Análise Plástica de Vigas Metálicas de Prédios Industriais Estruturados ...· Galpões, onde foram

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    Econmica ao Dimensionamento Julho/2015 1

    ISSN 2179-5568 Revista Especialize On-line IPOG - Goinia - 9 Edio n 010 Vol.01/2015 julho/2015

    Anlise Plstica de Vigas Metlicas de Prdios Industriais Estruturados em Ao como Alternativa Econmica ao

    Dimensionamento

    Vincius Alves Martins - viniciusalvesmartins@gmail.com

    MBA em Projetos, Execuo e Controle de Estruturas e Fundaes

    Instituto de Ps-Graduao - IPOG

    Campo Grande, MS, 07 de Agosto de 2014.

    Resumo

    Este trabalho visa realizar um estudo comparativo entre o dimensionamento estrutural no

    regime elstico material e o regime plstico material, fazendo-se uma anlise comparativa da

    economia obtida atravs do dois mtodos. H vantagens econmicas ao se utilizar o

    dimensionamento plstico ao invs do clculo elstico comumente usado? A hiptese adotada

    para este estudo foi que ao se realizar a anlise da estrutura se comportando no regime

    plstico, ter-se-ia um melhor desempenho do material com consequente ganho econmico

    para o dimensionamento. Desta forma, o objetivo foi verificar todos os aspectos normativos

    referente a este procedimento, identificando suas restries e recomendaes de uso, e

    realizar um estudo de caso prtico para avaliar e comparar os dois mtodos de anlise. O

    mtodo empregado foi a modelagem computacional de uma estrutura com vo transversal de

    30,00m e rea coberta em projeo ortogonal de 1.800,00m, comumente chamados de

    Galpes, onde foram realizados o dimensionamento elstico e o plstico das vigas que

    compem os prticos metlicos atravs de um software disponvel no mercado. Os resultados

    indicam que ao se utilizar a Teoria das Rtulas Plsticas para o dimensionamento plstico da

    estrutura obtm-se uma economia de 22,5% em peso das vigas que compem o prtico

    metlico dos Galpes. Conclui-se com isso que o dimensionamento plstico pode ser

    utilizado como alternativa de se viabilizar o uso ao na construo civil, obviamente

    observando-se todas as restries do mtodo.

    Palavras-chave: Estrutura Metlica, Teoria das Rtulas Plsticas e Dimensionamento

    Plstico.

    1. Introduo

    O Brasil passa por um perodo aquecido no que tange ao mercado da construo civil, seja ela

    construo pesada, bem como construes prediais. Isto pode ser observado em alguns

    investimentos e injees financeiras geradas pelos rgos competentes, tendo-se como

    exemplo programas de incentivo tais como o Programa de Acelerao do Crescimento (PAC),

    Programa Minha Casa, Minha Vida e os eventos esportivos que tero como sede este pas

    como a Copa do Mundo e Olimpadas.

    Na mesma direo de tais investimentos existe a necessidade dos cronogramas enxutos, obras

    com qualidade, etc. E neste sentido, tal exigncia se estende ao uso de materiais e sistemas

    estruturais racionais.

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    ISSN 2179-5568 Revista Especialize On-line IPOG - Goinia - 9 Edio n 010 Vol.01/2015 julho/2015

    No Brasil, tradicionalmente, utiliza-se o concreto em larga escala como material de

    construo e os seus respectivos sistemas estruturais (concreto armado, concreto protendido,

    moldado "in loco", pr-moldado, etc.). Este uso se deve ao fato da tcnica de fabricao ser

    relativamente simples e de fcil domnio no meio tcnico da construo, bem como o baixo

    custo de produo tambm justifique sua demanda.

    Segundo a Companhia Siderrgica Nacional (CSN), o Brasil o maior produtor mundial de

    minrio de ferro (hematita), todavia ocupamos apenas o oitavo lugar na escala de produtores

    de ao. E ainda segundo a CSN, este fato se deve ao atraso de alguns anos em relao pases

    como Estados Unidos da Amrica, bem como, o baixo consumo do ao no dia a dia do

    brasileiro.

    No entanto, apesar do ao possuir o custo um pouco mais elevado pode-se citar algumas

    vantagens na sua utilizao, vantagens essas que dependendo do porte da obra justificaria a

    viabilidade para o emprego do ao. Por conta das caractersticas fsicas, mecnicas, etc., do

    ao, ele pode ser usado em obras de grande porte (pontes, viadutos, shopping centers,

    edifcios, usinas, indstrias), obras de mdio porte (pequenos edifcios, silos, armazns,

    galpes, passarelas) e obras de pequeno porte (casas, telhados, escadas, postos de

    combustveis).

