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Ministério da EducaçãoUniversidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus BrancoEngenharia Civil
ANDERSON LUCAS DA ROCHA PONTES
BARBARA PASTRE PEREIRA
FERNANDA TOMASI
VIVIANE DE PAULA MIOTTO
CONSTRUÇÕES METÁLICAS
MEMORIAL DESCRITIVO
PATO BRANCO
2013
MEMORIAL DESCRITIVO
CONSTRUÇÕES METÁLICAS – GINÁSIO POLIESPORTIVO
1. OBJETIVO
Este memorial descritivovisa discorrer sobre as diretrizes necessárias
para o dimensionamento de um ginásio poliesportivo de uma escola, que será
construído em estrutura metálica.
2. DESCRIÇÃO DO PROJETO
O projeto consiste em um ginásio poliesportivo em estrutura metálica
com dimensões de 46,4 metros de comprimento por 31,4 metros de largura e
um pé direito de 10 metros com área total a ser construída de 1456,96 m²,
como mostrado na Figura 1. A obra será executada na cidade de Pato Branco
– PR.
Figura 1: Planta baixa do ginásio
Fonte: Autores, 2013
A elevação será executada conforme a Figura 2.
Figura 2: Elevação do ginásio
Fonte: Autores, 2013
3. MODELO ESTRUTURAL
O modelo estrutural deste projeto consiste em uma estrutura formada
por pilares com perfil laminado IW200x41,7mm. A estrutura da cobertura é
constituída por treliças, terças e barras de contraventamento, sendo a treliça
composta pela estrutura emperfilU75x40x2,66mm simples formado a frio, as terças
são compostas por perfil Ue150x60x20x2,66mm enrijecido formado a frio e as barras de
contraventamento tem sua estrutura constituída por tirantes de aço.
4. CARGAS
As cargas que exercem esforços sobre a estrutura são devidas as
forças de vento e também devido ao peso próprio de cada elemento da
estrutura da cobertura.
4.1 Forças de Vento
4.1.1. Pressões Externas
As cargas geradas a partir forças devidas à ação estática do vento
foram calculadas segundo a NBR 6123:1988 – Forças devidas ao vento em
edificações. Também para auxiliar no desenvolvimento dos diagramas
referentes às pressões exercidas sobre a estrutura, utilizou-se o programa
Visual Ventos.
Conforme tal norma, o procedimento para o cálculo das forças devidas
ao vento inicia com a determinação da velocidade característica do vento,
segundo a equação1:
V k=V 0∗S1∗S2∗S3 (Eq. 1)
Onde:
Vk: Velocidade característica (m/s)
V0: Velocidade básica (m/s)
S1: Fator topográfico.
S2: Rugosidade do terreno.
S3: Fator estatístico.
A velocidade básica Vké obtida através do gráfico das isopletas,
apresentado na NBR 6123/88. Neste caso, como a obra será executada na
cidade de Pato Branco, o valor de V0 é de 46 m/s ou 165,6 km/h.
O fator topográfico S1leva em consideração as variações do relevo do
terreno. Como este projeto trata de um ginásio poliesportivo, o fator topográfico
considerado é de um terreno plano ou fracamente acidentado: S1= 1,0.
O fator S2, referente à rugosidade do terreno, é determinado de acordo
com a superfície do terreno e das dimensões da edificação. Em relação às
condições do terreno, adotou-se como sendo de Categoria IV, considerando
um terreno coberto por obstáculos numerosos e pouco espaçado, como zonas
de parques q bosques, cidades pequenas e seus arredores, entre outros. Para
as dimensões da edificação adotou-se como Classe B, sendo, portanto, sua
maior dimensão horizontal entre 20m e 50m.
O cálculo de S2, é feito com base na equação 2. Os valores dos
parâmetros Fr, b e p, são obtidos através da Tabela 1 da NBR 6123/88, que
relaciona a classe e a categoria adotada. A partir desta tabela, definiram-se os
valores de Fr, b e p como sendo 0,98, 0,85 e 0,13, respectivamente.
S2=b∗F r∗( z10 )p
(Eq. 2)
O valor obtido para o coeficiente S2 é de 0,86.
O fator S3 é baseado em conceitos estatísticos, considerando o grau de
segurança requerido e a vida útil da edificação. Considerando que, um ginásio
pode ser utilizado como abrigo em casos de emergências ou situações de
desastres ambientais, o mesmo se enquadra no Grupo 1, onde edificações cuja
ruína total ou parcial pode afetar a segurança ou a possibilidade de socorro a
pessoas após uma tempestade destrutiva, tem-se o valor de 1,10.
Assim, a velocidade característica é da ordem de:
V k=46∗1,0∗0,86∗1,10
V k=43,79m /s
Com a velocidade característica é possível determinar a pressão
dinâmica (q), apresentada na Tabela 1, que é de extrema importância, pois é
utilizada como padrão para obter a pressão estática total. A pressão dinâmica
(q) é obtida com base na equação 3.
qk=0,613∗V k2 (eq. 3)
Onde:
qk: pressão dinâmica (kgf/m²)
Vk: Velocidade característica (m/s)
Assim, o valor da pressão dinâmica é de 1,17 kN/m².
