Estudo comparativo do custo de estruturas metálicas treliçadas calculadas com a
velocidade básica dos ventos definida pela NBR 6123:1988 e a velocidade obtida a
partir de dados meteorológicos de Sinop/MT
Comparative study of the cost of truss metal structures calculated with the basic wind
speed defined by the NBR 6123:1988 and velocity obtained from meteorological data
of Sinop/MT
Lucas Hilleshein dos Santos1 Silvia Romfim2
Resumo: A norma da Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT NBR 6123:1988 - Forças devidas ao vento em edificações, apresenta grande importância para o cálculo de estruturas, sendo que a mesma é indicada, por exemplo, pelas normas de estruturas em aço, concreto e madeiras para o cálculo das forças resultantes devidas a ação dos ventos, porém ela foi publicada há 26 anos, uma época na qual existiam poucos pontos de coleta de dados meteorológicos no Centro-Oeste e em outras regiões. Com isso, o objetivo deste trabalho é obter, através de dados meteorológicos atuais, a velocidade do vento para ser utilizada em um cálculo estrutural e, a partir disto, com velocidade indicada pelo mapa de isopletas da ABNT (1988), verificar o impacto das diferentes de velocidades no custo de uma estrutura metálica treliçada para a região de Sinop/MT. Pela análise dos registros meteorológicos, observou-se que a velocidade máxima de rajadas para a região de Sinop/MT é 25,7% menor que a apresentada em norma, porém, para sua determinação não foi realizado um estudo baseado no tempo de recorrência de 50 anos como preconiza a ABNT (1988), isso fez com que a estrutura calculada com cargas obtidas através dos dados meteorológicos custasse 13,89% a menos que a calculada utilizando-se a velocidade de vento indicada pela ABNT (1988).
Palavras-chave: Ventos; NBR 6123; dados meteorológicos; Sinop/MT; estruturas metálicas.
Abstract: The standard of the Brazilian Association of Technical Standards, ABNT NBR 6123:1988 - Loads due to wind on buildings, has great importance for the calculation of structures, and it is indicated, for example, by the standards of steel, concrete and wood structures for the calculation of resulting action of wind forces, but it was formulated 26 years ago, time when there were few points of collecting meteorological data in the Midwest and other regions. Therefore, the objective of this work is to obtain from the current weather data, the wind speed to be used in a structural calculation and, from this, with the speed indicated by the isopleths map of ABNT (1988) verify the impact of different speeds in cost of a truss steel structure for the region of Sinop/MT. For the analysis of meteorological records, it was observed that the average speed of gusts to the region of Sinop/MT is 25,7% smaller than that is presented in the standard, but his determination was not based on a study conducted at the time of recurrence 50 years as prescribed by ABNT (1988), that made the structure calculated with loads obtained from the meteorological data would cost 13,89 % less than that calculated using the wind speed indicated by ABNT (1988).
Keywords: Winds; NBR 6123; meteorological data; Sinop/MT; steel structure.
1 Introdução
Construções em aço tem se tornado cada vez mais populares, a versatilidade e durabilidade são os principais atrativos deste tipo de construção, e além disso, o material é diretamente ligado ao desenvolvimento sustentável, isso pelo fato do aço ser 100% reciclável. Ao término da vida útil da edificação basta retorná-lo para as fornalhas para se obter novos perfis, telhas, parafusos e outros componentes, tudo isso sem que ocorra qualquer perda de qualidade no material. Segundo o Centro Brasileiro da Construção em Aço (CBCA), pesquisas européias comprovam que a produção do aço utiliza uma tecnologia limpa que reduz sensivelmente os impactos ambientais. Elementos estruturais, vigas e pilares, feitos em aço são muito resistentes o que possibilita a utilização de peças mais esbeltas, devido a este fato esse tipo de concepção estrutural permite a execução de edificações com maior área útil quando comparadas com construções executadas em concreto armado, o
que resulta no melhor aproveitamento do espaço disponível, algo muito importante em garagens e edifícios comerciais e industriais. A versatilidade do aço em edificações vai muito além da possibilidade de execução de grandes vãos, perfis produzidos com ele são compatíveis com outros materiais utilizados na construção civil, o que possibilita assim a execução de fechamentos em alvenaria convencional e utilização de construções mistas com concreto. Outras vantagens que podem ser citadas são: o ganho na velocidade de execução, organização no canteiro de obras, alivio de cargas e a racionalização de materiais.
