Dimensionamento de Vigas de Rolamento

7/18/2019 Dimensionamento de Vigas de Rolamento

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VERIFICAO A FADIGA DE VIGAS DE ROLAMENTO DEPONTES ROLANTES INDUSTRIAIS

Ricardo Fabeane1, Ricardo A. Ficanha2e Zacarias Martin Chamberlain Pravia3

1.

INTRODUOFadiga um fenmeno no qual estruturas carregadas repetidamente fraturam a

um nvel de carregamento menor do que sua resistncia esttica ltima. Por exemplo,

uma barra de ao pode resistir com sucesso a uma nica aplicao esttica de uma carga

de trao de 300 kN, mas pode falhar aps a aplicao de 1.000.000 de repeties de um

carregamento de 200 kN (ANSYS, v.11, traduzido).

De acordo com o Design Guide 7 do AISC (traduzido), o dano por fadiga por ser

entendido como o avano progressivo de uma fissura devido a variaes na tenso deum membro. A fissura por fadiga inicia em pequenos defeitos ou imperfeies no metal

base ou no metal de solda. Estas imperfeies atuam como amplificadores de tenso que

aumentam as tenses elsticas aplicadas em pequenas regies at tenses plsticas. A

medida que os ciclos de carregamentos so aplicados, as deformaes plsticas nas

pequenas regies plsticas avanam, at que o material se separa e as fissuras

aumentam. Nesse ponto, a regio de tenses plsticas move-se para a nova ponta da

fissura e o processo repete-se novamente. Eventualmente, o tamanho da fissura torna-segrande o suficiente que o efeito combinado do tamanho da fissura e o da tenso aplicada

excede a resistncia do material e a fratura final ocorre.

Embora os problemas de fadiga em muitos componentes ainda seja uma questo

atual, as primeiras falhas por fadiga comearam a ser observadas e investigadas ainda

1Engenheiro Civil Mestrando do PPGENG/UPF [email protected]

Engenheiro Mec!nico " Mestrando do PPGENG/UPF [email protected]

#$. %c.& Professor tit'lar PPGENG/FE()/UPF *acarias@'+f.br


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no sculo XIX. Dentre todos os pesquisadores da poca, o que chegou a resultados mais

notveis sobre o fenmeno de fadiga foi o engenheiro alemo August Whler.

SCHIJVE (2001) relata que foi Whler que reconheceu que uma nica aplicao

de carga com valor abaixo da resistncia esttica da estrutura no causava qualquer

dano a estrutura; entretanto, se a mesma carga fosse repetida muitas vezes poderia levar

a estrutura a falhar completamente.

De acordo com PRAVIA (2003), Whler projetou aparelhos e desenvolveu

mtodos para medies das cargas de servio, no perodo de 1852 a 1869 em Berlim,

em linhas ferrovirias, as suas principais concluses foram (Leis de Whler):

a) A falha do material solicitado dinamicamente pode ocorrer bem abaixo da tenso

de falha sob carregamento esttico;

b)A amplitude da tenso decisiva para a destruio da fora de coeso do

material;

c) A amplitude de tenso o parmetro mais importante para a determinao da

falha, mas tendo a tenso de trao grande influncia.

Ainda segundo PRAVIA (2003), foi Whler quem introduziu originalmente o

conceito de limiar de fadiga em metais tenso terica abaixo da qual no ocorre falha

por fadiga - e definiu o que viriam ser as curvas S-N (Variao da tenso x Nmero de

Ciclos) atualmente usadas nos clculos de fadiga.

Pensava-se, ainda no sculo XIX, que a fadiga seria um fenmeno misterioso

do material (porque os danos iniciais gerados no podiam ser vistos) e que as falhas

ocorriam de maneira repentina, sem um aviso prvio. No sculo XX, aprendeu-se que a

aplicao de cargas repetidas pode iniciar um mecanismo de fadiga no material

principalmente pela nucleao de uma microfissura, propagao da microfissura e,finalmente, at a falha da estrutura (SCHIJVE, 2001).