Em seguida, são determinados os coeficientes aerodinâmicos de
acordo com a geometria da edificação. A determinação dos coeficientes de
pressão externos para as paredes foi dada de acordo com as relações
geométricas para a obtenção do coeficiente de forma, conforme segue:
h (m) → altura do pé direito = 10,0m;
a (m) → maior dimensão = 46,4 m;
b (m) → menor dimensão = 31,4 m;
h/b = 0,32;
a/b = 1,48.
Nas figuras abaixo, são apresentados os gráficos gerados a partir do
Visual Ventos, representando as pressões externas em cada parede, com
ventos à 90º e 0º.
a) b)
Figura 3: Pressões externas nas paredes decorrente de a) ventos à 0º e b) ventos à
90º
Fonte: Autores, 2013
Para determinar os valores da pressão externa no telhado, utilizou-se a
Tabela 5 da NBR 6123/88, que discorre sobre os coeficientes de pressão e de
forma, externos, para telhados com duas águas simétricas em edificações de
planta retangular. Com uma inclinação do telhado de 6º, e uma relação h/b
tem-se o valores de Ce e Cpe médio, conforme na Figura 4.
Figura 4: Tabela 5 da NBR 6123/88
Fonte: Adaptado deNBR 6123, 1988
Desta forma, os valores para os coeficientes de pressão são obtidos
através de interpolação linear, resultando em um Cpe médio de -0,9.
Também foram gerados os diagramas de pressão externa na
cobertura, como mostrado na Figura 5. Na Figura 6 tem-se o diagrama final do
Cpe médio.
a) b)
Figura 5: Pressões externas na cobertura decorrente de a) ventos à 0º e b) ventos à
90º
Fonte: Autores, 2013
Figura 6: Resultado final do Cpe médio
Fonte: Autores, 2013
4.1.2. Coeficientes de pressão interna
Conforme a NBR 6123/88, se uma edificação for totalmente
impermeável ao ar, sua pressão interior não irá sofrer interferência da
velocidade da corrente de ar externa. Porém, somente podem ser considerados
impermeáveis elementos construtivos sem nenhuma abertura, tais como lajes,
paredes de alvenaria e afins. Assim, os demais elementos são considerados
permeáveis, sendo o índice de permeabilidade de uma parte de uma edificação
definido pela NBR 6123/88 como a relação entre a área das aberturas e a área
total dessa parte.
Para este projeto, que se trata de uma construção em aço, com
aberturas de grandes dimensões, adota-se os coeficientes presentes no item
6.2.5, no parágrafo a, da norma acima citada. Este parágrafo trata das faces
permeáveis, considerando duas faces opostas igualmente permeáveis,
resultando em:
Vento perpendicular a uma face permeável: cpi = +0,2;
Vento perpendicular a uma face impermeável: cpi = - 0,3;
A pressão interna resultante pode ser observada nas Figuras7 e 8.
Figura 7: Vento perpendicular às faces da edificação com vento à 0º
Fonte: Autores, 2013
Figura 8: Vento perpendicular às faces da edificação com vento à 90º
Fonte: Autores, 2013
Feita a determinação dos coeficientes de pressão interna e externa,
pode-se determinar a força devida à ação do vento. Esta força depende da
diferença entre as pressões da face interna (ΔPi ¿ e externa(ΔPe ), estas obtidas
pela combinação das pressões para ventos soprando a 90º e 0º, conforme a
Equação 4.
ΔP=ΔPe−ΔPi (Eq. 4)
Usando os carregamentos mais desfavoráveis, foi possível determinar
os esforços atuantes na estrutura, decorrentes das ações do vento, conforme a
Figura 9.
(a) (b)
Figura 9: Carregamento na estrutura, decorrentes das ações do vento em a) Cpi=0,2,
vento 0°; b) Cpi=0,2, vento 90°; c) Cpi=-0,3, vento 0°; d) Cpi=-0,3, vento 90°;
Fonte: Autores, 2013
4.2 Peso próprio da estrutura
4.2.1Cobertura
Visando um melhor conforto térmico e acústico, a cobertura será
executada com telhas Termoacústicas Eternit. Estas telhas são indicadas
também para regiões com elevada concentração de umidade no ar. A telha
empregada é do tipo sanduíche, composta por uma telha superior, isolante e
telha inferior, conforme Figura 10.
Figura 10: Telha Sanduíche Termoacústica
Fonte: Eternit, 2013
As telhas escolhidas para utilizar no projeto são formadas por duas
telhas trapezoidais 40, tipo TMTP - 40, com um enchimento de Poliestireno
Expandido.