    Segundo a CSN, entre as vantagens do uso do ao na construo, pode-se citar: simplicidade e

    praticidade com eficincia na utilizao de mo de obra e insumos, velocidade na execuo

    do empreendimento com cronogramas arrojados, facilidade de adaptao a outros materiais,

    organizao e racionalizao de espao em canteiros de obras, garantia de qualidade do

    material tendo em vista o rigoroso controle tecnolgico realizado nas siderurgias e

    metalrgicas.

    Em outros pases o uso da estrutura metlica bastante difundido, pois conforme supracitado

    tal sistema estrutural permite a utilizao de materiais com alto grau de controle tecnolgico e

    se utiliza de mo de obra qualificada. Fato importante que, devido a todo este controle a

    estrutura metlica tem tambm uma grande confiabilidade, e neste sentido os mtodos de

    clculo para resolues de problemas estruturais envolvendo este material so constantemente

    aperfeioados.

    Com este intuito, atravs da anlise das estruturas em regime plstico, torna-se possvel

    dimensionar estruturas mais esbeltas e econmicas, viabilizando-se o uso da mesma para

    maioria dos problemas estruturais do cotidiano.

    2. Objetivo

    Este trabalho tem como objetivo avaliar as vantagens e desvantagens da anlise e

    dimensionamento no regime plstico de vigas metlicas utilizadas em edifcios industriais

    estruturados em ao.

    Dimensionar-se- vigas metlicas no regime elstico e plstico para um estudo de caso, sendo

    que para o regime plstico utilizar-se- os mtodos Esttico e Cinemtico. Desta forma, tem-

    se ainda como objetivo, realizar um comparativo que demonstrar as vantagens e

    desvantagens dos dois regimes, tanto no aspecto tcnico como no aspecto econmico.

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    3. Justificativa

    A utilizao da estrutura metlica permite versatilidade nos projetos, sustentabilidade e

    racionalidade nas construes e canteiros, velocidade no cumprimento dos prazos e

    confiabilidade dos materiais e sistemas estruturais como um todo. Todavia, via de regra este

    sistema estrutural e mtodo construtivo esbarra no custo do material.

    Com este intuito o trabalho se justifica pela necessidade de desonerar a utilizao do ao na

    construo atravs da resoluo de problemas de engenharia com mtodos modernos de

    clculo, visando a obteno de perfis mais leves e baratos que desempenhem a funo

    estrutural conforme todas as recomendaes das normas tcnicas vigentes, a citar quelas que

    regem o projeto, fabricao e montagem de estruturas metlicas fomentadas pela Associao

    Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT).

    4. Anlise Estrutural

    Conforme a NBR-8800:2008 item 4.9.1, o objetivo da anlise estrutural determinar os

    efeitos das aes na estrutura, visando efetuar verificaes de estados-limites ltimos e de

    servio. Ou seja, dentro deste contexto a engenharia de estruturas tem como objetivo projetar

    os elementos e sistemas estruturais, e para isso necessrio a utilizao de mtodos

    numricos e computacionais para determinao dos esforos internos atravs da anlise

    estrutural do problema.

    Segundo Bellei, I. H., 2011, as estruturas e os elementos estruturais devem ter resistncias

    adequada, bem como rigidez e dureza para permitir funcionalidade adequada durante a vida

    til da estrutura. O projeto deve prover ainda alguma reserva de resistncia, acima da que

    seria necessria para resistir s cargas de servio, ou seja, a estrutura deve prever a

    possibilidade de um excesso de carga (solicitao).

    Resumidamente, pode-se afirmar que a filosofia geral da segurana estrutural alcanada

    quando as solicitaes utilizadas no projeto, as quais refletem a situao que ocorrer durante

    a vida til da estrutura, so inferiores as resistncias de clculo dos materiais utilizados.

    Conforme Bellei., I., H., 2011, a aproximao atual para um mtodo simplificado para obter a

    base probabilstica da segurana estrutural assume que a solicitao S e a resistncia R so

    variveis aleatrias. A distribuio de frequncia tpica para estas variveis mostrado na

    gura 4.1.

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    Figura 4.1 Distribuio de frequncia da solicitao S e da resistncia R.

    Fonte