2.MTODOS DE AVALIAO DA FADIGA

conhecido que so vrios os fatores que tem influncia direta no

comportamento de fadiga de um determinado elemento ou componente.

Um ponto de fundamental importncia em uma avaliao de fadiga relaciona-se

escolha adequada do mtodo que ser utilizado para tal. STEPHENS (2001) indica a

existncia de 4 modelos para as avaliaes de fadiga em engenharia, sendo eles:


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1. Modelo nominal de vida em funo da tenso (stress-life, S-N), inicialmente

formulado entre os anos de1850 e 1870.

2. Modelo local de vida em funo da deformao (strain-life, -N), inicialmente

formulado nos anos de 1960.

3.

Modelo de propagao de uma fissura de fadiga (da/dN K), inicialmente

formulado nos anos de 1960.

4. Modelo de dois estgios, que consiste na combinao dos modelos 2 e 3 para

incorporar tanto a formao da trinca macroscpica de fadiga (nucleao) como

sua propagao.

Tal autor ainda comenta que o modelo nominal S-N utiliza as tenses nominais

na avaliao, e s relaciona resistncia local a fadiga para elementos com ou sem

cantos vivos (regies de alta concentrao de tenses). J o modelo local -N trabalha

diretamente com as deformaes locais de uma regio com alvio (chanfro ou entalhe).

O modelo da/dN-K de propagao da fenda de fadiga utiliza-se da mecnica da fratura

e da integrao da equao da taxa de propagao da fenda para determinar o nmero de

ciclos necessrio para propagar a fenda de um tamanho inicial para outro tamanho

determinado ou at a fratura total. Por final, o mtodo dos dois estgios, conforme

anteriormente citado, incorpora o modelo -N para determinar o tempo necessrio para

o aparecimento da macrofissura, bem como faz uso da integrao da equao de

propagao da fenda de fadiga para determinar a vida restante do elemento; aps a

determinao destas vidas teis, esses perodos so adicionados, resultando na vida

total fadiga do elemento considerado.

Na grande maioria dos casos, o mtodo preferido na avaliao da vida til a

fadiga em vigas de rolamentos de pontes rolantes industriais (ou qualquer outroelemento submetido a carregamentos mveis) o da vida til em funo da tenso

(stress-life, S-N). Isto se deve, principalmente, pela sua facilidade de aplicao e pelo

fato de ser o mtodo indicado pela maioria das normas para clculo de estruturas de ao.


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3.AVALIAO A FADIGA DE ACORDO COM AS NORMAS ABNT NBR8800:2008, ANSI/AISC 360-10 E CSA S16-01

3.1.Verificao fadiga pela ABNT NBR 8800:2008

a) Condies de aplicabilidade:

A ABNT NBR 8800:2008, em seu anexo K, traz as prescries necessrias para

avaliao fadiga dos elementos. O item K.2.7 deixa claro que a aplicao de tais

prescries apenas vlido para estruturas com adequada resistncia corrosoatmosfrica ou sujeitas apenas atmosferas levemente corrosivas, e em temperaturas

abaixo de 150C.

Tal norma, em seu item K.2.3, explicita que a faixa de variao de tenses

definida como a magnitude da mudana de tenso devida aplicao ou remoo das

aes variveis calculada de acordo com a seguinte combinao (Item K.2.1):

= =

+=

m

i

n

j

kQjkGifadd FFF1 1

,,, .0,1

O item K.2.3 tambm indica que no caso de inverso de sinal da tenso em um

ponto qualquer, a faixa de variao de tenses deve ser determinada pela diferena

algbrica dos valores mximo e mnimo da tenso considerada, nesse ponto. O clculo

das tenses deve ser baseado em anlise elstica, e sem a amplificao pelos fatores de

concentrao de tenses (item K.3.1).

