Dimensionamento de cabos de estaiamento para elevadores agrícolas

(1)

HATUS WILLIAM ALVES DA SILVA

DIMENSIONAMENTO DE CABOS DE ESTAIAMENTO PARA

ELEVADORES AGRÍCOLAS

Ijuí 2016

(2)

DIMENSIONAMENTO DE CABOS DE ESTAIAMENTO PARA

ELEVADORES AGRÍCOLAS

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.

Orientador: Rafael Aésio de Oliveira Zaltron

Ijuí 2016

(3)

DIMENSIONAMENTO DE CABOS DE ESTAIAMENTOS PARA

ELEVADORES AGRÍCOLAS

Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.

Ijuí, 20 de junho de 2016

Prof. Rafael Aésio de Oliveira Zaltron Especialista em Engenharia Civil (UFOP) - Orientador BANCA EXAMINADORA

Prof. Jeancarlo Ribas Mestre em Engenharia Civil (UFSM)

(4)

Deus amado, obrigado pela força e coragem durante toda a caminhada.

(5)

A Deus, que sempre estará em primeiro lugar na minha vida. Iluminou meu caminho e me ouviu nos momentos mais difíceis, me dando conforto e forças para alcançar mais este objetivo.

A minha família pelo apoio, incentivo, persistência e confiança que sempre tiveram comigo durante esses anos. Pelo amor e companheirismo nas horas difíceis e também por compartilharem as alegrias durante estes anos de estudo e dedicação.

A minha noiva e futura esposa Luciane, pelo o amor e respeito nos momentos que mais precisei, sempre apoiando em minhas decisões. A compreensão nas ausências devido a dedicação nos estudos foi inevitável em nossas vidas. Hoje posso compartilhar essa alegria ao teu lado.

Ao meu orientador professor Rafael Zaltron, por todo conhecimento e experiência transmitidos ao longo de meses, sempre confiando e incentivando o aprimoramento técnico e a abrangência do trabalho. Obrigado pela paciência, auxílio e por ser esse excelente profissional mostrando com grande dedicação o verdadeiro papel do educador.

A todos os professores e funcionários do Curso de Engenharia Civil, que com apoio e orientação guiaram-me ao longo da graduação.

Agradeço a empresa Metalmeth Equipamentos LTDA pela compreensão nos momentos importantes da faculdade. Por valorizar o funcionário, incentivar a seguir em frente e nunca desistir. Através da prática vivida no departamento de engenharia da empresa obtive referências técnicas importantes e fundamentais para a escolha e o desenvolvimento desta dissertação.

A Construtora Sical LTDA, na pessoa do meu amigo Lucas Ketzer. Agradeço pelo apoio na realização do meu estágio supervisionado. Ao Engenheiro da empresa Claudio Mattos, pelo tempo dedicado em me atender no seu escritório, pela disponibilidade de material, correções e pelos conselhos. Cada momento na qual estive na empresa foi importante, analisando os requisitos importantes vividos em um escritório de engenharia.

Estendo meus agradecimentos a todos que, de alguma forma, acreditaram e torceram para alcançar esse objetivo pessoal, seja através de gestos, palavras ou em orações. Isso certamente colaborou para que pudesse completar mais esta etapa da minha vida, obrigado.

(6)

Suba o primeiro degrau com fé. Não é necessário que você veja toda a escada. Apenas de o primeiro passo.

(7)

SILVA, H.W.A. Dimensionamento de cabos de estaiamento para elevadores agrícolas. 2016. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2016.

Os elevadores agrícolas estaiados são utilizados em unidades armazenadoras de cereais, atualmente são foco de estudos na área da engenharia estrutural, tendo como principal desafio à avaliação das ações que sobre eles atuam, assim como o dimensionamento e estabilidade dos elementos que os compõe. Tal análise permite comprovar que essas estruturas altas, leves e esbeltas são suscetíveis a ações horizontais, que podem levar a um comprometimento de e interdição das mesmas.

Dentre as ações horizontais o vento é a mais importante, oque deve ser levado em conta quando realizada os cálculos de estaiamento da estrutura dependendo de fatores estabelecidos em Normas Técnicas Vigentes. Nesse sentido, admitindo tais considerações e necessidades, desenvolveu-se um trabalho com modelos estruturais de diferentes disposições geométricas para o estaiamento de um elevador agrícola a fim de obter qual tipologia apresenta melhor desempenho em parâmetros associados aos deslocamentos horizontais e força atuante no cabos do estaiamento. Os procedimentos adotados para a determinação da pressão do vento sobre a estrutura seguem a metodologia apresentada na norma NBR 6123/1988, analisando o comportamento da estrutura em relação ao vento e ao estaiamento para um elevador agrícola com 35 metros de altura Após os estudos verificou-se os resultados obtidos aplicando critérios para definição final do projeto.

(8)

SILVA, H.W.A. Dimensionamento de cabos de estaiamento para elevadores agrícolas. 2016. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2016.

The guyed agricultural lifts are used in storage units of cereals currently they are the focus of studies in structural engineering, the main challenge to the evaluation of the actions that they act on, as well as the design and stability of the elements that compose them. This analysis allows us to prove that these high, lightweight and slender structures are susceptible to horizontal actions, which may lead to a compromise and ban them.

Among the horizontal actions the wind is the most important out, what must be taken into account when held the rigging calculations of the structure depending on factors set forth in Technical Standards. In this sense, admitting such considerations and needs, developed a work with structural models of different geometric arrangements for the rigging of an agricultural elevator in order to get that type shows better performance parameters associated with horizontal displacements and active force in the rigging cables. The procedures adopted for determining the wind pressure on the structure follow the methodology presented in NBR 6123/1988, analyzing the behavior of the structure in relation to wind and guying for an agricultural elevator with 35 meters after the study was verified the results obtained by applying criteria for final definition of the project.

(9)

Figura 1: Pé ... 13

Figura 2: Cabeça ... 13

Figura 3: Calha ... 14

Figura 4: Caçamba ... 14

Figura 5: Representação das caçambas no elevador ... 15

Figura 6: Plataforma ... 15

Figura 7: Guarda-corpo ... 16

Figura 8: Travamento no poço... 16

Figura 9: Terminação de cabo ... 17

Figura 10: Fixação na calha ... 17

Figura 11: Furação na cantoneira do elevador... 18

Figura 12: Esticador para tensionamento ... 18

Figura 13: Modelos de distribuição de cabos ... 19

Figura 14: Modelo típico para estaiamento ... 20

Figura 15: Nível próximo ao solo ... 20

Figura 16: Distância do ponto de ancoragem ... 21

Figura 17: Mapa das Isopletas ... 24

Figura 18: Seção da coluna ... 28

Figura 19: Modelo autoportante 1 ... 29

Figura 22: Disposição dos cabos ... 31

Figura 23: Reação no bloco de ancoragem ... 35

Figura 24: Forças e reações ... 36

Figura 25: Aplicação da pressão do vento ... 37

Figura 26: Modelo de cabo ... 39

Figura 27: Deslocamento da estrutura ... 42

Figura 28: Caso 01 - A ... 43

(10)

Figura 32: Caso 02 - B ... 45

Figura 33: Caso 02 - C ... 46

Figura 34: Caso 03 - A ... 46

Figura 35: Caso 03 - B ... 47

Figura 36: Caso 03 - C ... 47

Figura 37: Comparação dos resultados avaliação 01... 49

Figura 40: Elevador estaiado em quatro pontos de ancoragem ... 52

Figura 41: Perspectiva Isométrica ... 52

(11)

