Análise estrutural de ripas para

engradamento metálico de coberturas

Eng. Leandro de Faria Contadini

Mestrando em Eng. Civil, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil,

Unesp Campus Ilha Solteira

Prof. Dr. Renato Bertolino Jr.

Prof.Titular do Depto Engenharia Civil, Unesp Campus Ilha Solteira

• INTRODUÇÃO

• OBJETIVO

• MATERIAL

• MÉTODO

• RESULTADOS

• CONCLUSÃO

• REFERÊNCIAS BÁSICAS

• Construção de residências sociais em grande escala.

• Necessidade de rapidez de produção e economia do projeto.

• Desta forma, uma das alternativas foi a utilização do engradamento

metálico.

Vantagens

Maior vida útil dos componentes

Redução de desperdícios

Maior rapidez na montagem

Estrutura mais leve

Estrutura reciclável e ecológica

• São utilizados no engradamento metálico os perfis formados à frio,

sendo estes de baixo custo de produção e fácil de ser obtido.

• Os perfis mais utilizados no engradamento metálico são:

O perfil cartola para as ripas

Os perfis U simples e U enrijecido para os demais elementos, como

pontaletes e caibros

• Dos elementos que compõe o engradamento metálico temos as ripas

metálicas.

• Esquemas estruturais a serem analisados:

Biapoiado

• Esquema de apoio

• Esquema estrutural adotado

• Dos elementos que compõe o engradamento metálico temos as ripas

metálicas.

• Esquemas estruturais a serem analisados:

Biapoiado

Apoiado com balanço

• Esquema de apoio

• Esquema estrutural adotado

• Dos elementos que compõe o engradamento metálico temos as ripas

metálicas.

• Esquemas estruturais a serem analisados:

Biapoiado

Apoiado com balanço

• Elementos estão submetidos à flexão oblíqua.

GERAL

• Analisar o comportamento da ripa metálica com perfil cartola para

diferentes dimensões da seção transversal quando efetuado o

dimensionamento da mesma, tomando como base a NBR 14762:2010,

para os estados limites ultimo e de serviço, obtendo assim a seção

transversal ótima.

ESPECÍFICO

• Comparar as tensões normais máximas na seção transversal ótima e

flecha máxima, para o elemento estrutural modelado como elemento de

barra (tipo frame) e como elemento de superfície (tipo shell).

• Por ter sido realizado somente uma análise numérica, foram utilizados

dois softwares, sendo:

Software do tipo CAD

SAP2000

Comparação das tensões normais e da flecha máxima, para a seção ótima, entre os dois tipos de modelagem

Análise das tensões normais máximas para as solicitações atuantes utilizando a seção mais econômica para o elemento estrutural modelado como tipo shell

Determinação das solicitações atuantes e verificação dos ELU e ELS para o elemento estrutural modelado como tipo frame. Escolha da seção ótima

Definição dos coeficientes de ponderação e das combinações das ações, segundo NBR 14762:2010

Definição das propriedades do aço utilizado (ZAR-250), segundo NBR 14762:2010

Definição da geometria do problema utilizando o projeto básico do sistema “Minha Casa, Minha Vida”

Determinação das ações permanentes e variáveis, segundo NBR 6120:2000

Ações

Elemento estrutural

modelado como tipo frame

Elemento estrutural

modelado como tipo shell

Peso próprio da estrutura 0,17 kg/m 5,58 kg/m²

Peso próprio da telha cerâmica 14,07 kg/m 469,00 kg/m²

Sobrecarga 8,38 kg/m 279,17 kg/m²

Seção Cartola

(Cr)

b

(mm)

h

(mm)

a

(mm)

e

(mm)

30x30x12x0,80 30,00 30,00 12,00 0,80

21x30x13x0,65 30,00 21,00 13,00 0,65

20x30x12x0,95 30,00 20,00 12,00 0,95

30x30x15x0,50 30,00 30,00 15,00 0,50

Geometria Medidas

Vão do esquema bi-apoiado (L1) 1033,00 mm

Vão do esquema apoiado com balanço (L2) 885,00 mm

Beiral (L3) 622,50 mm

Inclinação do telhado (α) 30% (16,70º)

Distância entre ripas (LR) 335,00 mm

ELEMENTO ESTRUTURAL MODELADO COMO TIPO FRAME

• Cálculo das tensões normais máximas geradas na seção trasversal

ELEMENTO ESTRUTURAL MODELADO COM TIPO SHELL

• Geração de uma malha formada por quadrados de (5x5) mm.

• Eixos locais rotacionados para simular a inclinação do telhado.