Alm disto, o item K.2.2 deixa claro que as tenses calculadas no metal base no

podem ultrapassar o valor mximo de 0,66fy para as tenses normais e 0,40fy para

tenses cisalhantes.

b) Etapas para a verificao fadiga:

A verificao dos elementos fadiga de acordo com a ABNT NBR 8800:2008

realizada basicamente com as seguintes etapas:

Obteno dos esforos solicitantes com a combinao de aes supracitada

Clculo das tenses solicitantes

Definio da faixa de variao de tenses na seo analisada


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Obteno dos parmetros de fadiga para a regio analisada (parmetros

obtidos em consulta as tabelas K.1 e K.2 da norma)

Definio da susceptibilidade fadiga da regio analisada, para uma vida til

pr-definida.

c) Iseno da verificao fadiga:

Os itens K.2.5 e K.2.6 da norma definem as condies necessrias que

dispensam a verificao dos elementos fadiga. De forma resumida, no necessrio

nenhuma verificao a fadiga caso: O nmero de ciclos de solicitao seja inferior a 20000

A faixa de variao de tenses esteja abaixo do valor de THdado pela Tabela

K.1 da norma

3.2.Verificao fadiga pelo Design Guide 7 e pela norma ANSI/AISC 360-10

A verificao fadiga pela norma americana ANSI/AISC 360-10 feita pelo seu

Appendix 3 Design for Fatigue.

Consultando-se o referido apndice da ANSI/AISC 360-10 percebe-se que a

metodologia de verificao fadiga exatamente a mesma da utilizada pela norma

brasileira, com apenas as seguintes diferenas:

No h indicao direta de combinao para a verificao fadiga no

apndice, embora durante o texto do mesmo seja sempre citado que as tenses

so calculadas com as cargas se servio (portanto sem ponderao).

O item 3.1 do apndice fixa como sendo 0,66fy a tenso mxima permitida,

tanto para trao como para cisalhamento, para a aplicao de suas prescries.

Comparando-se algumas equaes do item 3.3 da norma ANSI/AISC 360-10

com o item K.4 da ABNT NBR 8800:2008 percebe-se que h alguns valores nas

equaes com uma pequena alterao. Entretanto, deve-se ressaltar que tais

valores so de amplitude to pequena que no afetam em nada os resultados

obtidos aplicando-se uma ou outra equao.

Um ponto importante que o Design Guide 7 especifica relaciona-se ao fato de

que a avaliao a fadiga das vigas de rolamento deve ser baseada num nmero


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equivalente de ciclos de carregamento mximo da ponte rolante. Este nmero de ciclos

determinado em funo da condio de servio da ponte, seguindo-se a classificao

da CMAA 70 (Crane Manufactures Association of America). Tal classificao divide as

condies de trabalho das pontes rolantes em 6 Classes, apresentando

simplificadamente as seguintes caractersticas (traduzido):

CLASSE A (Usos espordicos ou servios infrequentes): Esta classe de

servio engloba pontes rolantes que podem ser usadas em instalaes onde seja

necessrio manuseios precisos de equipamentos, a baixas velocidades, com um

grande perodo de inatividade entre os iamentos. Sua capacidade corresponde

aos trabalhos de iniciais de instalao de equipamentos e para manutenes

infrequentes.

CLASSE B (Servio leve): Esta classe de servio engloba pontes rolantes onde

os carregamentos solicitantes de servio sejam pequenos e as velocidades de

operao baixas. Os carregamentos variam de descarregada para ocasionalmente

carregada na mxima capacidade, com a realizao de 2 a 5 iamentos por hora,

em um altura mdia de 3,0 metros por iamento;.

CLASSE C (Servio moderado): Esta classe engloba pontes onde as

solicitaes de servio so moderadas. Neste tipo de servio a ponte trabalha

com uma solicitao de cerca de 50% de sua capacidade, com cerca de 5 a 10

iamentos por hora, a uma altura mdia de 4,5m, com no mximo 50% dos

iamentos na capacidade mxima da ponte.