Tabela 1: Fatores de segurança ... 22

Tabela 2: Parâmetros meteorológicos (𝑺𝟏) ... 25

Tabela 3: Parâmetros meteorológicos (𝑺𝟐) ... 26

Tabela 4: Valores fator estático (𝑺𝟑) ... 27

Tabela 5: Peso próprio ... 31

Tabela 6: Peso em manutenção ... 32

Tabela 7: Peso em serviço ... 32

Tabela 8: Parâmetros de vento... 33

Tabela 9: Modelos avaliados ... 33

Tabela 10: Determinação de coeficientes ... 34

Tabela 11: Fator de multiplicação ... 39

Tabela 12: Determinação da carga de ruptura ... 40

Tabela 13: Determinação de fatores de acordo com a NBR 6123... 42

Tabela 14: Reações no bloco de ancoragem ... 48

Tabela 15: Resultados avaliação 01... 49

Tabela 18: Caso 01 - A ... 54 Tabela 19: Caso 01 - B ... 54 Tabela 20: Caso 01 - C ... 55 Tabela 21: Caso 02 - A ... 55 Tabela 22: Caso 02 - B ... 56 Tabela 23: Caso 02 - C ... 56 Tabela 24: Caso 03 - A ... 57 Tabela 25: Caso 03 - B ... 57 Tabela 26: Caso 03 - C ... 58

Tabela 27: Itens fixação cabos A1/B1/C1/D1 ... 58

Tabela 28: Itens fixação cabos A2/B2/C2/D2 ... 59

(12)

(13)

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas A Área

Ae Área do elevador exposto ao vento por metro de elevador

A_n Área da superfície em contato com o vento AF Alma de fibra

CF Coeficiente de Força CRM Carga de Ruptura Mínima CT Carga de Trabalho

d Diâmetro nominal

d_n Distância do elevador até o ponte de ancoragem EA Elevador Agrícola

F Força

Fm Fator de multiplicação

Fn Força concentrada

F_s Fator de segurança

h_n Área da superfície em contato com o vento m/s Metros por segundo

Nn Altura do nível estaiado em relação a face superior do ponte de ancoragem

NBR Norma Brasileira Regulamentadora Q Carga

(14)

1

S₂ Fator de rugosidade S3 Fator estático

T_n Tensão

t/h Tonelada por hora

V_k Velocidade característica Vo Velocidade básica do vento

(15)

1.1 CONTEXTO ... 10 1.2 PROBLEMA ... 10 1.2.1 Objetivos de Pesquisa ... 10 1.2.2 Delimitação ... 11 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 12 2.1 ELEVADORES AGRÍCOLAS ... 12

2.1.1 Características dos elevadores estaiados ... 12

2.1.1.1 Corpo do elevador ... 12

2.1.1.2 Travamento no poço ... 16

2.2 MODELOS PARA ESTAIAMENTO ... 17

2.2.1 Especificação ... 17

2.2.2 Topologia para ancoragem ... 19

2.2.3 Locação dos pontos de ancoragem ... 20

2.2.4 Cabos de estaiamento ... 21

2.3 AÇÕES EM ESTRUTURAS ... 22

2.3.1 Cargas Permanentes ... 22

2.3.2 Cargas Variáveis ... 23

2.3.3 Vento ... 23

2.3.3.1 Ações devidas ao vento conforme NBR 6123 ... 24

2.3.3.2 Velocidade característica de projeto ... 25

2.3.3.3 Fator S1 ... 25 2.3.3.4 Fator S2 ... 25 2.3.3.5 Fator S3 ... 26 2.3.3.6 Pressão dinâmica ... 27 3 METODOLOGIA ... 28 3.1 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA ... 28 3.2 ESTRATÉGIA DE PESQUISA ... 28 3.3 MODELO ESTRUTURAL ... 28 3.3.1 Modelo autoportante 1 ... 29 3.3.2 Modelo autoportante 2 ... 29

(16)

3.3.6 Peso da estrutura em serviço ... 32

3.3.7 Ações do vento ... 33

3.4 MODELOS E HIPÓTESES DE CARREGAMENTO ... 33

3.5 ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO ... 34

3.5.1 Determinação dos esforços ... 34

3.5.2 Força concentrada ... 34

3.5.3 Reação de apoio ... 35

3.5.4 Dimensionamento de cabos de estaiamento ... 38

4 RESULTADOS ... 41 4.1 AÇÕES PERMANENTES ... 41 4.2 AÇÕES VARIÁVEIS ... 41 4.3 VENTO ... 41 4.4 AÇÕES COMBINADAS ... 43 4.5 AVALIAÇÃO DE MODELOS ... 43 4.5.1 Avaliação 01 ... 43 4.5.2 Avaliação 02 ... 45 4.5.3 Avaliação 03 ... 46

4.6 VERIFICAÇÃO DOS CABOS ... 48

4.7 TOPOLOGIA DE ESTAIAMENTO ... 52 4.8 FATOR DE SEGURANÇA ... 53 4.8.1 Resultados Avaliação 01 ... 54 4.8.2 Resultados Avaliação 02 ... 55 4.8.3 Resultados Avaliação 03 ... 57 4.8.4 Itens complementares ... 58 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 60 5.1 CONCLUSÕES ... 60

5.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 61

(17)

1 INTRODUÇÃO

O presente trabalho objetiva conhecer o comportamento dos elevadores agrícolas estaiados submetidos principalmente a ação do vento. Para tanto, utiliza-se o software FTOOL para análise do comportamento estrutural do elevador, além de tabelas dos fabricantes e bibliografias relacionadas ao tema, a fim de auxiliar nos procedimentos de cálculos, verificações e análise de resultados.

Os elevadores agrícolas são estruturas que se caracterizam pelo seu baixo peso próprio, elevada esbeltes e flexibilidade. Essas características as tornam suscetíveis à ação do vento. Sua altura é determinada de acordo com o fluxograma proposto na unidade armazenadora de grãos.

A pressão do vento diretamente sob a estrutura analisada é um estudo imprescindível na fase inicial do projeto de estaiamento. Com essas verificações iniciais é possível que se estabeleça a segurança estipulada pela NBR 6123.

Além das ações produzidas pelo vento, existem outros carregamentos que em condições de trabalho da estrutura em serviço devem ser levados em consideração para obter uma resposta mais coerente do sistema a ser analisado.

A posição vertical e estabilidade dos elevadores são garantidas por meio de no mínimo três cabos de estaiamento oblíquos fixados nas manilhas dos perfis da estrutura, sendo em um ou vários níveis, e, ancorados em bases de concreto (pontos de ancoragem).

Os cálculos de estaiamentos variam de acordo com o comprimento e espessuras dos cabos, ângulos, níveis dos pontos de ancoragem, altura do elevador, entre outros fatores a qual se pretende analisar na presente dissertação definindo-se então a continuação dos objetivos deste trabalho.

(18)

1.1 CONTEXTO

Ao longo da vida profissional, o engenheiro civil se depara com desafios em diversas áreas de sua atuação. As áreas de estruturas estaiadas difere das outras principalmente no que pode-se referir aos elevadores agrícolas, visto que, existem dificuldades na concepção, cálculo, projeto, instalação e reforços desses elementos estruturais, além de um número muito reduzido de publicações nacionais sobre o assunto, principalmente na avaliação da sua resposta dinâmica. 1.2 PROBLEMA

A pesquisa classifica-se como uma análise de resultados, obtidas através de estudos e aplicações.

Para a realização da análise de pressão do vento foram utilizadas as prescrições da norma NBR 6123/1988 nas tensões, esforços nos estais e deslocamentos resultantes na estrutura.

As bibliografias analisadas objetivam-se no estudo de modelos estruturais estaiados em vários níveis, investigando o comportamento de parâmetros de projeto na resposta do sistema estrutural. Definem que, o vento é considerado através de uma série de fenômenos meteorológicos, somados com o tensionamento produzido pelos estais geram um fator indispensável para o cálculo e análises dentro da legislação vigente.

Avaliando os níveis da estrutura e os temas abordados é possível analisar com clareza a variabilidade dos resultados específicos para cada elemento, e ainda, a necessidade de sempre verificar determinadas informações e modelos que trabalhem sobre a hipóteses de trabalho diferente.