Para o dimensionamento de estruturas metálicas, assim como qualquer outro tipo de estrutura, devem ser levadas em consideração várias cargas, as quais a edificação estará sujeita durante toda a sua vida útil, estas que estão relacionadas tanto à finalidade da construção como com a interação da mesma com o ambiente, um exemplo disso são as ações devidas ao vento, chuva, enchentes e neve. Dada à existência destes vários fatores que irão influenciar no comportamento da estrutura, existem normas que tem por objetivo fornecer ao engenheiro as informações necessárias para que seja possível prever durante o
1 Graduando de Engenharia Civil, Universidade do Estado de
Mato Grosso, Sinop–MT, Brasil, E-mail: lucashs@live.com
2 Eng. Civil, Professora, Universidade do Estado de Mato
dimensionamento da estrutura quais cargas estarão atuando na mesma.
O foco deste trabalho são as cargas devidas ao vento, estas que são definidas pela NBR 6123:1988 – Forças devidas ao vento em edificações, norma que foi formulada há 26 anos, uma época na qual existiam poucas estações para a coleta dos dados referentes ao vento nas regiões Norte, Nordeste e parte do Centro-Oeste e totalizando somente 49 estações em todo o território nacional, sendo assim, as informações presentes nela podem não condizer com a realidade da região de Sinop-MT, o que dificulta o estudo do comportamento da estrutura resultando em problemas
como superdimensionamento ou
sub-dimensionamento da mesma. Segundo o Instituto Nacional de Meteorologia – INMET, atualmente estão em operação 476 estações automáticas.
Com esta preocupação em mente, este estudo tem por principal objetivo identificar valores de rajada velocidade básica do vento a partir de dados meteorológicos obtidos da estação meteorológica automática situada no município de Sinop/MT. A partir deste levantamento, comparou-se os efeitos como custo, quantidade de material e carregamento em uma edificação em estrutura metálica calculada com as cargas obtidas a partir destes dados e segundo o que preconiza a ABNT (1988). Vale ressaltar que este é um estudo inicial, sem considerar o tempo de recorrência preconizada na NBR 6123:1988
2 Referencial Teórico
2.1 Galpões
Segundo o Instituto Aço Brasil - IABr e o CBCA (2010), galpões são estruturas em aço, geralmente contendo um único pavimento e constituídos de sistemas estruturais de pórticos igualmente espaçados, com cobertura apoiada em terça e vigas ou em tesouras e treliças, cobrindo grandes áreas e destinadas ao uso comercial, industrial, agrícola ou outras aplicações.
Como citado anteriormente, a cobertura é o elemento que apresenta maior número de alternativas durante o processo de concepção estrutural dos galpões metálicos, sendo que elas podem ser classificadas em: vão simples, múltiplos, geminados ou Shed, conforme ilustra a Figura 1. Sendo que a escolha do tipo de cobertura se deve a finalidade do galpão e a região na qual este será construído.
Figura 1 - Tipo de cobertura. Fonte: Adaptado (IABr, 2010).
Outra parte da estrutura que está diretamente ligada a finalidade da construção são os pilares, como se pode observar na Figura 2, em caso de galpões para armazenamento, por exemplo, os pilares basicamente irão suportar as cargas da cobertura, mas quando existe a necessidade de transportar cargas dentro da edificação podem ser instaladas pontes rolantes apoiadas em vigas de rolamento que irão descarregar diretamente sobre os pilares.
Figura 2 - Tipos de pilares. Fonte: Adaptado (IABr, 2010).
Sendo assim, para proceder com o projeto de um galpão metálico de qualidade deve-se primeiramente definir suas dimensões volumétricas (altura, largura, comprimento), estas que dependem diretamente da função da estrutura, para então realizar a escolha do tipo de cobertura e como serão executados os pilares.
2.2 Cargas de projeto
A norma ABNT (2010) define em seu item 6.1 as ações que devem ser consideradas para o projeto de estruturas metálicas de perfis formados a frio e as classifica de acordo com a norma ABNT (2003). Sendo assim, as ações podem ser classificas em permanentes, variáveis ou excepcionais.
As ações permanentes são cargas que atuam durante toda a vida útil da construção apresentando valores praticamente constantes. Estão ligadas ao peso próprio da estrutura e de elementos construtivos e também podem ser ocasionadas por deformações e imperfeições dos materiais empregados.