CLASSE D (Servio pesado): Esta classe engloba pontes que so utilizadas

onde so necessrias operaes pesadas de produo. Neste tipo de servio

carregamentos com cerca de 50% da capacidade so manuseados constantemente

durante o perodo de servio. Velocidades elevadas so desejveis para estes

tipos de servios, que apresentam de 10 a 20 iamentos por hora, a uma altura

mdia de 4,5m, com no mximo 65% do iamentos na capacidade mxima.

CLASSE E (Servio Severo): Esta classe engloba as pontes capazes de

manusear cargas prximas a sua capacidade mxima ao longo de sua vida til.

Suas aplicaes incluem operaes com 20 ou mais iamentos por hora, prximo

ou na capacidade mxima da ponte.


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CLASSE F (Servio Severo Contnuo): Esta classe engloba as pontes capazes

de manusear carregamentos continuamente prximos de sua capacidade mxima,

em condies severas de utilizao ao longo de toda sua vida de projeto.

Uma vez que seja definida a classe de servio da ponte, obtm-se da tabela

12.1.1 do Design Guide 7 do AISC o nmero de ciclos de carregamentos completos

para o qual a ponte dever ser dimensionada. Tal tabela reproduzida na sequncia.

Tabela 1: Classificao vs. vida de projeto (Fonte: Design Guide 7 AISC)

Alm da prvia definio do nmero de ciclos de solicitao para o

dimensionamento das vigas de rolamento, so apresentadas no item 12 do mesmo

design guide algumas consideraes que visam evitar o aparecimento de patologias

relacionadas a fadiga . Dentre estas informaes, destacam-se:

Fissuras tem sido observadas em sees soldadas, na ligao entre a alma e a

mesa comprimida da viga de rolamento, quando usam-se filetes de solda para a

conexo destes elementos. Tais fissuras so atribudas a tenses localizadas de

trao devido a uma pequena flexo da parte inferior da mesa comprimida a cada

vez que a roda passa. Cada passagem de roda pode ocorrer 2 ou 4 (ou mais)

vezes com cada passagem da ponte rolante; deste modo os ciclos de solicitao

para esta considerao muito maior do que aqueles considerados na verificao

da viga de rolamento devido a passagem da ponte rolante carregada. O clculo

desta tenso de trao devido a flexo localizada um tanto complexo e

impreciso, ento prefere-se contornar o problema atravs da adoo de medidas

conservativas que evitem seu aparecimento. Para reduzir a probabilidade do

aparecimento destas fissuras o AISE Technical Report N 13 recomenda que a


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ligao entre a mesa superior e alma das vigas soldadas seja feita atravs do uso

de soldas de penetrao total, com filetes de reforo.

Fissuras por fadiga tambm tem ocorrido na conexo entre os enrijecedores de

extremidade e a mesa superior das vigas de rolamento. Tais fissuras tem

aparecido em detalhes onde os enrijecedores esto ligados por soldas de filete

face inferior da mesa superior da viga. A passagem de cada roda da ponte rolante

produz tenses de cisalhamento nos filetes de solda; entretanto, a determinao

do real estado de tenses na solda extremamente complexa. Deste modo, o

AISE Technical Report N 13 recomenda que soldas de penetrao total tambm

sejam usadas para conectar os enrijecedores de extremidade mesa superior da

viga de rolamento. A parte inferior dos enrijecedores pode ser encaixada

(prefervel) ou soldada com filetes mesa inferior da viga de rolamento. Alm

disto, todas as soldas entre os enrijecedores e a alma da viga devem ser

contnuas.

Para os enrijecedores intermedirios, pelas mesmas razes citadas no item

anterior, o AISE Technical Report N 13 tambm recomenda o uso de soldas de

penetrao total para a ligao entre os enrijecedores e a mesa superior da viga.

Alm disto, indica-se a necessidade de verificao fadiga na terminao do

enrijecedor prximo mesa tracionada (p do enrijecedor).

A anexagem de elementos (tais como suportes de cabos, etc.) a viga de

rolamento deve ser evitada. O AISE Technical Report N 13 explicitamente

probe a soldagem destes anexos mesa tracionada da viga de rolamento.