1.2.1 Objetivos de Pesquisa Objetivo geral

O objetivo geral deste trabalho é o dimensionamento de cabos de estaiamento para um modelo de elevador agrícola, obtendo as respostas teóricas e experimentais da ação do vento sobre o equipamento a partir de parâmetros estipulados na norma NBR 6123/1988.

(19)

Objetivos específicos

A pesquisa consolida-se em três distintas intenções básicas. A primeira delas é contribuir para o aperfeiçoamento técnico envolvendo elevadores estaiados. A segunda diz respeito ao levantamento de dados como referências destinadas a projetistas e calculistas. E por fim, a terceira refere-se a encorajar pesquisas que propiciem uma nova adequação referente a estaiamento de estruturas agrícolas às exigências de mercado.

Em linhas gerais, o trabalho objetiva-se em apresentar e avaliar o comportamento do efeito de pressão do vento sobre a estrutura e obter os dimensionamentos de cabos. Será proposto um elevador com seção transversal de 35 metros de altura, variando a altura e locação dos blocos de ancoragem. Cada modelo avaliado será composto de um poço com 5,0 metros de profundidade.

Para a análise estrutural será considerado apenas a altura acima do nível do solo. Portanto, a avaliação baseia-se a partir de níveis submetidos a ação do vento.

1.2.2 Delimitação

Esta pesquisa limita-se em avaliar os estaiamentos de elevador agrícola, sendo este um modelo plano, representado por estrutura reticulada com cabos, considerando os esforços de tração.

(20)

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 ELEVADORES AGRÍCOLAS

2.1.1 Características dos elevadores estaiados

O elevador agrícola constitui de corpo metálico esbelto, o qual é suportado por cabos de estaiamento pré-tensionados fixos ao longo de sua extensão. Os cabos são ancorados em blocos de concreto distribuídos ao redor da estrutura.

A distância do ponto de ancoragem mais afastado é determinada pelo ângulo entre o cabo do primeiro nível e a face superior do bloco de concreto. Os demais pontos de estaiamento são distribuídos em intervalos equidistantes a partir da extensão encontrada.

2.1.1.1 Corpo do elevador

Utilizados para o transporte vertical de grãos com peso específico até 0,75 t/m³, os elevadores agrícolas são projetados com capacidade de até 300 t/h e altura total máxima de utilização de até 50m.

Os elevadores são constituídos a partir de chapas de aço galvanizado com espessura de até 3mm, de acordo com a necessidade em cada obra.

São compostos de: pé, calhas com degraus, cabeça, acionamento, plataforma para manutenção, caçambas e guarda-corpo.

Para uma perfeita vedação entre cada um dos elementos que compõe o elevador são utilizados massa de calafetar em todas as uniões externas.

O pé do elevador possui painéis verticais de união e dobras horizontais para receber o flange da calha, representado na figura 1.

(21)

Figura 1: Pé

Fonte: Metalmeth Equipamentos

A cabeça do elevador é uma construção em chapas de aço galvanizado parafusadas entre si. Para a sustentação do acionamento, a cabeça do elevador dispõe de uma base constituída em chapas grossas de aço, reforçada com perfis soldados e galvanizados fixada ao corpo da cabeça, conforme figura 2.

Figura 2: Cabeça

Bica de entrada

(22)

A calha possui estrutura modular e autoportante que facilita a montagem. Possui degraus tipo “marinheiro” antiderrapantes representados na figura 3, afim de facilitar o acesso a cabeça do elevador e para eventuais manutenções.

Figura 3: Calha

Fonte: Metalmeth Equipamento

As caçambas são projetadas para o máximo aproveitamento volumétrico. Podem ser de vários tipos de materiais. Para a análise de cálculo será utilizado modelos caçambas plásticas, de acordo com o modelo da figura 4.

Figura 4: Caçamba

(23)

De acordo com a figura 5, toda a estrutura é envolvida pelas caçambas plásticas. São elas que determinam o carregamento do grão até o lançamento na canalização de abastecimento do equipamento seguinte, de acordo com o fluxograma.

Figura 5: Representação das caçambas no elevador

A plataforma é construída para ter acesso à cabeça do elevador e possíveis manutenções de acionamento e canalização. Possui guarda –corpo, rodapé e piso, conforme representado na figura 6. O acesso a plataforma é feito pela escada disposta nas calhas do elevador.

Figura 6: Plataforma

(24)

De acordo com a NBR 14718, guarda-corpo é um elemento construtivo de proteção. O elevador possui guarda-corpo com linha de vida a partir de dois metros de altura em relação ao nível do solo. A figura 7 representa o modelo de segurança.

Figura 7: Guarda-corpo

2.1.1.2 Travamento no poço

Toda estrutura dentro do poço não sofre pressão do vento. Porém, como a distância da superfície do poço de 5,0 metros de profundidade até o primeiro ponto de estaiamento é ±10 metros, será soldado ferro cantoneira 50,8 x 4,76mm ASTM-A36 amarrando o elevador no poço para melhor estabilidade, representado na figura 8.

Figura 8: Travamento no poço

(25)

2.2 MODELOS PARA ESTAIAMENTO 2.2.1 Especificação

Nos pontos de ancoragens e nas extremidades de esticadores, utilizam-se as “terminações de cabos”, com a finalidade de, transferir a tensão do cabo para o ponto de ancoragem.

O tipo de terminação imposta no trabalho será o laço feito com o próprio cabo ao redor do sapatilho e fixo com grampos (clips), conforme figura 9. Os grampos são peças feitas de aço, fixadas nas extremidades dos pontos de ancoragem e esticadores, evitando que o laço se abra.

Figura 9: Terminação de cabo

Fonte: Menin (2002)

Para a construção de análises das hipóteses de estaiamento possíveis de um elevador de agrícola realiza-se estudos referente a forma de aplicação.

Os cabos serão presos em manilhas forjadas fixadas nos perfis de união das calhas, conforme representado na figura 10.

Figura 10: Fixação na calha

Clips Sapatilha

(26)

A figura 11 apresenta os detalhe da furação para as manilhas, prevista na calha do elevador.

Figura 11: Furação na cantoneira do elevador

Os esticadores são acessórios utilizados no tensionamento dos cabos de aço e cordoalhas nos processos de fixação, amarração e movimentação de cargas. São ferramentas indispensáveis para a retirada de possíveis folgas ocasionadas ao longo do tempo.

Para tensionar os cabos nos pontos de ancoragem utilizam-se esticadores de aço fundido, representado na figura 12.

Figura 12: Esticador para tensionamento

(27)

2.2.2 Topologia para ancoragem

A disposição do bloco ou estacas de ancoragem em uma unidade armazenadora de grãos é determinada por diversos fatores. A mais importante delas é não interferir em algo existente ou alguma possível passagem de veículos. Os cabos de estaiamento devem ser analisados da mesma forma.

O ponto de amarração dos cabos podem ser ancorados em diversos equipamento, tais como, bases de silos, pilares, de concreto, estruturas metálicas, vigas ou pilares de armazéns, analisando o dimensionamento destas, e prever elementos de fixação adequados.

A distância do ponto de fundação mais afastado do elevador é determinado em função da altura da estrutura, através do ângulo dos cabos do primeiro nível e o plano horizontal da face superior da base.

A disposição dos cabos de estaiamento podem ser das mais variadas formas possíveis. Deve-se avaliar cada caso, em geral, verificar se é obra nova ou existente. Em muitos casos, a fixação é feita em pontos de ancoragem existentes, devendo apenas informar a força exercida dos cabos, e verificar se atende conforme solicitação.

Para o estaiamento de elevadores agrícolas, utilizam-se no mínimo três pontos de ancoragem. Conforme representado na figura 13, é possível analisar algumas topologias de distribuição.