Já as ações variáveis, são segundo a ABNT (2003), cargas decorrentes da utilização e ocupação da estrutura, causadas por equipamentos, divisórias, instalações e também causadas pela ação do vento e da temperatura da estrutura. A norma ABNT (2003) também indica que para que sejam definidas cargas devido a este tipo de ações devem ser utilizadas as normas ABNT (1980) e ABNT (1988).
Ações excepcionais são definidas na ABNT (2003) como carregamento com baixíssima probabilidade de ocorrência durante a vida útil da estrutura, sendo decorrente de explosões, choque de veículos, incêndios, etc.
2.3 Ventos
Segundo Blessmann (1995), citado por Rippel (2005, p. 13), a irradiação de calor da superfície terrestre leva a diferenças de pressão atmosférica originando o movimento do ar de locais com pressão mais elevada para locais com menor pressão o que caracteriza o vento natural ou vento atmosférico.
A NBR 14762:2010 indica a força vento como um dos carregamentos a serem considerados para o cálculo de estruturas metálicas, assim como citado no item 6.3, toda via, para que seja possível a sua utilização é necessário primeiramente o conhecimento de suas características como intensidade, frequência, probabilidade de ocorrência e distribuição de velocidades segundo sua direção assim como cita Padaratz (1977 apud FERREIRA, 2005, p. 21). Para a obtenção dessas informações são utilizadas estações meteorológicas que devem ser localizadas em regiões abertas e as medições são realizadas com base na altura padronizada de 10m acima do solo, assim os dados ficam livres de interferências por parte de construções vizinhas e da rugosidade do solo. Além disso, o ideal é que os dados sejam coletados com frequência horária e ao longo do dia, pois dessa maneira será obtido registro mais fiel à realidade da região como descrito por Bittencourt e Cândido (2010, p. 20).
As principais características do vento para cálculo de estruturas são sua velocidade média e velocidade de rajada. A primeira que é definida por Ferreira (2005, p.
27), como “[...] a distância percorrida por uma partícula de ar durante a unidade de tempo.”, o mesmo ainda define rajada como “flutuação aleatória em torno da velocidade média”, além disso, ele cita que para a Força Aérea Brasileira - FAB apenas são consideradas como rajadas os caso em que a velocidade média de 3 segundos ultrapassa em 18,52 km/h a média sobre os 30 segundos anteriores.
Segundo Gelatti (2009, p. 22), o cenário que envolve a edificação é considerado para a determinação da força atuante devido ao efeito do vento, sendo assim, o engenheiro projetista deve escolher valores que representem aspectos físicos e econômicos do projeto. Assim temos que a ação do vento é o enquadramento da estrutura em um cenário particular e não um valor padronizado.
2.4 NBR 6123:1988
O objetivo principal desta norma é fixar as condições exigíveis das ações devidas ao vento, tanto de forma estática como dinâmica, com finalidade na utilização em cálculo de estruturas. Não é recomendável a sua aplicação em edificações com forma ou localização fora do comum, para estes casos, faz-se necessário a realização de teste com a metodologia de túneis de vento com a finalidade de obter qual reação a edificação irá apresentar devido às cargas impostas pela ação do vento.
Para a aplicação de cargas utilizando-se da forma estática a norma apresenta um mapa de isopletas conforme a Figura 3, com velocidades básicas para todo o território nacional. Segundo Gelatti (2009, p. 37) esta representação apresentada na norma foi desenvolvida em 1977 por Padaratz, com finalidade na revisão da NB 5 resultando na NB 599, a atualização desta última, por sua vez deu origem à NBR 6123:1988. Os dados utilizados para a produção do mapa foram obtidos de 49 estações e são representadas por pontos no mesmo. Partindo disto é possível notar a baixa quantidade de estações presentes nas regiões Norte, Nordeste e Centro-Oeste do país.
Figura 3 - Mapa de Isopletas. Fonte: Adaptado(ABNT, 1988).
velocidade básica por fatores relacionados à topografia, rugosidade e conceitos estatísticos.