3.3.

Verificao fadiga pela norma CSA S16-01 e pelo Design Guide do CISC

O procedimento para a avaliao fadiga dos elementos submetidos a

carregamentos mveis definido pelo captulo 26 da norma CSA S16-01.

Tal norma tem como principais caractersticas o fato de utilizar apenas uma

equao para a obteno da faixa mxima de variao de tenses para o detalhe

analisado, variando portanto os demais parmetros para as diferentes categorias de

detalhes.A combinao utilizada na avaliao a fadiga a combinao C1 da tabela 2.2

do Design Guide do CISC, sendo dada por:


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ssvs CCC .5,01 +=

onde Cvse Css correspondem, respectivamente, as cargas verticais e horizontais

aplicadas pela ponte rolante nas vigas de rolamento. Conforme pode-se observar, essa

combinao no considera o peso prprio e a carga permanente devido ao fato de tais

aes estarem sempre presentes nas vigas de rolamento, o que faze com que no

contribuam para a variao da tenso quando da passagem da ponte rolante.

Um ponto que merece destaque no Design Guide do CISC corresponde ao item

3.3.4, que apresenta o equacionamento para o clculo do nmero equivalente de

operaes da ponte rolante totalmente carregada quando conhecido previamente oespectro de solicitao de tal elemento. Com esta abordagem tem-se uma correlao

mais prxima do nvel real de solicitao das vigas de rolamento.

Outro ponto importante refere-se ao fato de que em seu item 26.3.3 a CSA S16-

01 apresentada a metodologia do dano acumulado de fadiga, que permite uma

avaliao mais precisa das condies de solicitao das vigas para situaes de projeto

onde o nmero real de ciclos de operao j seja conhecido com antecedncia. Tal

mtodo est baseado na regra de Palmgren-Miner, que nada mais do que umatcnica utilizada para a avaliao do percentual de dano causado viga de rolamento

quando a ponte rolante opera com um determinado nvel de solicitao. O principal

interesse na aplicao da metodologia do dano acumulado de fadiga est na avaliao

da vida til restante de vigas de rolamento existentes que j estejam operando a um

determinado tempo, ou que sofreram alteraes em seu regime de trabalho.

Por outro lado, quando no se conhece previamente o espectro de solicitao da

ponte rolante, o Design Guide do CISC indica, em sua tabela 3.4, um nmero estimado

de ciclos de solicitao para as vigas de rolamento baseando-se na classe de servio

obtida para a ponte rolante de acordo com os critrios do CMAA 70 (classes definidos

no item 3.2 do presente trabalho).


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Tabela 2: Nmero de ciclos para dimensionamento das vigas de rolamento.

Fonte: Design Guide do CISC.

Analisando a tabela acima percebe-se que o nmero de ciclos de solicitao das

vigas de rolamento corresponde a 20% do nmero de ciclos de solicitao da ponte

rolante para as classes A. B e C, e 50% para as classes D, E e F.

Segundo o item 26.3.5 da norma CSA S16-01, ficam dispensados de verificao

fadiga os elementos que apresentarem um nmero de ciclos de solicitao menor do

que o maior dos valores entre 20000 e3

srf , sendo um parmetro obtido da tabela 10

da referida norma e fsra tenso solicitante no elemento.

4.EXEMPLO DE APLICAO

Com o intuito de comparar de maneira prtica os resultados da avaliao a

fadiga pelas 3 normas citadas anteriormente, desenvolveu-se um exemplo prtico deaplicao em vigas de rolamento soldadas, dimensionadas pela norma ABNT NBR

8800:2008 para resistirem as aes de uma ponte rolante de modelo ZKKE da empresa

DEMAG, com 30tf de capacidade e que vence um vo transversal de 20m.