Figura 13: Modelos de distribuição dos cabos

(28)

2.2.3 Locação dos pontos de ancoragem

A determinação dos níveis de estaiamentos estabilizam a estrutura como um todo. A figura 14 é uma representação de análises estabelecidas pelo fabricante, onde indicam que o espaçamento entre cada ponto de estaiamento deve ser no máximo a cada 6m.

Figura 14: Modelo típico para estaiamento

Para tanto, o nível de estaiamento mais próximo do solo deve ficar com altura aproximada de h ≤ a 10m, de acordo com a figura 15.

Figura 15: Nível próximo do solo

A1 A2 B1 B2 6m A1 A2 h ≤ 10m

(29)

O nível que contempla os cabos A1, B1, C1 e D1 em função do ângulo do cabo determinam a distância do ponto de ancoragem em relação ao elevador, conforme representado na figura 16.

Figura 16: Distância do ponto de ancoragem

Fonte: Autoria própria

2.2.4 Cabos de estaiamento

São elementos que suportam força de tração, deslocando-se nas posições horizontal, vertical ou inclinada.

Os resultados obtidos através das análises realizadas para elevadores estaiados revelaram a importância de se considerar as ações estáticas do vento para a determinação dos esforços normais no dimensionamento dos elementos estruturais de cabos quanto a sua deformação estrutural.

De acordo com CIMAF (2009) a deformação estrutural é permanente e começa logo que é aplicada uma carga ao cabo. É motivada pelo ajustamento dos arames nas pernas do cabo e pelo acomodamento das pernas em relação à alma do mesmo. A deformação estrutural ocorre nos primeiros dias ou semanas de serviço do cabo, dependendo da carga aplicada. Essa deformação

X

EL-35m

(30)

pode ser quase totalmente removida através do pré-esticamento. A operação de pré-esticamento é feita por um processo especial e com uma carga que deve ser maior do que a carga de trabalho do cabo, e inferior à carga correspondente ao limite elástico do mesmo.

O fabricante determina a inclusão de fatores de segurança (FS) mínimos, sendo essa a carga de trabalho máxima que o cabo está autorizado a sustentar. A relação é dada entre a carga de ruptura mínima (CRM) do cabo e a carga de trabalho (CT)

𝐹𝑆 = CRM 𝐶𝑇

A tabela 1 a seguir, recomenda alguns fatores de segurança mínimos para diversas aplicações.

Tabela 1: Fatores de Segurança

APLICAÇÕES FATOR DE SEGURANÇA

Cabos e cordoalhas estáticas 3 a 4 Cabo para tração no sentido horizontal 4 a 5 Guinchos, guindastes, escavadeiras 5

Pontes rolantes 6 a 8 Talhas elétricas 7 Guindaste estacionário 6 a 8 Laços 5 a 6 Elevadores de passageiros 8 a 12 Fonte: CIMAF(2009) 2.3 AÇÕES EM ESTRUTURAS 2.3.1 Cargas Permanentes

A NBR 6120/1980 define que a carga é constituída pelo peso próprio da estrutura e o peso de todos os elementos construtivos fixos e instalações permanentes. Como carga permanente neste estudo, serão consideradas apenas o peso próprio da estrutura e o pré-tensionamento dos estais.

(31)

Em uma unidade armazenadora de grãos, o modelo típico de elevador varia dependendo o fluxo e a capacidade em t/h que a unidade necessita e comporta.

2.3.2 Cargas Variáveis

São as que ocorrem com valores que apresentam variações significativas durante a vida útil do elevador.

Segundo a NBR 6120/1980 as ações variáveis comumente existentes são constituídas pelas cargas acidentais decorrentes do uso, sobrecarga, pressões, ação do vento e variações da temperatura da estrutura.

2.3.3 Vento

A ação do vento é um fator importante nos carregamentos estruturais pois apresentam características aleatórias, sendo fundamentalmente um carregamento dinâmico.

Segundo Blessmann (1989), o parâmetro meteorológico, representa a variação da pressão dinâmica devida ao vento com a altura em relação ao terreno.

Carvalho e Pinheiro (2009) identificam que, os ventos são deslocamentos de massas de ar decorrentes das diferenças de temperatura e, principalmente, pressão na atmosfera. Esses efeitos, em estruturas de grande altura ou em edificações em que a relação entre a altura e maior dimensão em planta é grande essas forças são muito importantes, podendo até a desencadear instabilidade na estrutura. Embora muitas estruturas tenham rigidez suficiente para que possam ser desprezados os efeitos de segunda ordem atuantes na estrutura, se houverem ações de vento significativas agindo sobre a estrutura esses efeitos necessitam ser levados em consideração no cálculo.

Bellei (2010) relata que a pressão dinâmica na estrutura depende essencialmente da velocidade do vento e dos fatores que a influenciam. Além disso, o fator topográfico, a rugosidade do terreno, dimensionamento da estrutura, altura sobre o terreno, e, o fator estático que considera o grau de segurança e a vida útil da estrutura, são fatores importantes para análise da pressão exercida pelo vento.

(32)

Marcelli (2007) observa que os ventos têm sido a causa de muitos sinistros no Brasil, principalmente em algumas regiões onde eles ocorrem com maior intensidade. Muitas estruturas não são projetadas ou construídas para resistir a ação do vento. Os sinistros nesses casos atingem mais as estruturas altas, localizadas em áreas com maior incidência de ventos fortes, em pontos onde a topografia favorece um aumento da velocidade do vento.

2.3.3.1 Ações devidas ao vento conforme NBR 6123

A NBR 6123/1988 fornece diretrizes para determinar forças estáticas equivales devidas ao vento. Objetiva-se em trazer um procedimento para o cálculo e seus efeitos em estruturas, a fim de, definir parâmetros meteorológicos como a velocidade do vento, rugosidade do terreno, topografia, e a determinação dos coeficientes de pressão.

A norma brasileira apresenta ainda, o gráfico das Isopletas da velocidade básica do vento "𝑉𝑜" em todo o território nacional, representado na figura 17. Analisa-se a localização onde será

instalada a estrutura, obtendo-se então, a velocidade básica do vento (m/s) ao qual será submetida.

Figura 17: Mapa das Isopletas

(33)

2.3.3.2 Velocidade característica de projeto

Brasil e Silva (2013) indicam que os fatores meteorológicos são determinados a partir da norma. Especificações da velocidade básica do vento juntamente com outros fatores específicos determinaram a velocidade característica.

A velocidade característica é determinada por: 𝑉𝑘= 𝑉𝑜 ⋅ 𝑆1⋅ 𝑆2⋅ 𝑆3

2.3.3.3 Fator S₁

Corresponde ao fator topográfico, levando em consideração o aumento da velocidade do vento na presença de morros e taludes, porém não é considerado a diminuição da turbulência com o aumento da velocidade do vento. A turbulência é importante para a determinação da resposta dinâmica de estruturas esbeltas. O fator topográfico 𝑺₁ é determinado pela norma NBR 6123/1988, conforme tabela 2.

Tabela 2: Parâmetros meteorológicos (𝑺_𝟏)

TOPOGRAFIA 𝑺𝟏

A Terreno plano ou francamente acidentado 1,0 B Encostas e cristais de morros em que ocorre aceleração do vento. 1,0

Vales com o efeito afunilamento

C Vales profundos, protegidos de vento em qualquer direção 0,9 Fonte: NBR 6123/1998.

2.3.3.4 Fator S₂

Depende da rugosidade do terreno, dimensionamento da estrutura e altura sobre o solo. Leva-se em consideração a velocidade do vento na atmosfera conforme altura da estrutura, suas dimensões e tipo do terreno. Ainda segundo a norma brasileira, separa-se a rugosidade do terreno em cinco categorias: categoria I – superfícies lisas de grandes dimensões; categoria II – terrenos abertos com poucos obstáculos; categoria III – terrenos planos ou ondulados com obstáculos; categoria IV – terrenos cobertos por obstáculos por obstáculos e pouco espaçados; categoria V – terrenos cobertos por obstáculos numerosos, grandes, altos e pouco espaçados.

