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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA da PARAÍBA CAMPUS CAJAZEIRAS BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL ANA CLARA LEITE COELHO FRANCISCO CÉLIO NOGUEIRA GOMES JÚNIOR HECHILEY CAMILA GONÇALVES RAMALHO ÍVINA THAYANNY MESQUITA DE ALMEIDA LÍDIA REBEKA TEIXEIRA LOIOLA TAYNARA VITORIA DE SOUSA SANTOS DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS LOCALIZADO NA CIDADE DO RIO BRANCOAC CAJAZEIRAS PB 2022 ANA CLARA LEITE COELHO FRANCISCO CÉLIO NOGUEIRA GOMES JÚNIOR HECHILEY CAMILA GONÇALVES RAMALHO ÍVINA THAYANNY MESQUITA DE ALMEIDA LÍDIA REBEKA TEIXEIRA LOIOLA TAYNARA VITORIA DE SOUSA SANTOS DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS LOCALIZADO NA CIDADE DO RIO BRANCOAC Projeto apresentado à disciplina de Estruturas Metálicas do curso Bacharelado em Engenharia Civil do Instituto Federal de Ciência Educação e Tecnologia da Paraíba Campus Cajazeiras como requisito para a obtenção parcial da primeira nota da referida disciplina Professor orientador Leonardo Pereira CAJAZEIRAS PB 2022 1 INTRODUÇÃO A construção civil é de extrema importância para a sociedade brasileira e para o resto do mundo Embora esta esteja intimamente associada às construções de concreto e seus resultados é um dos mercados mais importantes da economia Além disso uma das áreas de atuação implica na construção de estruturas com o metal como material primário Essas estruturas metálicas também podem ser encontradas em nosso cotidiano e são fáceis de detectar Normalmente assumem a forma de treliças Figura 1 que podem ser vistas em pontes telhados e quadras de esportes por exemplo As estruturas metálicas apresentam benefícios na utilização em projetos de construção incluindo a capacidade de serem mais flexíveis no desenvolvimento de projetos arquitetônicos e a diminuição do tempo de execução podendo ser executadas em dias chuvosos por exemplo gerando impacto positivo em relação a redução do cronograma Outra característica notável é que em comparação com as estruturas de concreto são mais leves e suas fundações não sofrem tanto estresse Diante disso é fundamental enfatizar que uma sequência de etapas semelhantes a qualquer outro tipo de construção seja de concreto ou metálica deve ser seguida por uma série de cálculos e análises que garantam eficiência e segurança para a estrutura em questão De modo geral os galpões são formados a partir de um conjunto de instalações que abrangem uma ampla gama de setores econômicos com destaque para os setores industrial e logístico No Brasil é bastante utilizado principalmente em indústrias e fazendas Existem inúmeras maneiras de construir um galpão onde sua forma e materiais utilizados são determinados pela necessidade arquitetônica e pelo meio para o qual o galpão se destina Em face do exposto o galpão dimensionado neste projeto é criado com uma construção metálica devido às suas vantagens citadas e de acordo com as normas NBR 61231988 e NBR 88002008 Para realização dos cálculos foi seguido o plano de necessidade que solicita a construção de um galpão industrial na cidade do Rio Branco Capital do Acre Figura 1 Galpão com tesouras treliçadas Retirada do site wwwmbestruturasmetalicascombr 2 CARACTERÍSTICAS DO PROJETO O projeto estrutural abordado neste memorial é de um galpão industrial Figura 2 de um pavimento telhado duas águas com pilares em concreto armado tesouras treliçadas e telha de alumínio localizado na cidade do Rio BrancoAC Nele são abordados cálculos sobre as forças de ventos que atuam na estrutura e os cálculos das forças para segurança da estrutura O galpão apresenta dimensões a serem consideradas nos cálculos de acordo com a Tabela 1 Figura 2 Esquema ilustrativo do galpão Fonte Acervo do professor 2022 Tabela 1 Considerações para dimensionamento Dados Dimensão m Comprimento 225 Largura 12 Altura Máxima da coberta 49 Pé direito 35 Fonte Própria 2022 3 AÇÕES ATUANTES NA ESTRUTURA De acordo com a NBR 8800 ABNT 2008 Na análise estrutural deve ser considerada a influência de todas as ações que possam produzir efeitos significativos para a estrutura levandose em conta os estados limites últimos e de serviço As ações são classificadas em permanentes variáveis e excepcionais As Ações permanentes são as que ocorrem com valores praticamente constantes durante toda a vida útil da construção e estes carregamentos se formam devido ao peso próprio da estrutura e todos