ELEMENTO ESTRUTURAL MODELADO COM TIPO SHELL

ESFORÇOS INTERNOS (FRAME)

• Esquema estrutural biapoiado

• Esquema estrutural apoiado com balanço

Direção 2 Direção 3

V3 (kN) M2 (kN.mm) V2 (kN) M3 (kN.mm)

0,15 38,92 0,04 11,68

Direção 2 Direção 3

V3 (kN) M2 (kN.mm) V2 (kN) M3 (kN.mm)

0,19 -56,53 0,06 -16,96

RESULTADOS DO DIMENSIONAMENTO REALIZADO PELO SAP2000 (FRAME)

• Esquema estrutural biapoiado

Seção Cr Relação Flecha máxima

(mm)

Consumo de aço

(kg/m)

30x30x12x0,80 0,391 0,99 0,70

21x30x13x0,65 0,745 2,62 0,48

20x30x12x0,95 0,430 1,96 0,69

30x30x15x0,50 0,808 1,40 0,46

RESULTADOS DO DIMENSIONAMENTO REALIZADO PELO SAP2000 (FRAME)

• Esquema estrutural apoiado com balanço

Seção Cr

Relação Flecha máxima

(mm)

Consumo de

aço (kg/m) Para dimensão

L2*

Para dimensão

L3*

30x30x12x0,80 0,603 0,538 2,44 0,70

21x30x13x0,65 1,105 0,975 5,18 0,48

20x30x12x0,95 0,821 0,706 5,47 0,69

30x30x15x0,50 0,998 0,926 3,44 0,46

FLECHA MÁXIMA ADMITIDA SEGUNDO A NBR14762:2010

• A seção mais econômica e de melhor eficiência corresponde ao perfil

carola 30x30x15x0,50.

Esquema estrutural Flecha máxima admissível

(mm)

Bi-apoiado 5,74

Apoiado com balanço 6,92

TENSÕES NORMAIS E FLECHA (SHELL)

Seção Cr Esquema

estrutural

Tensões normais (MPa) Flecha máxima

(mm) σc σt

30x30x15x0,50

Bi-apoiado -55,23 65,29 1,50

Apoiado com

balanço -161,35 96,58 3,46

Esquema estrutural biapoiado

• Tesões em MPa e flecha máxima em mm

Esquema estrutural apoiado com balanço

• Tesões em MPa e flecha máxima em mm

COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS

Seção Cr Esquema

estrutural

Elemento tipo frame Elemento tipo shell

Tensões normais

(MPa) Flecha

máxima

(mm)

Tensões normais

(MPa) Flecha

máxima

(mm) σc σt σc σt

30x30x15x0,50

Bi-apoiado -81,50 93,40 1,40 -55,23 65,29 1,50

Apoiado com

balanço -135,50 118,25 3,44 -161,35 96,58 3,46

CÁLCULO DA DIFERENÇA RELATIVA

Seção Cr Esquema

estrutural

Diferença relativa percentual (%)

Tensões normais

de compressão

Tensões normais

de tração Flecha máxima

30x30x15x0,50

Bi-apoiado 32,23 30,10 7,14

Apoiado com

balanço 19,08 18,32 0,58

• Perfil cartola 30x30x15x0,50 é o mais econômico e mais eficiente.

• Menor flecha do que é admitida pela NBR 14762:2010.

• Atende tanto o ELU como o ELS.

• Há uma diferença entre as tensões calculadas e as tensões obtidas através do

programa.

• Cargas aplicadas no eixo Elemento estrutural modelado como tipo frame

• Cargas aplicadas na superfície Elemento estrutural modelado como tipo shell

• Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6123: Força devido aos ventos. 1988. 66 p.

• Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6120: Cargas para o cálculo de estruturas de edificações. 2000. 5 p.

• Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 14762: Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por

perfis formados a frio - Procedimento. 2010. 89 p.

• CARVALHO, P. R. M. et al. Curso básico de perfis de aço formados a frio. 2ª ed. Porto Alegre. 2006.

• CONTADINI, L.F. Análise estrutural de ripas para engradamento metálico de coberturas (Trabalho de Conclusão de

Curso). Faculdade de Engenharia. UNESP - Campus de Ilha Solteira. 2011.

• CSN. Engradamento metálico. Disponível em:

<http://www.csn.com.br/pls/portal/docs/PAGE/CSN_CONSTCIVIL/CSN_CONSTCIVIL_INICIO_CT_PT/ENGRADAMENTO

_0.PDF.>. Acesso em: 06 jul. 2011.

• ENGRADAMENTO Metálico para Telhados Disponível em: <http://www.metalica.com.br/engradamento-metalico-para-

telhados>. Acesso em: 24 nov. 2011.

• HIBBELER, R. C.. Resistência dos materiais. 7. ed. São Paulo: Pearson Pretice Hall, 2010.

• PIACENTINI, J. J. et al. Introdução ao laboratório de física.2. ed. Florianópolis: Editora da Ufsc, 2005. 119 p.

• PINHEIRO, A. C. F. B., Estruturas Metálicas: cálculos, detalhes, exercícios e projetos. 2ª ed. revisada e ampliada. São

Paulo: Edtora Edgard Blucher. 2005.