorver:
1. Aproximação e incertezas no método de análises;
2. Qualidade de fabricação;
3. Presença de tensões residuais e concentração de tensões;
4. Alteração para menos nas propriedades físicas do material;
5. Alteração para menos na seção transversal dos membros;
6. Locação e intenção de uso da estrutura;
7. Incerteza dos carregamentos;
Dessa forma, o fator de segurança (Figura 7), não implica maior segurança para cargas maiores e sim muitas fatores envolvidos (BELLEI,1998).
Figura 7 - Fórmula do Fator de Segurança
De acordo com Bellei (1998), a Figura 8 abaixo faz uma relação com a fórmula acima, segue os fatores de segurança dados pela especificação do AISC.
Figura 8 - Fator de Segurança para elementos estruturais.
Fonte:Bellei, Ildony.Edifícios industriais em aço: projeto e cálculo. 2ªedição.
Pfeil, W e Pfeil, M (2011), afirma que o dimensionamento utilizando tensões admissíveis foi oriundo dos desenvolvimentos da resistência dos materiais em regime elástico. No método das tensões admissíveis quando a máxima tensão solicitante em cada seção é inferior a uma tensão resistente por um coeficiente de segurança, o dimensionamento é satisfatório. 
Segundo Pfeil, W e Pfeil, M (2011), o método das tensões admissíveis possui limitações, sendo, utilização de um único coeficiente de segurança para expressar todas as incertezas, independentemente de sua origem e no método previa a análise estrutural em regime elástico com o limite de resistência associada ao início de plastificação da seção mais solicitada, foi apontada em 1930 com o desenvolvimento da teoria plástica de dimensionamento.
Pfeil, W e Pfeil, M (2011), contextualiza que no dimensionamento dos estados limites se faz necessário analisar o comportamento da estrutura sob ação das cargas de serviço.
O PROJETO
O projeto se iniciou com a imagem 3D da cobertura a ser calculada demonstrada na Figura 9. 
Figura 9 - Imagem 3D do galpão
Após isso foi demonstrado o corte frontal na Figura 10, e a representação da planta na Figura 11
Figura 10 - Corte Frontal da Cobertura
Figura 11 - Representação da planta da cobertura
Para o pré dimensionamento das terças, foram usadas telhas de aço simples com capacidade segundo o catálogo da Met Form MF100 de 7,5 Kgf/m2 com e=0,95mm. Os espaçamentos das terças utilizadas foram de 1,3 m. A largura de influência que foi utilizada no projeto foi de 1,3 m. O perfil em U dimensionado para este cálculo foi de 150 por 50 por 4,75.
As Cargas permanentes calculadas para essa cobertura foi de terças 150x50x4,75, com o PP sendo de 0,087 KN/m. As telhas simples de 7,5 Kgf/m2, a telha então foi de 7,5 x 1,3 que resulta em 0,0975 KN/m.
As cargas varáveis calculadas sobre a carga foram de 25 kgf/m2, com o SC de 25 x 1,3, resultando em 0,325 KN/m. Quando se tem vento de sobrepressão de 50 Kgf/m2, o cálculo do V1 fica em 50 x 1,3, resultando em 65 Kgf/m e a sucção será de 80kgf/m2, com V2 sendo calculado usando 80 x 1,3 resultando em 1,04 KN/m.
	Como combinações foi usado o Estado Limite Último que foi calculado seguindo as seguintes equações:
(1,25 x 0,087 + 1,35 x 0,0975) + 1,5 x 0,325 + 1,4 x 0,6 x 0,65 = 1,27 KN/m
(1,25 + (1,35 x 0,0975)) + 1,4 x 0,65 + 1,5 x 0,8 x 0,325 = 2,68 KN/m
(1,00 x (0,087 + 0,0975)) + 1,4 x 1,04 = - 1,64 KN/m
O dimensionamento da cobertura foi calculado pela formula:
MD = (q. L²)/8 = (2,68 x 42) / 8 = 5,36 KN
VD = q. L = (2,68 x 4) / 2 = 5,36 KN
Todo deslocamento que ocorre na direção perpendicular do eixo de uma viga é conhecido como flecha. Inicialmente será aplicada a fórmula para a determinação do descolamento demonstrada abaixo:
δ = (5. q. L4 )/ 384 . E. Ix = 3,73 mm
δ Limite = L = 22,22 mm > 3,73 mm (OK)
Com os dados de cargas atuantes, realizou-se o dimensionamento e análise dos elementos do galpão utilizando o CYPE 3D. Com auxílio do editor de pórticos do software, foi definida uma geometria para as tesouras que serão utilizadas na cobertura metálica, utilizando perfis conformados a frio. Foi escolhida a altura do primeiro montante de 0,5 m, e um espaçamento máximo entre terças de 2,5 m. Com este arranjo, foram obtidas 12 terças (sendo 2 de cumeeira), com um espaçamento entre elas de 2,03 m, para que ficassem apoiadas nos nós da tesoura. A treliça apresenta 20 diagonais, e o banzo inferior é dividido igualmente em 20 partes de 1m cada. A figura 12 mostra a geometria do pórtico.
Figura 12 - calculo das tesouras
Seguindo as recomendações de Bellei (2010), nas tesouras, foi escolhido o perfil U tanto para os banzos, diagonais e montantes, sendo este um arranjo muito usual. 
CONCLUSÃO
Através dos resultados obtidos pode-se concluir que a cobertura em questão, está corretamente dimensionada e irá suportar as solicitações de carregamentos e forças, conforme a intenção do projeto base.
Em relação aos cálculos dimensionais, foi comprovado que todos os dados referentes à cobertura são aplicáveis e de confiabilidade, tornando viável a execução do projeto. 
Conclui-se que a sequência, fundamentada nos conhecimentos teóricos adquiridos ao longo do curso de engenharia civil, literatura específica sobre o tema, e normas atendem o objetivo do trabalho.
REFERÊNCIA
AISC, American Institute of Steel Construction.Manual of Steel Construction, 9°edição, 1989.
BELLEI,Ildony.Edifícios industriais em aço:projeto e cálculo.2ª edição.SãoPaulo:Pini,1998.483p.
DIAS, Luís Andrade de Mattos. Estrturas de aço: conceitos, técnicas e linguagem.São Paulo: Zigurate Editora,1997.297p.
DREHMER, Gilnei Artur. Otimização de Estruturas Metálicas Formadas por Perfis “I” Soldados, 2005,86p. Título de Mestre em Engenharia – Faculdade de Engenharia e Arquitetura da Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo,2005.
NBR8800/2008, Associação Brasileira de Normas Técnicas. Projeto e Execução de Estruturas de Aço de Edifícios. Métodos dos Estados Limites-2008.
PFEIL, W. E PFEIL, M.Estruturas de aço: dimensionamento prático.8ª edição.Rio de Janeiro: LTC, 2011.357p.
PINHEIRO, Antonio Carlos da Fonseca Bragança.Estruturas Metálicas: cálculos, detalhes, exercícios e projetos.2ª edição.São Paulo:Blucher,2005.301p.
REBELLO,Yapanan Conrado Pereira. Bases para projeto estrutural na arquitetura.2ª edição.SãoPaulo.Zigurate Editora, 2007.285p
SANTOS,Arthur Ferreira dos.EstruturaMetálica:projeto e detalhes para fabricação.3ª edição.São Paulo: McGraw-Hill do Brasil,1977.505p.
STEYER, Christian Bartz.Dimensionamento de uma passarela metálica estaiada.2007.89p.Bacharelado em Engenharia Civil-Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre,2007.