(34)

O fator 𝑆₂ considera também a duração da rajada para que o vento envolva toda a estrutura. A norma brasileira fornece três tipos de estruturas: classe A – estruturas menores que 20 metros; classe B – estruturas entre 20 e 50 metros; e classe C – dimensões maiores que 50 metros. A variação ao longo da altura se deve à variação do fator 𝑆₂, obtida pela expressão:

𝑆2 = 𝑏 ⋅ 𝐹𝑟⋅ (𝑧/10)𝑝

Onde: 𝒃, 𝒑 e 𝑭_𝒓 são parâmetros meteorológicos obtidos na tabela 3. Tabela 3: Parâmetros meteorológicos (𝑺_𝟐)

CATEGORIA Zg (m) PARÂMETRO CLASSES

A B C I 250 B 1,10 1,11 1,12 P 0,06 0,065 0,07 II 300 B 1,00 1,00 1,00 Fr 1,00 0,98 0,95 P 0,85 0,09 0,10 III 350 B 0,94 0,94 0,93 P 0,10 0,105 0,115 IV 420 B 0,86 0,85 0,84 P 0,12 0,125 0,135 V 500 B 0,74 0,73 0,71 P 0,15 0,16 _0,175 Fonte: NBR 6123/1988.

Segundo Blessmann (1989), à medida que aumentam as dimensões da estrutura, aumenta o intervalo de tempo a usar no cálculo de velocidade e, consequentemente diminui a velocidade característica do vento, pela diminuição do fator 𝑆₂.

2.3.3.5 Fator S3

O fator S₃ é considerado o grau de segurança e a vida útil da estrutura. A tabela 4 referente da norma brasileira, apresenta os valores para diversas situações.

Dispondo da velocidade característica, a pressão dinâmica é calculada pela fórmula: 𝑞 = 0,613 ⋅ 𝑉_𝑘2

(35)

Tabela 4: Valores fator estático (𝑺_𝟑)

GRUPO DESCRIÇÃO 𝑺𝟑

1

Edificação cuja ruína total ou parcial pode afetar a segurança ou

1,10 possibilidade de socorro a pessoas após uma tempestade

destrutiva (hospitais, quartéis de bombeiros e forças de segurança. Centrais de comunicações, etc.

2 Edificação para hotéis e residências. Edificação para comércio e 1,00 indústria com alto fator de ocupação.

3 Edificação e instalações industriais com baixo fator de ocupação 0,95 (depósitos, silos, construções rurais, etc.)

4 Vedações (telhas, vidros, painéis de vedação, etc.) 0,88

5 Edificações temporárias. Estruturas dos grupos 1 a 3 durante a 0,88 construção

Fonte: NBR 6123/1988.

2.3.3.6 Pressão dinâmica

O carregamento da carga é determinado por expressões matemáticas, deduzidas por Blessmann (1989), obtidas através de estudos em estruturas altas que levam em consideração velocidades médias apresentadas pela norma.

Brasil e Silva (2013) admitem que o módulo e a orientação da velocidade instantânea do ar apresentam flutuações em torno da velocidade média, designadas por rajadas. Admite-se que a velocidade média mantém-se constante em um intervalo de tempo de dez minutos ou mais.

A resposta total, igual à superposição das respostas média e flutuante, podem ser calculadas segundo as disposições da NBR 6123 em seu capítulo 9.

A velocidade de projeto, "𝑉𝑝", corresponde à velocidade média sobre dez minutos a dez

metros de altura de acordo com determinação local onde a estrutura será constituída, multiplicada pelos fatores 𝑆1 𝑒 𝑆3 para obtenção da velocidade característica do vento.

𝑉𝑝 = 0,69 ⋅ 𝑉𝑜 ⋅ 𝑆1⋅ 𝑆3

Essa velocidade "𝑉_𝑝"dá origem a uma pressão dinâmica em N/m², dada por: 𝑞 = 0,613 ⋅ 𝑉_𝑝2

(36)

3 METODOLOGIA

3.1 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA

A pesquisa classifica-se como uma análise, realizada através de estudos e aplicações obtidas de materiais já existentes e publicados.

3.2 ESTRATÉGIA DE PESQUISA

O beneficiamento de grãos obteve impulso nos últimos anos no Brasil. Essa expansão demandou a instalação de uma quantidade considerável de equipamentos armazenadores, em especial elevadores agrícolas.

A dissertação em questão, analisa o dimensionamento de cabos de estaiamento para um elevador agrícola com 35 metros de altura. Para a realização das análises será utilizado o programa computacional FTOOL, com o objetivo de verificar parâmetros de projeto na resposta do sistema estrutural, verificação dos ângulos de inclinação ótimos e distribuição dos estais.

Após essas conclusões será possível resultar em uma análise geral dos fatores importantes que determinam o estaiamento de elevadores agrícolas.

3.3 MODELO ESTRUTURAL

A inércia do modelo avaliado é calculado através da análise da seção quadrada da coluna do elevador. Com dimensões de 268,2mm x 377,7mm e espessura de 3mm, representado na figura 18.

Figura 18: Seção da coluna

268,7mm

377,7mm 30mm

(37)

3.3.1 Modelo autoportante 1

O modelo autoportante 1 representado na figura 19 apresenta a estrutura, propriamente dita, sem estaiamento, verificando apenas a deformação advindas da pressão do vento referenciadas pela norma.

Figura 19: Modelo autoportante 1

O modelo autoportante 2, objetiva-se em distribuir os cabos nos pontos de ancoragem. Para a avaliação do comportamento estrutural nos cabos de estaiamento, incialmente aplicasse o travamento dos cabos em dois sentidos fixados nas extremidades das calhas do elevador agrícola. A representação é dada na figura 20.

(38)

A avaliação dos esforços axiais nos cabos de estaiamento obtidos da análise de modelo autoportante 2 são representados na figura 21.

(39)

Por limitações, a análise do comportamento de cabo não oferece resistência ou rigidez a compressão axial. Por essas razões, a figura 22 apresenta o modelo autoportante 3 como o método definitivo para a avaliação, sendo calculado apenas o lado submetido a tração.

Figura 22: Disposição dos cabos

3.3.4 Peso próprio da estrutura

A rigidez equivalente por unidade de comprimento de cada elemento lido do banco de dados, tais como, pé, calhas de 2 metros e cabeça do elevador é dividido em duas partes iguais, aplicada nos dois nós de extremidade na direção vertical, somados com o comprimento do mesmo, obtém-se o peso total do elemento, representado na tabela 5.

Tabela 5: Peso Próprio

PESO PRÓPRIO DO ELEVADOR

MATERIAL PESO (KN) Calha 2,0m 1,1

Cabeça 5,15 Fonte: Autoria Própria

(40)

3.3.5 Peso da estrutura em manutenção

Para a determinação do peso da estrutura em manutenção acrescenta-se ao peso próprio o carregamento da plataforma, motoredutor, caçamba sem produto e guarda-corpo. É feita a analise referente ao peso total do elevador sem produto devidamente instalado porém com o equipamento desligado (manutenção), sem vibração e sem o peso de grãos. A tabela 6 determina as cargas para essa análise.

Tabela 6: Peso em manutenção

PESO EM MANUTENÇÃO PESO PRÓPRIO + VENTO + EQUIPAMENTOS

MATERIAL PESO (KN) Plataforma 2,943

Motoredutor 2,943

Caçamba por metro sem produto 0,08

Guarda-corpo 0,11

Cabeça 5,15

Calha 2,0m 1,1

Fonte: Autoria Própria

3.3.6 Peso da estrutura em serviço

Para o peso da estrutura em serviço considera-se o acréscimo do produto (soja) e sobrecarga de utilização. Essa análise determina o peso do elevador com produto devidamente montado, com o equipamento ligado (serviço). Adiciona-se ainda a sobrecarga de utilização. Na tabela 7 a seguir estão representadas as cargas para essa avaliação.