As vigas de rolamento calculadas apresentam as seguintes caractersticas:

Perfil: Seo I soldada, com uso de enrijecedores

Vinculao estrutural: biapoiada

Vos das vigas: 10m Ao utilizado: A572Gr.50


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Conteno lateral: com uso de trelia nivelada com a mesa superior do perfil, e

com o uso de mos francesas para a conteno longitudinal das vigas

Enrijecedores de extremidade estendendo-se ao longo de toda a altura do perfil

Enrijecedores intermedirios da viga interrompidos a uma distncia de 4tw

da face superior da mesa inferior do perfil

Limites de deformao: L/800 para deformao vertical e L/400 para

deformao transversal.

Ponte rolante comandada por controle remoto.

Ao final da realizao do dimensionamento e verificao da deformao na viga,

optou-se pela utilizao de uma seo I soldada com 1300mm de altura, 300mm de

mesa, e com as espessuras de 9,5mm para alma e 12,5mm para as mesas. Nesta viga

ainda so colocados enrijecedores em chapa 9,5mm a cada 1000mm em seu

comprimento longitudinal. Na Fig. 1 mostrado o desenho esquemtico das vigas

calculadas, enquanto que nas Figuras 2 e 3 so mostrados o trem-tipo com as reaes

verticais da ponte e a seo transversal escolhida para as vigas, respectivamente.

Figura 1: Modelo estrutural das vigas de rolamento

Figura 2: Modelo esquemtico do trem tipo com as reaes mximas da ponte rolante

204,1 kN 179,3 kN

363 3150 363


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Figura 3: Seo escolhida para as vigas de rolamento

Aps avaliaes prvias, percebe-se que a seo crtica para a ocorrncia do

fenmeno de fadiga na solda de filete utilizada no p do enrijecedor localizado na

metade do vo da viga de rolamento.

A realizao da avaliao a fadiga para a viga ser feita com base no nmero de

ciclos indicador por cada norma utilizada. O exemplo aqui desenvolvido ser baseado

na seguinte condio de trabalho para a ponte rolante: Ponte rolante em operao

contnua com a realizao da maior parte de seus iamentos prximo a sua capacidade

mxima.

4.1.Avaliao a fadiga pela ABNT NBR 8800:2008 (Anexo K)

Como a norma ABNT NBR 8800:2008 no traz referncia quanto ao nmero de

ciclos a ser utilizado para esta avaliao, estimou-se que este total ser de

aproximadamente 73 ciclos dirios (cerca de um ciclo a cada 7 minutos, para uma

jornada de trabalho de 8 horas), resultando num nmero total de 1.335.000 ciclos de

trabalho durante uma vida til de 50 anos.

Sabendo-se que a combinao de projeto para a viga de rolamento dada pelo

item K.2.1 da norma, e que o coeficiente de impacto vertical utilizado na amplificaodas reaes verticais da ponte rolante de 10% (ponte operada por controle), obteve-se

como momentos mximos os seguintes valores:


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Momento pela combinao do item K.2.1 = 788,51 kN.m

Momento pelo peso prprio e carga permanente na viga = 26,99 kN.mComo avaliao a fadiga feita pela amplitude de variao de tenses, convm

ressaltar que o momento solicitante de projeto dado por:

MSd= 78851kN.cm 2699kN.cm = 76152kN.cm

Sabendo-se que a maior inrcia da seo escolhida vale 474906,8cm4, e que o p

do enrijecedor est afastado do centride da seo transversal a uma distncia de:

y = (d/2) tf 4.tw= (130cm/2) 1,25cm (4.0,95cm) = -59,95cm

Tem-se que a tenso solicitante no p do enrijecedor do meio da viga vale:

MPacmcm

cmkNy

I

M

x

x 1,96)95,59.(8,474906

.76152. ===

Verificando-se na tabela K.1 da norma, percebe-se que o caso em questo

encaixa-se na descrio do item 5.7, apresentando as seguintes caractersticas:

Categoria de tenso: C

Constante Cf: 44x108

Limite TH

: 69 MPa

Com estes dados, e utilizando-se a equao do item K.4.a, verifica-se que a faixa

mxima de variao de tenso vale:

MPax

N

CfSR 0,1021335000

1044.327.327333,08333,0

=

=

=

Como a tenso calculada est abaixo da faixa mxima de variao de tenso,

conclui-se que a regio analisada no apresentar problemas de fadiga durante sua vida

de projeto.