os elementos permanentes vinculados a essa estrutura 31 AÇÕES DE SOBRECARGAS De acordo com o Anexo B item B51 da NBR 8800 ABNT 2008 Nas coberturas comuns telhados na ausência de especificação mais rigorosa deve ser prevista uma sobrecarga característica mínima de 025 kNm2 em projeção horizontal Admitese que essa sobrecarga englobe as cargas decorrentes de instalações elétricas e hidráulicas de isolamentos térmico e acústico e de pequenas peças eventualmente fixadas na cobertura até um limite superior de 005 kNm2 Sendo assim as ações de sobrecarga resultam em Sobrecarga 25 𝑘𝑁𝑚² Área do telhadom² Sobrecarga 025𝑘𝑁𝑚² 45 49 𝑚² Sobrecarga 551 kN 32 FORÇAS DEVIDO AO VENTO Para as ações do vento que incidem no galpão temos que de acordo com o item 5 da NBR 61231988 considerouse as seguintes características 321 Velocidade básica V0 O telhado que será dimensionado está localizado na cidade do Rio BrancoAcre pela Isopleta dos ventos que são linhas que têm a mesma velocidade básica do vento ms semelhante a como as curvas de nível em um mapa topográfico representam regiões de mesma elevação altura e7m relação a uma referência que geralmente é o nível médio do mar De acordo com a figura abaixo percebemos que a cidade do projeto está localizada na região 1 Diante disso sua velocidade básica é de 30ms assimV0 30 ms Figura 3 Mapa das Isopletas Fonte ABNT 1988 322 Determinando o fator topográfico S1 Rio Branco é a capital do estado do Acre A cidade está localizada na região norte do país sendo geograficamente caracterizada por elementos naturais como o relevo plano mostrado nas imagens aéreas o clima equatorial e a vegetação amazônica Figura 4 Cidade de Rio Branco AC Fonte Google imagens 2022 Tendo como base as imagens acima e levando em conta ao aspecto do relevo ser plano para determinar o fator topográfico do galpão foi levado em conta que será construído em um terreno cuja sua região é considerada plana ou francamente acidentada logo S11 323 Determinando o fator relacionado à rugosidade do terreno S2 Rio Branco sendo a capital do estado do Acre possui uma população de aproximadamente de 419452 habitantes IBGE 2021 distribuídos em uma área de unidade territorial com cerca de 8835154 km² É considerada a maior cidade em população da região concentrando aproximadamente metade do volume populacional do estado A economia de Rio Branco é baseada nos setores primário e terciário com foco no extrativismo florestal e administração pública As Atividades ligadas à agricultura de subsistência piscicultura e silvicultura como 0a coleta de castanha e a extração de látex destacamse no setor primário Além disso na sua Zona Rural a atividade madeireira também é praticada Considerando que o galpão será construído na área industrial consideramos o terreno como categoria IV Terrenos cobertos por obstáculos numerosos e pouco espaçados em zona florestal industrial ou urbanizada Como o galpão em estudo é uma edificação que se encaixa em duas categorias devido a sua dimensão vertical não exceder 20 m consideramos o mesmo como Classe A tanto para 0 quanto para 90 já a sua dimensão horizontal está entre 20m e 50m assim calculamos o valor do coeficiente de Rugosidade do terreno dimensões da edificação e altura sobre o terreno para as duas classes escolhendo a pior situação para sua aplicação S2 b Fr z10p Os valores das variáveis da equação são obtidos a partir da Tabela 2 Tabela 2 Parâmetros meteorológicos Fonte ABNT 1988 Com base na tabela acima teremos que na Categoria IV Classe A para 0 Classe A para 90 E na Classe B para 0 Classe B para 90 Tabela 3 Variáveis relacionadas a rugosidade do terreno S2 Classe A Classe B b 086 b 085 p 012 p 0125 Fr 1 Fr 098 Fonte Própria 2022 Resolvendo a equação para obter o fator S2 utilizando os valores da Tabela 3 obtemos os seguintes valores para o fator de rugosidade S2 Para Classe A S2cz1 08613510 012 076 S2cz2 08614910 012 079 Para Classe B S2cz1 0850983510 0125 073 S2cz2 0850984910 0125 076 Assim teremos a Tabela 4 Tabela 4 Fator de rugosidade do terreno S2 Cota Z m S2 CLASSE A CLASSE B Z135 076 073 Z249 079 076 Fonte Própria 2022 Sabendo que a classe A representa o caso mais crítico portanto consideramos para fins de cálculo os valores de S2 076 e S2 079 Sendo estes o pior caso ou seja os casos desfavoráveis 323 Determinando o fator de ocupação da edificação S3 Conforme a tabela 5 o fator estático no caso estudado enquadrase no Grupo 3 na descrição de edificações e