3 Metodologia
3.1 Força devida ao vento
Primeiramente foi realizada a solicitação ao INMET (Instituto Nacional de Meteorologia) dos dados históricos da estação meteorológica automática A917 que está localiza a aproximadamente 20km do munícipio de Sinop-MT, os arquivos recebidos correspondem a todas as informações coletadas pela estação desde sua instalação em 29 de outubro de 2006 até o dia 21 de dezembro de 2013, totalizando 62.688 registros horários de velocidade de rajada. Segundo o Instituto, a coleta dos dados é realizada em uma área gramada com raio mínimo de 14m e os instrumentos de medição e sensores estão instalados em um mastro de 10m de altura, como exemplificado na Figura 4, desta maneira, os dados referentes à rajada de vento estão de acordo com o especificado para velocidade básica dos ventos na ABNT (1988),
“Máxima velocidade média medida sobre 3s, [...], a
10m sobre o nível do terreno em lugar aberto e
plano.”.
Figura 4 - Exemplo de estação automática. Fonte: INMET (2011).
A partir do banco de dados recebido foram retirados os dados nulos e então com o auxilio de um software de planilha eletrônica foi realizado o tratamento estatístico das informações coletadas pela estação para que então fosse possível a determinação da velocidade do vento que foi utilizada posteriormente no cálculo da estrutura metálica.
A primeira etapa do tratamento de dados se deu através da separação das velocidades máximas registradas em cada mês e a cada ano de todo o período abrangido pelas informações meteorológicas obtidas pela estação. Além disso, foram analisadas as distribuições das frequências de ocorrência das velocidades do vento separadas a cada 1m/s, ou seja, foram contados todos os dados com valores entre 0 e 1m/s, em seguida de 1 à 2m/s e assim por diante até 25m/s isto possibilitou a verificação da distribuição das velocidades registradas pela estação, partindo da frequência de cada velocidade foi plotado um gráfico que expõe as informações citadas. Com as rajadas máximas separadas, foi utilizado o maior valor de rajada encontrado como sendo a velocidade básica
para o cálculo das cargas de vento para o município de Sinop-MT.
Após a padronização dos dados meteorológicos foi calculada a carga de vento seguindo a metodologia descrita na NBR 6123:1988 tanto para a velocidade obtida a partir dos cálculos estatísticos como para a velocidade do vento para a região de Sinop – MT obtida pelo mapa das isopletas da velocidade básica presente na ABNT e mostrado pela Figura 3.
A metodologia indicada pela ABNT para o cálculo da carga de vento consiste na multiplicação da velocidade do vento a ser utilizada por fatores (S1, S2 e S3), estes têm seus valores apresentados na Tabela 1, e definidos de forma a se adequar a região de Sinop – MT e ao formato da estrutura. Sendo assim, ficaram definidos como:
Fator topográfico S1.
• Terreno fracamente acidentado ou plano. Rugosidade do terreno, dimensões da edificação e altura sobre o terreno, Fator S2.
• Rugosidade do terreno: Categoria 2 –
Terrenos abertos em nível ou aproximadamente em nível, com poucos obstáculos isolados, tais como árvores e edificações baixas.
• Dimensões da edificação: Classe A – Toda edificação ou parte de edificação para a qual a maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal tenha até 20 m.
• Altura sobre o terreno: 5,50 m. Fator Estatístico S3.
• Edificações e instalações industriais com baixo fator de ocupação (depósitos, silos, construções rurais, etc).
Tabela 1 - Valores dos fatores S1, S2 e S3.
S1 S2 S3
1,0 0,95 0,95
Fonte: Autoria Própria (2014).
3.2 Estrutura metálica
Após a definição da velocidade padrão de rajada foi realizado o cálculo da estrutura metálica, esta que consiste em uma edificação formada por cinco pórticos idênticos ao mostrado pela Figura 5 e igualmente espaçados totalizando 20m de comprimento.
A estrutura tem a face frontal com 10 m de comprimento, 5,5 m no ponto mais alto e cobertura de duas águas com caimento de 20% em cada como mostra a Figura 6, além disso, possui duas aberturas idênticas de 4,0 m X 5,0 m na face frontal e posterior.
Figura 6 - Dimensões do Galpão. Fonte: Acervo Pessoal (2014).
Para efeito de contraventamento, foram utilizados tirantes entre os dois primeiros pórticos e os dois últimos. A estrutura foi dimensionada duas vezes, a primeira utilizando-se das cargas devidas à velocidade básica do vento definida pela ABNT (1988) e posteriormente com as ações referentes à velocidade obtida a partir dos dados meteorológicos da estação automática da região.