Tabela 7: Peso em serviço

PESO EM SERVIÇO

PESO PRÓPRIO + VENTO + EQUIPAMENTO + UTILIZAÇÃO + SOBRECARGA UTILIZAÇÃO

MATERIAL PESO (KN) Plataforma 2,943

Motoredutor 2,943

Caçamba por metro com produto 0,341

Guarda-corpo 0,11

Cabeça 5,15

Calha 2,0m 1,095

Sobrecarga utilização (Plataforma) 2,5

Sobrecarga utilização (Calha) 1,5

(41)

3.3.7 Ações do vento

Conforme determinações impostas na tabela 8, para realização da análise, a velocidade básica do vento foi considerada igual a 45 m/s, o fator topográfico S1 igual a 1.0 que corresponde a um terreno plano ou levemente acidentado, e, o fator estatístico S3 igual a 0,95 relativo às edificações e instalações industriais com baixo fator de ocupação (depósito, silos, construções rurais, etc.)

Tabela 8: Parâmetros de vento Velocidade Básica do Vento 45 m/s

Fator topográfico (S1) 1.0 Fator estatístico (S3) 0.95 Categoria do terreno II

Fonte: NBR 6123

3.4 MODELOS E HIPÓTESES DE CARREGAMENTO

Os modelos e hipóteses de carregamento serão divididas em três linhas de avaliação, modificando a distância em relação a estrutura, fixadas em 12, 24, e 36 metros, além de, uma determinada altura do bloco dimensionadas com 4, 5 e 6 metros. O objetivo principal é avaliar o comportamento estrutural das tensões no cabo tracionado através do ângulo de inclinação, avaliar o deslocamento no ponto mais solicitado, e verificar a reação de apoios no bloco de concreto.

A tabela 9 apresenta as definições que serão verificadas para o estaiamento. Tabela 9: Modelos avaliados

Avaliação 01 Distância do elevador (m) Altura (m)

CASO 01 - A 12 4

CASO 01 - B 24 4

CASO 01 - C 36 4

CASO 02 - A 12 5

CASO 02 - B 24 5

CASO 02 - C 36 5

CASO 03 - A 12 6

CASO 03 - B 24 6

CASO 03 - C 36 6

(42)

3.5 ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO 3.5.1 Determinação dos esforços

A carga concentrada é uma idealização (modelo analítico) de uma distribuição de carga que atua em uma pequena superfície, quando comparada com as dimensões do elemento estrutural analisado

A fabricante fornece alguns fatores importantes para fins de cálculos referente a áreas do elevador. O valor é obtido através da avaliação do modelo escolhido para análise, conforme representado na tabela 10.

Tabela 10: Determinação de coeficientes

MODELO h (m) Ae (m²/m) A (m) EA.0 2,86 0,34 1,70 EA.1 3,07 0,38 2,20 EA.2 3,30 0,48 3,00 EA.3 3,37 0,56 3,50 Fonte: EIMAN 512 (2003) 3.5.2 Força concentrada

A determinação da força concentrada para o último nível (N4) do modelo de elevador avaliado onde estarão posicionados os cabos A1, B1, C1 e D1 é dada por:

𝐹_n = 𝑞 ⋅ 𝐶𝑓 ⋅ ℎ_n Sendo:

𝐹n : Força concentrada

q : Pressão dinâmica

Cf : Coeficiente de força = 1,5

ℎn : Área da superfície de contato com o vento

Para os demais níveis de estaiamento intermediários usa-se como base de modelo a tabela 8 a fórmula dada por:

(43)

𝐹n = 𝑞 ⋅ 𝐶𝑓 ⋅ 𝐴s

Sendo:

𝐴_s : Resultado de 𝐴_{e ⋅}𝐴_n

𝐴_e : Área do elevador exposto ao vento por metro de elevador (m²/m)

𝐴n : Área da superfície em contato com o vento entre os pontos de fixação dos cabos (m)

3.5.3 Reação de apoio

A reação de apoio no bloco de ancoragem é a resposta dos esforços advindos de estaiamento.

A figura 23 ilustra a representação das reações nos blocos de ancoragem (morto).

Figura 23: Reação no bloco de ancoragem

Após a determinação das cargas nodais, calcula-se a força exercida pelos elementos de cabo. No caso específico dos elementos de cabo, nos resultados obtidos de esforço axial caso ocorra a situação em que a deformação no elemento de cabo seja de compressão (e < 0), desconsiderasse a sua contribuição (e = 0).

(44)

A reação dos níveis estaiados na estrutura são responsáveis por assegurada imobilidade do elevador, evitando a tendência de alongamento do corpo que ocorre no sentido inverso ao apoio ou inércia resultante do sistema de forças.

A figura 24 representa a aplicação de forças e reações no elevador com 35 metros de comprimento.

Figura 24: Forças e reações

Para a determinação da reação no apoio do último nível (N4) usa-se a fórmula dada por: 𝑅𝑛 = 𝐹1 +

𝐹₂ 2

(45)

𝑅𝑛 = 𝐹n +

𝐹_(n+1) 2

A reação do nível do solo (N0) onde será colocado o travamento com cantoneiras, amarrando o elevador no poço, é dada por:

𝑅𝑛 =𝐹(n+1) 2

Ao se projetar uma estrutura estaiada é necessário que, nas condições de serviço, ela atingirá o objetivo para o qual foi dimensionada. Em relação a capacidade de carga, a tensão nos cabos é sempre mantida abaixo do limite de proporcionalidade, porque dessa maneira não haverá deformação permanente, caso as cargas sejam aplicadas e removidas em relação ao ponto de fixação.

A figura 25 apresenta o modelo representativo da força exercida nos cabos quanto a sua inclinação. Aplicados nos níveis de estaiamento fixados na calha do elevador de 35 metros de altura.

Figura 25: Aplicação da pressão do vento

A fórmula da tensão nos cabos é dada por:

𝑇𝑛 = 𝑅n sen 𝛼 Sendo:

𝑇𝑛 : Tensão nos cabos

VENTO

Q

(46)

𝑅_n∶ Reação no nível de estaiamento sen 𝛼 : arctg _𝑁ndn

dn : Distância do elevador até o ponto de ancoragem (M)

Nn : Altura do nível estaiado em relação a face superior do ponto de ancoragem (M) 3.5.4 Dimensionamento de cabos de estaiamento

Ao se projetar uma estrutura estaiada é necessário que, nas condições de serviço, ela atingirá o objetivo para o qual foi dimensionada. Em relação a capacidade de carga, a tensão nos cabos é sempre mantida abaixo do limite de proporcionalidade, porque dessa maneira não haverá deformação permanente, caso as cargas sejam aplicadas e removidas em relação ao ponto de fixação.

A tensão no cabo representa a grandeza física definida pela força atuante e a área definida pelo modelo de cabo. A fórmula da tensão é dada por:

𝑇𝑛 =𝐹 𝐴

De acordo com o fabricante de cabos (CIMAF), a área metálica de um cabo varia em função da construção do mesmo. Ela é constituída pela somatória das áreas das seções transversais dos arames individuais que o compõe. O cálculo da área metálica de um cabo de aço ou cordoalha pode ser feito através da formula abaixo.

.

𝐴 = 𝐹𝑚 ⋅ 𝑑² A = área metálica em milímetro

Fm = Fator de multiplicação

d²= diâmetro nominal do cabo em milímetro

(47)

Tabela 11: Fator de multiplicação

Construção do cabo de aço ou cordoalha Fator ''Fm''

8x19 Seale, 8x25 Filler 0,359

DELTA FILLER / MinePac 0,374

6x17 0,395

6x17 M 0,396

6x31 / 6x36 / 6x41 Warrington Seale, 6x41 Filler 0,410

6x19 Seale 0,416 6x25 Filler 0,418 18x7 Resistente à Rotação 0,426 Cordoalha 7 Fios 0,589 Cordoalha 37 Fios 0,595 Cordoalha 19 Fios 0,600 Fonte: CIMAF(2009)

A representação dada na figura 13 apresenta o modelo de cabo mais indicado para esse tipo de estaiamento, segundo determinações do fabricante.