instalações com baixo fator de ocupação depósitos silos construções rurais etc resultando em um valor 095 Tabela 5 Valores mínimos do fator estatístico S3 Fonte ABNT 1988 Determinando a velocidade característica Vk e a pressão dinâmica q utilizando as equações abaixo VK V0 S1 S2 S3 𝑉𝑘1 z 35m 30 1 076 0952166 ms 𝑉𝑘2 z 49m 30 1 079 0952252 ms A pressão dinâmica ou de obstrução do vento em condições normais de pressão 1 Atm 101320MPa e temperatura a 150C é dada pela seguinte expressão 𝑞 0613 𝑉k2 Onde Vk é a velocidade característica Assim q z1 35 06132166 2 28759Nm² ou 0288 KNm² q z2 49 06132252 2 31088Nm² ou 0311 KNm² Consideraremos q z49 0311 kNm² com pressão dinâmica por ser esse o pior caso Tabela 6 Velocidade característica Vk e a pressão dinâmica q Z m S1 S2 S3 V0 VK ms Q kNm² 35 1 076 095 30 2166 0288 49 1 079 095 30 2255 0311 Fonte Própria 2022 4 Determinando os coeficientes de forma externa para o telhado de duas águas Conforme Figura 5 teremos a 450 cm b 140 cm c 1200 cm Figura 5 Fonte Própria 2022 Para calcular as açõe atuantes na estrutura primeiramente temos que encontrar o ângulo θ que corresponde a inclinação do telhado em θ tg114 122 1313º Como hb é dado por hb 4912 0411 E já conhecemos θ 1313º e ab 1875 poderemos observar na Figura 2 e as notas da NBR 61231988 e obter assim os valores de I e J onde para 90º segue EF 1075 GH 04 I 1075 J 04 E para 0º temos EG 08 FG 06 IJ 025 Ainda na norma citada a Figura 6 nos dá algumas informações que permite o cálculo de b3 123 4 a4 2254 563 2h 249 98 a b Com isso utilizaremos a Figura 6 Figura 6 Fonte ABNT 1988 Temos ainda que Y h 49 ou Y 015 b 015 12 18 Consideraremos assim as relações abaixo hb 4912 0411 θ 1313º ab 187 Com este valor podemos observar a tabela da NBR 6123 ABNT 1988 Figura 7 e realizar a interpolação dos valores como mostra Figura 8 Figura 7 Fonte ABNT 1988 Figura 8 Fonte Própria 2022 Logo teremos um Cpe coeficiente de pressão 1275 Sobre o dimensionamento das telhas temos um q2 0311 A distribuição da sobrecarga da estrutura será calculada por 025 45 1125 KNm Tendo os valores de q e o coeficiente de pressão médio o cálculo da força atuante no telhado se dará por F q Cpe médio 0311 1275 04 KNm² ou 40 kgfm² Vale ressaltar que os valores escolhidos são os considerados de pior caso para que não ocorra nenhuma interferência negativa na estrutura dimensionada 41 Coeficientes Externos Para calcular os coeficientes externos da parede primeiramente observamos a Tabela 4 Figura 9 da NBR 6123 ABNT 1988 Figura 9 Fonte ABNT 1988 Conforme a norma citada temos a Para ab entre 32 e 2 interpolar linearmente que corresponde a A1 e B 08 A2 e B2 0425 C 07 D 0325 A 07 B 0475 C1 e D1 0875 C2 e D2 0475 Temos ainda que b Para vento a 0º nas partes A3 e B3 o coeficiente de forma Ce tem os seguintes valores Para 1ab2 interpolar linearmente Então como nosso ab1875 obedece a esta condição e hb029 teremos também os valores de A3 e B3 0256 ABNT1988 Para calcular as distâncias de atuação das forças foi utilizada a informação da NBR 6123 referente à Figura 10 Figura 10 Fonte ABNT 1988 42 Coeficientes Internos Para este dimensionamento há duas faces opostas igualmente permeáveis e outras duas impermeáveis Nesse caso o vento perpendicular a uma face permeável é cpi 02 E o vento perpendicular a uma face impermeável será cpi 03 Figuras 11 e 12 Figura 11 Fonte Própria 2022 Figura 12 Fonte Própria 2022 Já nas quatro faces igualmente permeáveis temos cpi 03 ou cpi 0 devendo se considerar o valor mais nocivo Figura 13 Figura 13 Fonte Própria 2022 43 Combinações CeCi Quando a duas faces são opostas e igualmente permeáveis e as outras duas impermeáveis teremos os casos I Ce 0º Ci 02 e Ce 0º Ci 03 caso crítico Figura 14 Figura 14 Fonte Própria 2022 E também II Ce 90º Ci 02 e Ce 90º Ci 03 caso crítico Figura 15 Figura 15 Fonte Própria 2022 Já considerando b em que quatro faces igualmente permeáveis teremos primeiro que I Ce 0º Ci 03 e Ce 0º Ci 0 caso crítico Figura 16 Figura 16 Fonte Própria 2022 E também II Ce 90º Ci 03 e Ce 90º e Ci 0º caso crítico Figura 17 Figura 17 Fonte Própria 2022 Com os dados apresentados e usando as considerações apresentadas anteriormente o galpão se qualifica na opção b pois as entradas de ar nas duas laterais da edificação e os portões possibilitam que o vento circule no interior do galpão já que as entradas de ar são aberturas significativamente amplas que permitem a passagem do vento de forma semelhante ao porão