4.2.Avaliao a fadiga pela ANSI/AISC 360-10 (Appendix 3) eDesign Guide 7

Segundo o Design Guide 7 do AISC, o nmero de ciclos de solicitaes a ser

adotado para a condio de trabalho definida para a ponte rolante de 1.500.000,0

ciclos (ver Tabela 1 acima para classificao E)

Sabendo-se que a combinao de projeto para a viga de rolamento dada porD+Cvs+Ci, sendo Cvs as reaes verticais e Ci a carga vertical adicionada pelo

coeficiente de impacto (adotado como 25% para pontes operadas por controle), tem-se:


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Momento pela combinao= 886,70 kN.m

Momento pelo peso prprio da viga = 21,40 kN.mAs tenses solicitantes e resistentes so calculadas por:

MSd= 88670kN.cm 2140kN.cm = 86530kN.cm

MPacmcm

cmkNy

I

M

x

x 2,109)95,59.(8,474906

.86530. ===

Verificando-se na tabela A-3.1 do Appendix 3 percebe-se que o caso em questo

encaixa-se na descrio do item 5.7, apresentando as seguintes caractersticas:

Categoria de tenso: C Constante Cf: 44x10

8

Limite FTH: 69 MPa

Com estes dados, e utilizando-se a equao A-3-1M 1, verifica-se que a faixa

mxima de variao de tenso vale:

MPax

n

CF

SR

f

SR 4,981500000

1044.329.329333,08333,0

=

=

=

Como a tenso calculada est acima da faixa mxima de variao de tenso,

conclui-se que a regio analisada est susceptvel a ocorrncia do problema de

fadiga.

4.3.Avaliao a fadiga pela CSA S16-01 (Clause 26) eDesign Guide do CISC

Segundo o Design Guide do CISC, o nmero de ciclos de solicitaes a ser

adotado para a condio de trabalho definida para a ponte rolante de 1.000.000,0ciclos (ver Tabela 2 acima)

Sabendo-se que a combinao de projeto para a viga de rolamento dada por

Cvs, sendo Cvs as reaes verticais (incluindo a amplificao pelo coeficiente de

impacto de 25%), tem-se:

Momento pela combinao= 865,30 kN.m

MPacm

cm

cmkNy

I

M

x

x 2,109)95,59.(

8,474906

.86530. ===


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Verificando-se na tabela 9 da norma CSA S16-01, percebe-se que a regio em

questo classificada como sendo da Categoria C1. Entrando-se com essa categoria na

tabela 10 da referida norma, obtm-se os seguintes parmetros de fadiga:

= 1440x109

Fsrt: 83 MPa

Com estes dados e utilizando-se a equao apresentada pelo item 26.3.2 da

norma, verifica-se que a resistncia a fadiga vale:

MPax

nN

Fsr 90,112

10

101440 31

6

931

=

=

=

Como a tenso calculada est abaixo da faixa mxima de variao de tenso,

conclui-se que a regio analisada no apresentar problemas de fadiga durante sua vida

de projeto.

Na Tabela 3 abaixo apresentado de forma resumida os resultados obtidos.