Para este dimensionamento estrutural utilizou-se o software de cálculo de estruturas metálicas Novo Metálicas 3D que permite a edição das seções dos
perfis estruturais. Foram escolhidos perfis “U” para os
banzos, diagonais, montantes, pilares e terças das duas estruturas, variando somente as dimensões da seção para que resistisse aos esforços, o travamento
dos pilares treliçados foi feito em perfil “L” e o
contraventamento em barras trefiladas fixadas na direção longitudinal da estrutura, sendo nas laterais e na cobertura. As ações permanentes, acidentais e variáveis, além de combinações ultimas e de serviço da estrutura foram definidas manualmente assim como os coeficientes de majorações, os quais estão de acordo com a ABNT (2010) que trata do dimensionamento de estruturas metálicas.
3.3 Custos e conclusões
Com os relatórios de materiais gerados pelo software foi feito o orçamento da estrutura levando em consideração somente a quantidade de cada perfil que foi utilizado na construção, desconsiderando-se o custo da fundação e mão-de-obra, visto que o foco deste trabalho é a variação no custo devido a quantidade de aço utilizado. Em principio, o custo base para orçamentação dos insumos seria obtido a partir da tabela do Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil de Mato Grosso (SINAPI-MT), porém esta não apresenta o valor médio para o material utilizado na confecção de perfis estruturais em aço, com isso foi necessária a realização de uma pesquisa de preços em empresas da região e então calculou-se a média do preço do material.
Por fim, foi realizada a comparação da quantidade de material, custo e peso da estrutura metálica, demostrando assim a variação causada pela diferença na velocidade do vento.
4 Análises e resultados
4.1 Força devida ao vento
Inicialmente os registros de rajadas de vento foram separados em faixas de velocidades e então contabilizados para se verificar o número total de registros em cada faixa, como mostra a Figura 7, esta que deixa claro a baixa probabilidade de ocorrência de velocidades acima de 10m/s que totalizam apenas 1,3% de todos os registros.
Figura 7 - Distribuição de rajadas. Fonte: Acervo Pessoal (2014).
Para demostrar como são distribuídas as máximas rajadas no decorrer dos anos de registros temos a Figura 8, na qual estão plotadas as máximas mensais. A partir deste gráfico temos que a máxima velocidade registrada em Sinop/MT foi de 22,3m/s, esta que será utilizada para o cálculo das cargas de vento para o município e que então serão utilizadas no cálculo estrutural.
Figura 8 - Rajada máxima mensal e média. Fonte: Acervo Pessoal. (2014).
4755 38494
12442
691 43 1 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 C al m . 1 -5 6-1 0 11 -1 5 16 -2 0 21 -2 5
T
o
ta
l d
e
R
e
gi
st
ro
s
Faixa de Velocidades (m/s)
Nº Registros x Velocidades de
Rajada
Nº de Registros
16 ,2 18 ,3 18 ,6 16 ,2 17 ,5 16 ,4 18 ,3 15 ,8 20 ,4 22 ,3 20 ,5 19 ,0 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Ja n F ev M ar Ab r M ai Ju n Ju l Ag o Se t O ut N ov D ez R a ja d a M á x im a (m /s )
Rajada Máxima Mensal
Como mostrado no gráfico anterior a máxima registrada é 25,67% menor em relação a velocidade básica indicada no mapa de isopletas, 30m/s, porém a carga dinâmica do vento (q) resultado da Equação 1 proveniente da ABNT (1988) é 44,75% menor para a velocidade máxima das rajadas. Isto se dá devido ao fato de a equação da carga dinâmica ser de segundo grau, a tendência é que a variação da carga não seja diretamente proporcional à variação da velocidade do vento.
²)
/
(
V
.
0,613
=
q
k2N
m
Equação 1Onde:
)
/
(
.
.
.
V
=
V
k 0S
1S
2S
3m
s
Equação 2Sendo V0 a velocidade básica definida a partir da ABNT (1988) ou dos dados meteorológicos, os outros fatores têm seus valores definidos na Tabela 1. Os valores de carga dinâmica que serão utilizados para o dimensionamento da estrutura estão apresentados na Tabela 2, sendo carga devido a velocidade da norma (Qnor) e referente aos dados de vento (Qmet) respectivamente.
Tabela 2 - Cargas dinâmicas (N/m²).
Qnor Qmet
451,26 249,34
Fonte: Autoria Própria (2014).