Portanto as dimensões das aberturas possibilitam considerar que elas tenham uma permeabilidade similar aos portões em razão disso admitese adotar as quatro paredes permeáveis Então em b calculando o caso crítico de I a fórmula para obtenção de F é Ce Ci q a ficando em cada face face 1 F 08 0288 45 104 kNm² face 2 F 08 0311 45 112 kNm² face 3 F 112 kNm² face 4 F 104 kNm² E também II Ce 90º Ci 03 e Ce 90º Ci 0 caso crítico Onde no caso crítico de II F será face 1 F 07 0288 45 091 kNm² face 2 F 1075 0311 45 15 kNm² face 3 F 15 kNm² face 4 F 091 kNm² Em ambos os casos a face 2 foi escolhida como mais crítica 5 Segurança da Estrutura Na Tabela 9 da NBR 6120 ABNT 2019 para uma telha de alumínio com espessura 08 mm atribuise o valor de 0035 kNm² para o cálculo do peso na superfície inclinada De acordo com Tabela abaixo esse peso também inclui a superposição elementos de fixação e absorção de água Tabela 9 Peso de componentes construtivos Telhas Fonte ABNT 2019 Assim a carga na superfície inclinada considerando a área de influência correspondente a um dos pórticos será dada por 𝑁𝑡 0035 𝑘𝑁𝑚² Á𝑟𝑒𝑎𝑡𝑒𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜𝑚² 𝑁𝑡 0035 𝑘𝑁𝑚² espaçamento entre os porticos x altura totalm² 𝑁𝑡 0035 𝑘𝑁𝑚² 45 49 𝑚² 𝑁𝑡 077 kN Na Tabela 10 retirada da norma NBR 61202019 para um telhado com telhas de alumínio com até 08 mm de espessura e estrutura metálica de aço atribui um valor de 030 kNm² para o cálculo do peso na superfície horizontal Ainda de acordo com a Tabela esse peso também inclui a estrutura de suporte tesouras terças caibros e ripas Tabela 10 Peso de componentes construtivos Telhado Fonte ABNT 2019 Portanto a carga horizontal no telhado considerando a área de influência correspondente a um dos pórticos será dada por 𝑁𝑡𝑒𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜 03 𝑘𝑁𝑚² Á𝑟𝑒𝑎𝑡𝑒𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜 𝑁𝑡𝑒𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜 03 𝑘𝑁𝑚² 45 49𝑚² 𝑁𝑡𝑒𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜 662 𝑘𝑁 Desse modo o peso total da estrutura correspondente a um pórtico será dado por 𝑁𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑁𝑡 𝑁𝑡𝑒𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜 𝑁𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 077 𝑘𝑁 662 𝑘𝑁 𝑁𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 739 𝑘𝑁 𝑃𝑃 739 𝑘𝑁 Considerando os casos mais críticos para força de vento atuante temse as seguintes combinações 𝑚 𝑚 𝐹𝑑 𝛾𝑔𝑖𝐺𝑖 𝛾𝑞1𝑄1 𝛾𝑞𝑖𝑇0𝑄𝑗 𝑖 1 𝑗 1 Por questões de segurança para o cálculo das combinações desconsiderouse as cargas variáveis que atuam em sentido oposto à carga variável principal o vento Tabela 11 Valores dos coeficientes de ponderação das ações 𝛾𝑓 𝛾𝑓1𝛾𝑓2 Fonte ABNT 2008 6 Combinações Analisadas todas as condicionantes foram utilizados de acordo com as tabelas acima os seguintes valores Peso próprio da estrutura 125 utilizandose 100 em favor da segurança Ações variáveis Ação do vento 140 Fatores de combinação 1ª combinação VS como carga principal PP γ𝑔1 𝑉𝑆0 γ𝑞1 10 x 739 14x15 15 x 551X08 1190 𝑘𝑁 Na combinação em que o vento de sucção VS for dominante a carga permanente terá efeito favorável 2ª combinação Sobrecarga principal PP γ𝑔1 𝑉𝑆90 γ𝑞1 125x739 15x551 14x15x06 1624 𝑘𝑁 Onde PP é o Peso próprio γ𝑔1 é o Coeficiente de ponderação de ações permanentes γ𝑞1 Coeficiente de ponderação de ações variáveis 𝑉𝑆 Vento de Sucção REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 6120 Cargas para o cálculo de estruturas de edificações Rio de Janeiro 2019 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 8800 Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e de concreto de edifícios Rio de Janeiro 2008 BENZOR SOLUÇÕES EM ENGENHARIA E TECNOLOGIA 8 motivos para utilização de estruturas metálicas na construção civil Disponível emhttpsblogbenzorcombr8 motivosparautilizacaodeestruturasmetalicasnaconstrucaocivil Acesso em 27 de Maio de 2022 BRASIL IBGE Censo demográfico 2021 Disponível em httpscidadesibgegovbrbrasilacriobrancopanorama Acesso em 27 de Maio de 2022 BRASIL IBGE Censo demográfico Disponivel em httpscidadesibgegovbrbrasilacriobrancopanorama Acesso em 27 de Maio de 2022 GRUPO MB ESTRUTURAS METÁLICAS Cobertura metálica para galpão Disponível em https httpwwwmbestruturasmetalicascombr Acesso em 06 de Junho de 2022 MUNDO EDUCAÇÃO UOL RIO BRANCO Disponível em httpsmundoeducacaouolcombrgeografiariobrancohtm Acesso em 25 de Maio de 2022