Tabela 3: Resumo das verificaes a fadiga para as vigas de rolamento do exemplo

ABNT NBR 8800:2008ANSI/AISC 360-10 e

Design Guide 7

CSA S16-01 e Design

Guide do CISC

Classii!a"#o da Condi"#o de

$%a&al'o" E ,CM((- E ,CM((-

Base (a%a )e%ii!a"#o (neo / (++endi # Cla'se 0

N*+e%o e,uialen$e de !i!los

de o(e%a"#o1.##.223 1.22.222 1.222.222

I+(a!$o !onside%ado 124 4 4

Tens#o na %egi#o !%.$i!a solda

de ile$e no ( do en%ie!edo%50&1 MPa 125& MPa 125& MPa

Tens#o ad+iss.el na %egi#o!%.$i!a

12&2 MPa 56&7 MPa 11&5 MPa

Resul$ado A(%oada Re(%oada A(%oada

3 val or estimado +ara vida 8til


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5.CONCLUSES

Avaliando-se as informaes da reviso bibliogrfica e os resultados obtidos

com a realizao do exemplo de clculo pode-se enunciar as seguintes concluses:

Aconselha-se que sejam seguidas as indicaes do item 12.2 do Design Guide

7 do AISC, principalmente aquelas referentes a importncia da execuo de

soldas de penetrao total na ligao entre a alma e a mesa superior, e entre o

enrijecedor e a mesa superior das vigas de rolamento, com o intuito de que

sejam evitados problemas de fadiga que por muitas vezes no so contabilizadosna fase de clculo.

Avaliando-se os resultados obtidos, percebe-se que o valor adotado para o

coeficiente de impacto vertical (escolhido em funo do tipo de ponte rolante que

ir atuar sobre as vigas de rolamento) exerce influncia direta sobre as tenses

atuantes nestas vigas, uma vez que sua aplicao objetivada na amplificao

dos momentos gerados pela passagem das cargas mveis.

Outro ponto de grande influncia nos resultados obtidos para fadiga o

nmero de ciclos de trabalho adotado para as vigas de rolamento, conforme

pode-se perceber pelos resultados obtidos nos clculos.

Quando do clculo de vigas de rolamento com a ABNT NBR 8800:2008, em

que o nmero de ciclos de carregamentos no seja previamente conhecido, como

a norma no apresenta nenhum valor de referncia para tal parmetro aconselha-

se (a favor da segurana) que seja tomado como referncia o nmero de ciclos

indicados pela CMAA 70, em funo da classe da ponte rolante.

6.CONTINUIDADE DO TRABALHO

Com o objetivo de enriquecer o contedo e complementar as informaes

apresentadas no presente trabalho, pretende-se realizar em estudos futuros as seguintes

atividades:

Verificao a fadiga das vigas de rolamento pela norma BS EN 1993-1-9:2005


17/17

Incluso das consideraes sobre os ensaios de fabricao necessrios para as

vigas de rolamento

Realizao de anlises numricas para a avaliao do grau de influncia da

flexo localizada gerada pela passagem das rodas da ponte rolante indicada pelo

item 12.2 do Design Guide 7 do AISC.

7.REFERNCIAS

ABNT NBR 8800:2008 Projeto de estruturas de ao e de estruturas mistas de ao e

concreto de edifcios.Rio de Janeiro, 2008.

ANSI/AISC 360-10 - Specification for Structural Steel Buildings. Chicago, Illinois,

June 2010.

ANSYS,Inc. Chapter 14: Fatigue. Release 11, 2009.

Design Guide do CISC. Guide for the Design of Crane-Supporting Steel Structures Second Edition.Niagara Falls, Ontario, August 2009.

Design Guide 7, Steel Design Guide 7. Industrial Buildings: Roofs to Anchor Rods -Second Edition.Milwaukee, Wisconsin, March 2005.

PRAVIA, Zacarias M. C. Estabilidade de Estruturas de Pontes Metlicas comFraturas.Tese de Doutorado. UFRJ - COPPE. Fevereiro de 2003.

SCHIJVE, Jaap. Fatigue of Structures and Materials. Dordrecht, The Netherlands:

Kluwer Academic Publishers, 2001.

STEPHENS, R.I.; FATEMI, A.; STEPHENS, R.R.; FUCHS, H.O. Metal Fatigue inEngineering- Second Edition. USA: John Wiley & Sons, Inc., 2001.

CSA S16-01 Limit States Design of Steel Structures. Mississauga, Ontario, June2003.

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Dimensionamento de Vigas de Rolamento