O modelo denominado é o cabo de aço alma de fibra ou alma de aço, por serem cabos de aço galvanizado com alta resistência à tração. Entre os dois modelos, o que possui melhor flexibilidade é o mais indicado para esse tipo de estaiamento. Portanto, o cabo escolhido é o modelo alma de fibra, representado na figura 26.

Figura 26: Modelo do cabo

(48)

O diâmetro do cabo conforme recomendações do fabricante, é determinado a partir de verificações que atendam a carga de ruptura exercida. Para tanto, utiliza-se análises dos modelos cabos de aço, determinadas pelo fabricante na tabela 12.

Tabela 12: Determinação da carga de ruptura

Diâmetro Massa Aprox. (kg/m)

Carga de Ruptura (tf)

mm pol. IPS EIPS

3,2 1/8" 0,036 0,61 - 4,8 3/16" 0,082 1,37 - 6,4 1/4" 0,142 2,50 - 8,0 5/16" 0,230 3,90 4,30 9,5 3/8" 0,343 - 6,10 11,5 7/16" 0,479 - 8,30 13,0 1/2" 0,608 - 10,80 14,5 9/16" 0,775 - 13,60 16,0 5/8" 0,933 - 16,80 19,0 3/4" 1,298 - 24,00 22,0 7/8" 1,805 29,50 32,60 Fonte: CIMAF (2009)

Os modelos EIPS possui resistência à tração aproximada de 200-230 kg/mm². Os modelos IPS possui resistência à tração de 180-200 kg/mm².

(49)

4 RESULTADOS

4.1 AÇÕES PERMANENTES

A estrutura de um elevador agrícola constitui de corpo metálico esbelto, o qual é suportado por cabos de estaiamento pré-tensionados fixos ao longo de sua extensão.

As cargas utilizadas como elementos permanentes são obtidas através de modelos determinados pelo fabricante como peso próprio da estrutura. Como referência para a avaliação dessas cargas, foi analisado o modelo estrutural EA-2S com capacidade de 100 t/h. Sendo (EA) modelo Elevador Agrícola e (S) como modelo para sementes.

4.2 AÇÕES VARIÁVEIS

Diferentemente das ações permanentes, as ações variáveis foram determinadas através de hipóteses de variações significativas ao longo do tempo. Representados no capitulo 3 como sendo peso da estrutura em manutenção e em serviço.

4.3 VENTO

Primeiramente, os parâmetros utilizados são decorrentes de informações mencionadas no capítulo 2, estabelecendo o cálculo da carga distribuída (q) na superfície do elevador em contato com o vento.

Sabendo que, a força atuante nos cabos é o resultado da reação de apoio quando submetidos ao carregamento estático do vento, a tabela 13 apresenta inicialmente o resumo de alguns fatores importante com base na norma NBR 6123. Tais como, informação de nível, cotas, pontos de fixação dos cabos, velocidade característica (Vk) e pressão dinâmica (q).

(50)

Tabela 13: Determinação de fatores de acordo com a NBR 6123 PONTOS DE ANCORAGEM Fatores estabelecidos FIXAÇÃO DOS CABOS Velocidade característica PRESSÃO DINÂMICA NÍVEL COTA (m) S2 DeltaH (m) Vk (m/s) q (KN/m²) 0 0,00 0,000 0,00 0,00 _0,00 1 10,00 0,980 10,00 41,90 _1,08 2 16,00 1,022 6,00 43,71 _1,17 3 22,00 1,052 6,00 44,98 _1,24 4 28,00 1,075 6,00 45,96 _1,30

O colapso por uma estrutura mal estaiada tem como consequências a perda de operacionalidade do setor e prejuízo econômico considerável, além de ocasionar possíveis acidentes na unidade. Razões como estas estão sendo levadas na análise de projeto envolvendo situações de rompimento repentino de elemento de cabo.

Esta seção apresenta os resultados das análises realizadas para o elevador agrícola. Os resultados foram obtidos avaliando os deslocamentos do topo, reações de apoio e esforços axiais máximos. A representação do deslocamento da estrutura de 35 metros após a aplicação da carga de vento de acordo com os padrões estipulados, estão representados na figura 27.

Figura 27: Deslocamento da estrutura

(51)

Da figura 27 observa-se que o valor de deslocamento da carga nos nós de topo apresentam um valor alto de deslocamento quando a estrutura não está estaiada, isso torna o estaiamento imprescindível quanto a verificação de sua estabilidade.

4.4 AÇÕES COMBINADAS

Para a elaboração do projeto avaliado, as ações foram combinadas, levando em conta a probabilidade de ocorrência simultânea. A aplicação das ações foi feita de modo a obter as situações mais críticas para a estrutura, e assim fazer as devidas avaliações.

4.5 AVALIAÇÃO DE MODELOS

A análise dos resultados referente as hipóteses de carregamento foram avaliadas com base nos esforços axiais e deslocamentos gerados no FTOOL divididas em três avaliações.

4.5.1 Avaliação 01

A figura 28 apresenta o comportamento estrutural do elevador quando fixado ao bloco de concreto à 12 metros de distância e 4,0 metros de altura.

Figura 28: Caso 01 - A

(52)

Figura 29: Caso 01 - B

Figura 30: Caso 01 - C

Dx=0,08415m

(53)

Dx=0,146177m

(54)

Dx=0,075554

(55)

Dx=0,075861m

(56)

Observa-se que, à medida que o ponto de ancoragem se afasta do elevador, o deslocamento de topo (Dx) e a força axial no cabo diminuem devido a variação do ângulo de estaiamento.

Os resultados obtidos referente a deslocamento de topo determinam que, a distância do bloco mais próximo da estrutura (12 metros) é praticamente duas vezes o deslocamento do bloco mais afastado (36 metros).

4.6 VERIFICAÇÃO DOS CABOS

O modelo avaliado de cabo de aço conforme recomendações do fabricante. A partir dessa determinação, é analisado no FTOOL a força no cabo na reação de apoio do com base nos modelos de avaliação propostos.

A tabela 14 apresentam os resultados de reações de apoios nos blocos de ancoragem. Tabela 14: Reações no bloco de ancoragem

Avaliação 01 Reações apoio Rx (KN) Reações apoio Ry (KN)

CASO 01 - A 4,8 6,0 CASO 01 - B 4,8 3,0 CASO 01 - C 4,7 2,0

Avaliação 02 Reações apoio Reações apoio

CASO 02 - A 4,8 5,6

CASO 02 - B 4,8 2,8 CASO 02 - C 4,7 1,9

Avaliação 03 Reações apoio Reações apoio

CASO 03 - A 4,8 5,2

CASO 03 - B 4,8 2,6 CASO 03 - C 4,7 1,8

Observa-se que, as reações de apoio em x praticamente não sofrem variações quando submetida a modelos topográficos e níveis diferentes. Porém, nas reações de apoio em y percebe-se que a tração no cabo aumenta à medida que o bloco percebe-se aproxima da estrutura do elevador. Isso acontece devido ao ângulo inclinação aumentar a sua área tracionada.

Os resultados das reações de apoio no elevador agrícola podem ser analisados conforme tabela a seguir. Aplicados as cargas de acordo com referências supracitadas obtidas do fabricante.