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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA da PARAÍBA CAMPUS CAJAZEIRAS BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL ANA CLARA LEITE COELHO FRANCISCO CÉLIO NOGUEIRA GOMES JÚNIOR HECHILEY CAMILA GONÇALVES RAMALHO ÍVINA THAYANNY MESQUITA DE ALMEIDA LÍDIA REBEKA TEIXEIRA LOIOLA TAYNARA VITORIA DE SOUSA SANTOS DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS LOCALIZADO NA CIDADE DO RIO BRANCOAC CAJAZEIRAS PB 2022 ANA CLARA LEITE COELHO FRANCISCO CÉLIO NOGUEIRA GOMES JÚNIOR HECHILEY CAMILA GONÇALVES RAMALHO ÍVINA THAYANNY MESQUITA DE ALMEIDA LÍDIA REBEKA TEIXEIRA LOIOLA TAYNARA VITORIA DE SOUSA SANTOS DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS LOCALIZADO NA CIDADE DO RIO BRANCOAC Projeto apresentado à disciplina de Estruturas Metálicas do curso Bacharelado em Engenharia Civil do Instituto Federal de Ciência Educação e Tecnologia da Paraíba Campus Cajazeiras como requisito para a obtenção parcial da primeira nota da referida disciplina Professor orientador Leonardo Pereira CAJAZEIRAS PB 2022 1 INTRODUÇÃO A construção civil é de extrema importância para a sociedade brasileira e para o resto do mundo Embora esta esteja intimamente associada às construções de concreto e seus resultados é um dos mercados mais importantes da economia Além disso uma das áreas de atuação implica na construção de estruturas com o metal como material primário Essas estruturas metálicas também podem ser encontradas em nosso cotidiano e são fáceis de detectar Normalmente assumem a forma de treliças Figura 1 que podem ser vistas em pontes telhados e quadras de esportes por exemplo As estruturas metálicas apresentam benefícios na utilização em projetos de construção incluindo a capacidade de serem mais flexíveis no desenvolvimento de projetos arquitetônicos e a diminuição do tempo de execução podendo ser executadas em dias chuvosos por exemplo gerando impacto positivo em relação a redução do cronograma Outra característica notável é que em comparação com as estruturas de concreto são mais leves e suas fundações não sofrem tanto estresse Diante disso é fundamental enfatizar que uma sequência de etapas semelhantes a qualquer outro tipo de construção seja de concreto ou metálica deve ser seguida por uma série de cálculos e análises que garantam eficiência e segurança para a estrutura em questão De modo geral os galpões são formados a partir de um conjunto de instalações que abrangem uma ampla gama de setores econômicos com destaque para os setores industrial e logístico No Brasil é bastante utilizado principalmente em indústrias e fazendas Existem inúmeras maneiras de construir um galpão onde sua forma e materiais utilizados são determinados pela necessidade arquitetônica e pelo meio para o qual o galpão se destina Em face do exposto o galpão dimensionado neste projeto é criado com uma construção metálica devido às suas vantagens citadas e de acordo com as normas NBR 61231988 e NBR 88002008 Para realização dos cálculos foi seguido o plano de necessidade que solicita a construção de um galpão industrial na cidade do Rio Branco Capital do Acre Figura 1 Galpão com tesouras treliçadas Retirada do site wwwmbestruturasmetalicascombr 2 CARACTERÍSTICAS DO PROJETO O projeto estrutural abordado neste memorial é de um galpão industrial Figura 2 de um pavimento telhado duas águas com pilares em concreto armado tesouras treliçadas e telha de alumínio localizado na cidade do Rio BrancoAC Nele são abordados cálculos sobre as forças de ventos que atuam na estrutura e os cálculos das forças para segurança da estrutura O galpão apresenta dimensões a serem consideradas nos cálculos de acordo com a Tabela 1 Figura 2 Esquema ilustrativo do galpão Fonte Acervo do professor 2022 Tabela 1 Considerações para dimensionamento Dados Dimensão m Comprimento 225 Largura 12 Altura Máxima da coberta 49 Pé direito 35 Fonte Própria 2022 3 AÇÕES ATUANTES NA ESTRUTURA De acordo com a NBR 8800 ABNT 2008 Na análise estrutural deve ser considerada a influência de todas as ações que possam produzir efeitos significativos para a estrutura levandose em conta os estados limites últimos e de serviço As ações são classificadas em permanentes variáveis e excepcionais As Ações permanentes são as que ocorrem com valores praticamente constantes durante toda a vida útil da construção e estes carregamentos se formam devido ao peso próprio da estrutura e todos