Com as cargas dinâmicas definidas, foram utilizados os parâmetros e metodologia do item 6 da ABNT (1988), coeficientes aerodinâmicos para edificações correntes, para o cálculo dos coeficientes de forma e pressão externos e internos. Para isso o galpão foi considerado com não totalmente impermeável, devido aos espaços presentes na fixação do fechamento lateral e da cobertura. Além disso, a pior situação a qual a edificação foi considerada é com uma das portas aberta e a outra fechada, isto que aumenta os efeitos de sobrepressão e sucção interna.
Os coeficientes de pressão externos e internos obtidos para a estrutura são somados e então multiplicados pela pressão dinâmica para assim obter-se as pressões efetivas em cada região da estrutura dependendo de cada caso analisado para a mesma. 4.2 Dimensionamento estrutural
Além das cargas de vento, foram consideradas outras cargas atuantes na estrutura, estas que são classificadas de acordo com a ABNT (2003) como ações permanentes e acidentais, relacionado ao primeiro tipo foi considerado o fechamento lateral e da cobertura como sendo em telha metálica trapezoidal 40 que segundo a Associação Brasileira da Construção Metálica – ABCEM (2009) tem peso de 4,85 kg/m² considerando a sobreposição necessária. Para sobrecarga no telhado, foi utilizada a especificada na ABNT (2008), ou seja, no mínimo uma carga de 0,25 kN/m² distribuída sobre o telhado. Para a consideração dos efeitos das cargas na edificação foram levados em conta coeficientes de ponderação das ações no estado-limite último (E.L.U.) que têm por finalidade majorar as ações e assim possibilitar uma margem de segurança nos cálculos. Estes coeficientes são definidos pelo item 6.6.1 da
ABNT (2010) e têm seus valores expressos na Tabela 3 abaixo.
Tabela 3 - Coeficientes de ponderação.
Tipo de Ação Coeficiente
Desfavoráveis Favoráveis
Permanente 1,25 1,00
Sobrecarga 1,50 0
Vento 1,40 1,00
Fonte: Autoria Própria (2014).
Como ações permanentes foram consideradas o peso próprio dos elementos estruturais e o peso do fechamento lateral e cobertura, a sobrecarga foi considerada como uma ação variável de utilização e o vento é também classificado como uma ação variável isso se deve ao fato de não apresentar um valor constante e faz com que este tenha um maior coeficiente de ponderação. A partir destes coeficientes, a carga final aplicada à estrutura é proveniente da combinação de ações demonstrada pela Equação 3.
m
1
i 2
, 0 ,
1 1 ,
d= ( ) ( )
F
n
j
k Qj j qj k
Q q k Gi
giF
F
F
Equação3
Onde:
Fd: Força, valor de ação, em geral.
FGi,k: Valor característico da ação permanente. FQ1,k: Valor característico da ação variável principal.
FQj,k: Valor característico da ação variável que pode atuar simultaneamente a ação variável principal.
γ: Coeficiente de ponderação das ações ou das resistências, em geral.
ψ: Fator de redução das ações, fator de combinação de ações.
Cada situação na qual a estrutura foi analisada resultou em combinações, estas que totalizam 6 combinações sendo duas delas favoráveis e as outras quatro desfavoráveis à estrutura.
Além da análise do E.L.U., também foi considerado o estado-limite de serviço (E.L.S.), para isso foram estudados os deslocamentos máximos dos elementos estruturais de acordo com a tabela A.1. do anexo A da ABNT (2010), estes que são expressos na Tabela 4.
Tabela 4 - Deslocamentos máximos. Descrição Deslocamento Travessas de fechamento L /180 L /120
Terças de cobertura L /180 L /120 Vigas de cobertura L /250
Vigas de piso L /350
Vigas que suportam pilares L /500 Fonte: Adaptado (ABNT, 2010).
serralherias, desde que atendam às especificações de projeto e seja utilizado o material adequado. O material escolhido para os perfis é o aço estrutural A36, que pode ser moldado a frio através de dobras e assim formando a seção desejada. Este material apresenta alta resistência, com limite de escoamento de 250 MPa e tensão de ruptura de 400 MPa, devido a essas características os perfis apresentam seção com pequenas dimensões, mesmo os utilizados nos pilares treliçados. A Figura 9 mostra como ficaram dispostos os perfis na estrutura.
Figura 9 - Estrutura metálica. Fonte: Acervo Pessoal (2014).