(57)

Tabela 15: Resultados Avaliação 01 AVALIAÇÃO 01 DIST. DO BLOCO (m) ALTURA DO BLOCO (m) ÂNGULO (°) FORÇA NO CABO (KN) FORÇA CONCENTRADA (KN) TENSÃO NO CABO (KN) CABO 1 12 4 63 2,5 9,11 20,00 2 12 4 56 2,3 7,88 14,09 3 12 4 45 1,7 7,39 10,46 4 12 4 27 1,2 6,99 7,85 CABO 1 24 4 45 1,7 9,11 12,88 2 24 4 37 1,6 7,88 9,87 3 24 4 27 1,3 7,39 8,29 4 24 4 14 1,1 6,99 7,21 CABO 1 36 4 34 1,5 9,11 10,99 2 36 4 27 1,4 7,88 8,84 3 36 4 18 1,2 7,39 7,76 4 36 4 9 1,1 6,99 7,08

Figura 37: Comparação dos resultados avaliação 01

Fonte: Autoria Própria 20 12,88 10,99 14,09 9,87 8,84 10,46 8,29 _7,76 7,85 _7,21 7,08 0 5 10 15 20 25

12 METROS 24 METROS 36 METROS

TE N SÃ O N OS CA BO S (KN )

DISTÂNCIA BLOCOS DE ANCORAGEM CABO 01 CABO 02 CABO 03 CABO 04

(58)

Tabela 16: Resultados Avaliação 02 AVALIAÇÃO 02 DIST. DO BLOCO (m) ALTURA DO BLOCO (m) ÂNGULO (°) FORÇA NO CABO (KN) FORÇA CONCENTRADA (KN) TENSÃO NO CABO (KN) CABO 1 12 5 62 2,5 9,11 19,41 2 12 5 55 2,2 7,88 13,74 3 12 5 43 1,7 7,39 10,10 4 12 5 23 1,2 6,99 7,60 CABO 1 24 5 44 1,7 9,11 12,66 2 24 5 35 1,5 7,88 9,62 3 24 5 25 1,3 7,39 8,14 4 24 5 12 1,1 6,99 7,17 CABO 1 36 5 33 1,5 9,11 10,86 2 36 5 25 1,4 7,88 8,69 3 36 5 17 1,2 7,39 7,72 4 36 5 8 1,1 6,99 7,06

Fonte: Autoria Própria 19,41 12,66 10,99 13,74 9,62 8,64 10,1 8,14 _7,72 7,6 _7,17 _7,06 0 5 10 15 20 25

(59)

Tabela 17: Resultados Avaliação 03 AVALIAÇÃO 03 DIST. DO BLOCO (m) ALTURA DO BLOCO (m) ÂNGULO (°) FORÇA NO CABO (KN) FORÇA CONCENTRADA (KN) TENSÃO NO CABO (KN) CABO 1 12 6 61 2,4 9,11 18,79 2 12 6 53 2,1 7,88 13,10 3 12 6 40 1,6 7,39 9,63 4 12 6 18 1,2 6,99 7,35 CABO 1 24 6 43 1,7 9,11 12,46 2 24 6 34 1,5 7,88 9,51 3 24 6 23 1,3 7,39 8,02 4 24 6 9 1,1 6,99 7,08 CABO 1 36 6 31 1,5 9,11 10,63 2 36 6 24 1,4 7,88 8,63 3 36 6 16 1,2 7,39 7,68 4 36 6 6 1,1 6,99 7,03

Fonte: Autoria Própria 18,79 12,46 10,63 13,1 9,51 8,63 9,63 8,02 _7,68 7,35 _7,08 _7,03 0 5 10 15 20 25

(60)

4.7 TOPOLOGIA DE ESTAIAMENTO

Para análise dessa dissertação, específico de estaiamento, ancorados em quatro pontos (M) distintos a 45 graus das extremidades do elevador. Essa distribuição está representado na figura 40.

Figura 40: Elevador estaiado em quatro pontos de ancoragem

Com base nos resultados obtidos em relação a verificações de cabos, é possível verificar que, a distância do bloco é o fator determinante na avaliação de tensão exercida pelo cabo de estaiamento.

A figura 41 abaixo, apresenta o modelo de estaiamento em perspectiva.

Figura 41: Perspectiva isométrica

M M

(61)

O modelo de distribuição dos cabos de aço quanto a sua nomenclatura e níveis pode ser analisada na figura 42 a seguir.

Figura 42: Nomenclatura e níveis de aplicação

4.8 FATOR DE SEGURANÇA

Carga de trabalho é a carga máxima que o cabo de aço está autorizado a sustentar. O fator de segurança (FS) é a relação entre a carga de ruptura mínima do cabo e a carga aplicada de tensão em tf.

Um fator de segurança adequado garante segurança da operação, durabilidade do cabo e consequentemente, economia.

A partir da carga atribuída em toneladas, é possível verificar se o fator de segurança está conforme estabelecido pelo fabricante. No caso de estaiamentos, a aplicação é dada por: carga para tração no sentido horizontal, FS mínimo = 4 a 5. As tabelas a seguir apresentam os

(62)

4.8.1 Resultados Avaliação 01

Tabela 18: Caso 01 - A

DADOS DOS CABOS DE ESTAIAMENTO DADOS DO PONTO DE ANCORAGEM

DESIGNAÇÃO DO CABO BITOLA ('') ÂNGULO (°) TENSÃO (KN) MORTO NÍVEL SOLO (cm) ALTURA (cm) DESCRIÇÃO DE ANCORAGEM A1 7/16 63 20,00 M1 0 400 Bloco de concreto B1 7/16 63 20,00 M2 0 400 Bloco de concreto C1 7/16 63 20,00 M3 0 400 Bloco de concreto D1 7/16 63 20,00 M4 0 400 Bloco de concreto A2 3/8 56 14,09 M1 0 400 Bloco de concreto B2 3/8 56 14,09 M2 0 400 Bloco de concreto C2 3/8 56 14,09 M3 0 400 Bloco de concreto D2 3/8 56 14,09 M4 0 400 Bloco de concreto A3 516 45 10,46 M1 0 400 Bloco de concreto B3 5/16 45 10,46 M2 0 400 Bloco de concreto C3 5/16 45 10,46 M3 0 400 Bloco de concreto D3 5/16 45 10,46 M4 0 400 Bloco de concreto A4 5/16 27 7,85 M1 0 400 Bloco de concreto B4 5/16 27 7,85 M2 0 400 Bloco de concreto C4 5/16 27 7,85 M3 0 400 Bloco de concreto D4 5/16 27 7,85 M4 0 400 Bloco de concreto

Tabela 19: Caso 01 - B

DESIGNAÇÃO DO CABO BITOLA ('') ÂNGULO (°) TENSÃO (KN) MORTO NÍVEL SOLO (cm) ALTURA (cm) DESCRIÇÃO DE ANCORAGEM A1 3/8 45 12,88 M1 0 400 Bloco de concreto B1 3/8 45 12,88 M2 0 400 Bloco de concreto C1 3/8 45 12,88 M3 0 400 Bloco de concreto D1 3/8 45 12,88 M4 0 400 Bloco de concreto A2 5/16 37 9,87 M1 0 400 Bloco de concreto B2 5/16 37 9,87 M2 0 400 Bloco de concreto C2 5/16 37 9,87 M3 0 400 Bloco de concreto D2 5/16 37 9,87 M4 0 400 Bloco de concreto A3 5/16 27 8,29 M1 0 400 Bloco de concreto B3 5/16 27 8,29 M2 0 400 Bloco de concreto C3 5/16 27 8,29 M3 0 400 Bloco de concreto D3 5/16 27 8,29 M4 0 400 Bloco de concreto A4 5/16 14 7,21 M1 0 400 Bloco de concreto B4 5/16 14 7,21 M2 0 400 Bloco de concreto C4 5/16 14 7,21 M3 0 400 Bloco de concreto D4 5/16 14 7,21 M4 0 400 Bloco de concreto

(63)

Tabela 20: Caso 01 - C

4.8.2 Resultados Avaliação 02

Tabela 21: Caso 02 - A