os elementos permanentes vinculados a essa estrutura 31 AÇÕES DE SOBRECARGAS De acordo com o Anexo B item B51 da NBR 8800 ABNT 2008 Nas coberturas comuns telhados na ausência de especificação mais rigorosa deve ser prevista uma sobrecarga característica mínima de 025 kNm2 em projeção horizontal Admitese que essa sobrecarga englobe as cargas decorrentes de instalações elétricas e hidráulicas de isolamentos térmico e acústico e de pequenas peças eventualmente fixadas na cobertura até um limite superior de 005 kNm2 Sendo assim as ações de sobrecarga resultam em Sobrecarga 25 𝑘𝑁𝑚² Área do telhadom² Sobrecarga 025𝑘𝑁𝑚² 45 49 𝑚² Sobrecarga 551 kN 32 FORÇAS DEVIDO AO VENTO Para as ações do vento que incidem no galpão temos que de acordo com o item 5 da NBR 61231988 considerouse as seguintes características 321 Velocidade básica V0 O telhado que será dimensionado está localizado na cidade do Rio BrancoAcre pela Isopleta dos ventos que são linhas que têm a mesma velocidade básica do vento ms semelhante a como as curvas de nível em um mapa topográfico representam regiões de mesma elevação altura e7m relação a uma referência que geralmente é o nível médio do mar De acordo com a figura abaixo percebemos que a cidade do projeto está localizada na região 1 Diante disso sua velocidade básica é de 30ms assimV0 30 ms Figura 3 Mapa das Isopletas Fonte ABNT 1988 322 Determinando o fator topográfico S1 Rio Branco é a capital do estado do Acre A cidade está localizada na região norte do país sendo geograficamente caracterizada por elementos naturais como o relevo plano mostrado nas imagens aéreas o clima equatorial e a vegetação amazônica Figura 4 Cidade de Rio Branco AC Fonte Google imagens 2022 Tendo como base as imagens acima e levando em conta ao aspecto do relevo ser plano para determinar o fator topográfico do galpão foi levado em conta que será construído em um terreno cuja sua região é considerada plana ou francamente acidentada logo S11 323 Determinando o fator relacionado à rugosidade do terreno S2 Rio Branco sendo a capital do estado do Acre possui uma população de aproximadamente de 419452 habitantes IBGE 2021 distribuídos em uma área de unidade territorial com cerca de 8835154 km² É considerada a maior cidade em população da região concentrando aproximadamente metade do volume populacional do estado A economia de Rio Branco é baseada nos setores primário e terciário com foco no extrativismo florestal e administração pública As Atividades ligadas à agricultura de subsistência piscicultura e silvicultura como 0a coleta de castanha e a extração de látex destacamse no setor primário Além disso na sua Zona Rural a atividade madeireira também é praticada Considerando que o galpão será construído na área industrial consideramos o terreno como categoria IV Terrenos cobertos por obstáculos numerosos e pouco espaçados em zona florestal industrial ou urbanizada Como o galpão em estudo é uma edificação que se encaixa em duas categorias devido a sua dimensão vertical não exceder 20 m consideramos o mesmo como Classe A tanto para 0 quanto para 90 já a sua dimensão horizontal está entre 20m e 50m assim calculamos o valor do coeficiente de Rugosidade do terreno dimensões da edificação e altura sobre o terreno para as duas classes escolhendo a pior situação para sua aplicação S2 b Fr z10p Os valores das variáveis da equação são obtidos a partir da Tabela 2 Tabela 2 Parâmetros meteorológicos Fonte ABNT 1988 Com base na tabela acima teremos que na Categoria IV Classe A para 0 Classe A para 90 E na Classe B para 0 Classe B para 90 Tabela 3 Variáveis relacionadas a rugosidade do terreno S2 Classe A Classe B b 086 b 085 p 012 p 0125 Fr 1 Fr 098 Fonte Própria 2022 Resolvendo a equação para obter o fator S2 utilizando os valores da Tabela 3 obtemos os seguintes valores para o fator de rugosidade S2 Para Classe A S2cz1 08613510 012 076 S2cz2 08614910 012 079 Para Classe B S2cz1 0850983510 0125 073 S2cz2 0850984910 0125 076 Assim teremos a Tabela 4 Tabela 4 Fator de rugosidade do terreno S2 Cota Z m S2 CLASSE A CLASSE B Z135 076 073 Z249 079 076 Fonte Própria 2022 Sabendo que a classe A representa o caso mais crítico portanto consideramos para fins de cálculo os valores de S2 076 e S2 079 Sendo estes o pior caso ou seja os casos desfavoráveis 323 Determinando o fator de ocupação da edificação S3 Conforme a tabela 5 o fator estático no caso estudado enquadrase no Grupo 3 na descrição de edificações