4.3 Quantitativo e custos
Como citado anteriormente, foram utilizados perfis feitos em aço de alta resistência, esses que são formados a partir do corte e dobra de chapas com 3,04 mm de espessura e com peso de 24,41 kg/m. Essas informações são importantes para a orçamentação da estrutura, visto que o custo da estrutura é calculado através do peso total de material utilizado, sendo desprezada a mão-de-obra para fabricação dos perfis e montagem da edificação. O software de cálculo estrutural no qual a estrutura foi inserida gerou um relatório com o quantitativo de material necessário para a execução da estrutura, este que apresenta os tipos de perfis utilizados, comprimento linear necessário de cada tipo, o peso dos mesmos e peso total das duas estruturas calculadas.
O Galpão 1 simulado com a influência das cargas de vento proveniente dos dados meteorológicos da região necessitou de uma estrutura mais esbelta para que resistisse a todas as ações que foram aplicadas nela, como apresenta a Tabela 5.
Tabela 5- Quantitativo de material, Galpão 1.
Seção (mm) Volume (m³) Peso (kg) U 90 x 50 x 3.04 (banzos) 0,049 385,26 U 90 x 40 x 3.04 (diagonais e
montantes) 0,089 701,65 L 35 x 3.04 (travamento dos pilares) 0,037 290,89 Ue 100 x 50 x 10 x 3.04 (pilares) 0,169 1326,72
Total 0,344 2704,52
Fonte: Autoria Própria (2014).
A utilização das cargas de vento obtidas com base no mapa de isopletas da ABNT (1988), no Galpão 2, resultou em uma estrutura um pouco mais reforçada, sendo necessária a utilização de perfis enrijecidos (Ue) nos banzos da treliça de cobertura e pilares com seção maior para que fosse possível suportar as
cargas mais elevadas devido aos perfis maiores, como mostra a Tabela 6.
Tabela 6 - Quantitativo de material, Galpão 2.
Seção (mm) Volume (m³) Peso (kg) U 127 x 75 x 3.04 (banzos) 0,074 578,75 U 90 x 50 x 3.04 (montantes) 0,044 342,22 U 90 x 40 x 3.04 (diagonais) 0,051 397,44 L 35 x 3.04 (travamento dos pilares) 0,037 290,89 Ue 100 x 70 x 15 x 3.04 (pilares) 0,195 1531,32
Total 0,401 3140,62
Fonte: Autoria Própria (2014).
Como indicado pela Tabela 7, o Galpão 1 teve um menor deslocamento máximo em relação ao Galpão 2, sendo que o ponto de maior deslocamento de ambas as estruturas foi no centro do banzo inferior da treliça de cobertura.
Tabela 7 – Deslocamento máximo.
Estrutura Desloc. (mm)
Galpão 1 22,27
Galpão 2 13,99
Fonte: Autoria Própria (2014).
Com base nos pesos totais indicados nas tabelas anteriores foi realizado o orçamento das estruturas, como a SINAPI não apresenta os valores para a chapa de aço utilizada, foi realizada uma pesquisa de preço em 4 empresas de Sinop/MT e então utilizou-se o preço médio para a orçamentação da estrutura, este que foi de R$368,25 por cada chapa de 3,0m x 1,2m. Como o peso do material é de 24,42 kg/m², o custo por kg é de R$4,19. A Tabela 8 apresenta o valor final de material dos dois galpões calculados, nota-se que a estrutura calculada com as ações provenientes dos dados meteorológicos tem um custo 13,89% menor devido às análises realizadas para a região.
Tabela 8 - Custo das estruturas.
Estrutura Peso (kg) Custo (R$) Galpão 1 2.704,52 11.331,94 Galpão 2 3.140,62 13.159,20
Fonte: Autoria Própria (2014).
5 Conclusões
A utilização da velocidade da norma para o cálculo estrutural resulta na necessidade de empregar maiores seções de perfis metálicos na edificação, já a estrutura calculada com base na velocidade obtida por este trabalho, 22,3m/s, necessitou de seções menores sendo que o impacto nos gastos com material nesta última é 13,89% menor que o gasto com a primeira. Isto ocorre devido a alta resistência do aço, que faz com que não seja necessária uma grande variação na seção dos perfis para que eles resistam a carregamentos muito maiores.
critérios para a análise dos ventos e seria necessária uma análise mais profunda dos dados.
Referências
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