e instalações com baixo fator de ocupação depósitos silos construções rurais etc resultando em um valor 095 Tabela 5 Valores mínimos do fator estatístico S3 Fonte ABNT 1988 Determinando a velocidade característica Vk e a pressão dinâmica q utilizando as equações abaixo VK V0 S1 S2 S3 𝑉𝑘1 z 35m 30 1 076 0952166 ms 𝑉𝑘2 z 49m 30 1 079 0952252 ms A pressão dinâmica ou de obstrução do vento em condições normais de pressão 1 Atm 101320MPa e temperatura a 150C é dada pela seguinte expressão 𝑞 0613 𝑉k2 Onde Vk é a velocidade característica Assim q z1 35 06132166 2 28759Nm² ou 0288 KNm² q z2 49 06132252 2 31088Nm² ou 0311 KNm² Consideraremos q z49 0311 kNm² com pressão dinâmica por ser esse o pior caso Tabela 6 Velocidade característica Vk e a pressão dinâmica q Z m S1 S2 S3 V0 VK ms Q kNm² 35 1 076 095 30 2166 0288 49 1 079 095 30 2255 0311 Fonte Própria 2022 4 Determinando os coeficientes de forma externa para o telhado de duas águas Conforme Figura 5 teremos a 450 cm b 140 cm c 1200 cm Figura 5 Fonte Própria 2022 Para calcular as açõe atuantes na estrutura primeiramente temos que encontrar o ângulo θ que corresponde a inclinação do telhado em θ tg114 122 1313º Como hb é dado por hb 4912 0411 E já conhecemos θ 1313º e ab 1875 poderemos observar na Figura 2 e as notas da NBR 61231988 e obter assim os valores de I e J onde para 90º segue EF 1075 GH 04 I 1075 J 04 E para 0º temos EG 08 FG 06 IJ 025 Ainda na norma citada a Figura 6 nos dá algumas informações que permite o cálculo de b3 123 4 a4 2254 563 2h 249 98 a b Com isso utilizaremos a Figura 6 Figura 6 Fonte ABNT 1988 Temos ainda que Y h 49 ou Y 015 b 015 12 18 Consideraremos assim as relações abaixo hb 4912 0411 θ 1313º ab 187 Com este valor podemos observar a tabela da NBR 6123 ABNT 1988 Figura 7 e realizar a interpolação dos valores como mostra Figura 8 Figura 7 Fonte ABNT 1988 Figura 8 Fonte Própria 2022 Logo teremos um Cpe coeficiente de pressão 1275 Sobre o dimensionamento das telhas temos um q2 0311 A distribuição da sobrecarga da estrutura será calculada por 025 45 1125 KNm Tendo os valores de q e o coeficiente de pressão médio o cálculo da força atuante no telhado se dará por F q Cpe médio 0311 1275 04 KNm² ou 40 kgfm² Vale ressaltar que os valores escolhidos são os considerados de pior caso para que não ocorra nenhuma interferência negativa na estrutura dimensionada 41 Coeficientes Externos Para calcular os coeficientes externos da parede primeiramente observamos a Tabela 4 Figura 9 da NBR 6123 ABNT 1988 Figura 9 Fonte ABNT 1988 Conforme a norma citada temos a Para ab entre 32 e 2 interpolar linearmente que corresponde a A1 e B 08 A2 e B2 0425 C 07 D 0325 A 07 B 0475 C1 e D1 0875 C2 e D2 0475 Temos ainda que b Para vento a 0º nas partes A3 e B3 o coeficiente de forma Ce tem os seguintes valores Para 1ab2 interpolar linearmente Então como nosso ab1875 obedece a esta condição e hb029 teremos também os valores de A3 e B3 0256 ABNT1988 Para calcular as distâncias de atuação das forças foi utilizada a informação da NBR 6123 referente à Figura 10 Figura 10 Fonte ABNT 1988 42 Coeficientes Internos Para este dimensionamento há duas faces opostas igualmente permeáveis e outras duas impermeáveis Nesse caso o vento perpendicular a uma face permeável é cpi 02 E o vento perpendicular a uma face impermeável será cpi 03 Figuras 11 e 12 Figura 11 Fonte Própria 2022 Figura 12 Fonte Própria 2022 Já nas quatro faces igualmente permeáveis temos cpi 03 ou cpi 0 devendo se considerar o valor mais nocivo Figura 13 Figura 13 Fonte Própria 2022 43 Combinações CeCi Quando a duas faces são opostas e igualmente permeáveis e as outras duas impermeáveis teremos os casos I Ce 0º Ci 02 e Ce 0º Ci 03 caso crítico Figura 14 Figura 14 Fonte Própria 2022 E também II Ce 90º Ci 02 e Ce 90º Ci 03 caso crítico Figura 15 Figura 15 Fonte Própria 2022 Já considerando b em que quatro faces igualmente permeáveis teremos primeiro que I Ce 0º Ci 03 e Ce 0º Ci 0 caso crítico Figura 16 Figura 16 Fonte Própria 2022 E também II Ce 90º Ci 03 e Ce 90º e Ci 0º caso crítico Figura 17 Figura 17 Fonte Própria 2022 Com os dados apresentados e usando as considerações apresentadas anteriormente o galpão se qualifica na opção b pois as entradas de ar nas duas laterais da edificação e os portões possibilitam que o vento circule no interior do galpão já que as entradas de ar são aberturas significativamente amplas que permitem a passagem do vento de forma semelhante ao porão Portanto as dimensões das aberturas possibilitam considerar que elas tenham uma permeabilidade similar aos portões em razão disso admitese adotar as quatro paredes permeáveis Então em b calculando o caso crítico de I a fórmula para obtenção de F é Ce Ci q a ficando em cada face face 1 F 08 0288 45 104 kNm² face 2 F 08 0311 45 112 kNm² face 3 F 112 kNm² face 4 F 104 kNm² E também II Ce 90º Ci 03 e Ce 90º Ci 0 caso crítico Onde no caso crítico de II F será face 1 F 07 0288 45 091 kNm² face 2 F 1075 0311 45 15 kNm² face 3 F 15 kNm² face 4 F 091 kNm² Em ambos os casos a face 2 foi escolhida como mais crítica 5 Segurança da Estrutura Na Tabela 9 da NBR 6120 ABNT 2019 para uma telha de alumínio com espessura 08 mm atribuise o valor de 0035 kNm² para o cálculo do peso na superfície inclinada De acordo com Tabela abaixo esse peso também inclui a superposição elementos de fixação e absorção de água Tabela 9 Peso de componentes construtivos Telhas Fonte ABNT 2019 Assim a carga na superfície inclinada considerando a área de influência correspondente a um dos pórticos será dada por 𝑁𝑡 0035 𝑘𝑁𝑚² Á𝑟𝑒𝑎𝑡𝑒𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜𝑚² 𝑁𝑡 0035 𝑘𝑁𝑚² espaçamento entre os porticos x altura totalm² 𝑁𝑡 0035 𝑘𝑁𝑚² 45 49 𝑚² 𝑁𝑡 077 kN Na Tabela 10 retirada da norma NBR 61202019 para um telhado com telhas de alumínio com até 08 mm de espessura e estrutura metálica de aço atribui um valor de 030 kNm² para o cálculo do peso na superfície horizontal Ainda de acordo com a Tabela esse peso também inclui a estrutura de suporte tesouras terças caibros e ripas Tabela 10 Peso de componentes construtivos Telhado Fonte ABNT 2019 Portanto a carga horizontal no telhado considerando a área de influência correspondente a um dos pórticos será dada por 𝑁𝑡𝑒𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜 03 𝑘𝑁𝑚² Á𝑟𝑒𝑎𝑡𝑒𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜 𝑁𝑡𝑒𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜 03 𝑘𝑁𝑚² 45 49𝑚² 𝑁𝑡𝑒𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜 662 𝑘𝑁 Desse modo o peso total da estrutura correspondente a um pórtico será dado por 𝑁𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑁𝑡 𝑁𝑡𝑒𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜 𝑁𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 077 𝑘𝑁 662 𝑘𝑁 𝑁𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 739 𝑘𝑁 𝑃𝑃 739 𝑘𝑁 Considerando os casos mais críticos para força de vento atuante temse as seguintes combinações 𝑚 𝑚 𝐹𝑑 𝛾𝑔𝑖𝐺𝑖 𝛾𝑞1𝑄1 𝛾𝑞𝑖𝑇0𝑄𝑗 𝑖 1 𝑗 1 Por questões de segurança para o cálculo das combinações desconsiderouse as cargas variáveis que atuam em sentido oposto à carga variável principal o vento Tabela 11 Valores dos coeficientes de ponderação das ações 𝛾𝑓 𝛾𝑓1𝛾𝑓2 Fonte ABNT 2008 6 Combinações Analisadas todas as condicionantes foram utilizados de acordo com as tabelas acima os seguintes valores Peso próprio da estrutura 125 utilizandose 100 em favor da segurança Ações variáveis Ação do vento 140 Fatores de combinação 1ª combinação VS como carga principal PP γ𝑔1 𝑉𝑆0 γ𝑞1 10 x 739 14x15 15 x 551X08 1190 𝑘𝑁 Na combinação em que o vento de sucção VS for dominante a carga permanente terá efeito favorável 2ª combinação Sobrecarga principal PP γ𝑔1 𝑉𝑆90 γ𝑞1 125x739 15x551 14x15x06 1624 𝑘𝑁 Onde PP é o Peso próprio γ𝑔1 é o Coeficiente de ponderação de ações permanentes γ𝑞1 Coeficiente de ponderação de ações variáveis 𝑉𝑆 Vento de Sucção REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 6120 Cargas para o cálculo de estruturas de edificações Rio de Janeiro 2019 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 8800 Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e de concreto de edifícios Rio de Janeiro 2008 BENZOR SOLUÇÕES EM ENGENHARIA E TECNOLOGIA 8 motivos para utilização de estruturas metálicas na construção civil Disponível emhttpsblogbenzorcombr8 motivosparautilizacaodeestruturasmetalicasnaconstrucaocivil Acesso em 27 de Maio de 2022 BRASIL IBGE Censo demográfico 2021 Disponível em httpscidadesibgegovbrbrasilacriobrancopanorama Acesso em 27 de Maio de 2022 BRASIL IBGE Censo demográfico Disponivel em httpscidadesibgegovbrbrasilacriobrancopanorama Acesso em 27 de Maio de 2022 GRUPO MB ESTRUTURAS METÁLICAS Cobertura metálica para galpão Disponível em https httpwwwmbestruturasmetalicascombr Acesso em 06 de Junho de 2022 MUNDO EDUCAÇÃO UOL RIO BRANCO Disponível em httpsmundoeducacaouolcombrgeografiariobrancohtm Acesso em 25 de Maio de 2022