A partir do manual da Eternit, fabricante da telha, e do manual da
ABCEM (Associação Brasileira da Construção Metálica),têm-se informações
referentes a tais telhas. Com base na NBR 11752:2007, que trata do uso de
materiais celulares de poliestireno para isolamento térmico na construção civil,
conseguimos recolher as informações necessárias sobre o enchimento de
Poliestireno Expandido da telha sanduiche. Desta forma, elaborou-se a Tabela
1, conforme segue abaixo, embasados pelo manual disponível pelo fabricante.
Espessura (m):
Largura Total (m):
LarguraÚtil (m):
Peso (kg/m2)
Dist.entre apoios (m):
Inclinação Mín. (°):
Nº de apoios
0.00043 1.04 0.98 4.17 2 5 2
Tabela 1:Propriedades telha trapezoidal 40
Fonte: Eternit, 2013
Na Tabela 2, são apresentadas as propriedades do poliestireno
expandido, que serão utilizadas para o cálculo da carga proveniente da
cobertura na estrutura.
Espessura(m)
Peso(kg/m3)
Peso por m2(Kg/m2)
0.03 13 0.39
Tabela 2:Propriedades poliestireno expandido
Fonte: NBR 11752
A partir destes valores podemos determinar que o peso próprio das
telhas é da ordem de 8,73 kg/m2.
Assim, chegamos à Tabela 3, onde serão mostrados os dados
referentes as propriedades das telhas termoacústicas (ou sanduíche).
Espessura (m)
Largura Total (m)
LarguraÚtil (m)
Peso telhas (kg/m2)
Peso telhas (N/m2)
Dist.entre apoios (m)
Inclinação Mín. (°)
0.03086 1.04 0.98 8.73 87.3 2 5Tabela 3:Propriedades telha sanduíche
Fonte: Autores, 2013
4.2.2 Terças
Para as terças são formadas por perfis Ue150x60x20x2,66mm formados a frio
temos as seguintes especificações fornecidas pelo fabricante das peças
metálicas.
Alma (bw)
Mesa(bf)
Enrigecedor Espessura Área da Seção (A)
Peso Jx Wx Ix Jy Wy Iy
mm mm mm mm cm² Kg/m cm4 cm³ cm cm4 cm³ cm150 60 20 2,66 7,69 6,04 263,1 35 5,85 37,42 9,15 2,21
Tabela 4:Propriedades perfil U
Fonte: Skylight, 2013
A partir destes dados, temos que o peso por metro das barras com
esse perfil e de 6.04 kg/m.
4.2.3Treliças
As treliças serão feitas com barras de perfis U75x40x2,66mm simples,
formado a frio, com as seguintes especificações fornecidas pelo fabricante das
peças metálicas.
Alma (bw)
Mesa (bf)
Espessura (t)
Área da Seção (A) Peso Jx Wx Ix Jy Wy Iy
mm mm mm cm² Kg/m cm4 cm³ cm cm4 cm³ cm75 40 2,66 3,84 3,01 33,5 8,9 2,95 6,2 2,17 1,26
Tabela 4:Propriedades perfil Ue
Fonte: Skylight, 2013
A partir destes dados, temos que o peso por metro das barras com
esse perfil e de 6.04 kg/m.
O levantamento de carga na treliça devido ao peso próprio e a
sobrecarga devido a ação dos ventos esta apresentado no anexo A.
4.2.4Barras de Contraventamento
As barras de contraventamento serão constituídas por barras de aço.
5. MATERIAIS EMPREGADOS
Os materiais utilizados deverão satisfazer às normas, especificações
métodos, padronizações e simbologia da ABNT.
ANEXO A
Determinação dos esforços nos nós da treliça
Área de influência Comprimentotesoura Telha Terça Perfiltreliça Vento
Nó Largura (m) Comprimento (m) m Kg/m² Kg/m Kg/m KN/m²
A 1.01 5.4 1.01 8.73 6.04 3.01 -1.5
B 2.02 5.4 2.02 8.73 6.04 3.01 -1.5
C 2.02 5.4 2.02 8.73 6.04 3.01 -1.5
D 2.02 5.4 2.02 8.73 6.04 3.01 -1.5
E 2.02 5.4 2.02 8.73 6.04 3.01 -1.5
F 2.02 5.4 2.02 8.73 6.04 3.01 -1.5
G 2.02 5.4 2.02 8.73 6.04 3.01 -1.5
H 2.02 5.4 2.02 8.73 6.04 3.01 -1.5
I 1.42 5.4 1.42 8.73 6.04 3.01 -1.5
J 1.42 5.4 1.42 8.73 6.04 3.01 -0.71
K 2.02 5.4 2.02 8.73 6.04 3.01 -0.71
L 2.02 5.4 2.02 8.73 6.04 3.01 -0.71
M 2.02 5.4 2.02 8.73 6.04 3.01 -0.71
N 2.02 5.4 2.02 8.73 6.04 3.01 -0.71
O 2.02 5.4 2.02 8.73 6.04 3.01 -0.71
P 2.02 5.4 2.02 8.73 6.04 3.01 -0.71
Q 2.02 5.4 2.02 8.73 6.04 3.01 -0.71
R 1.01 5.4 1.01 8.73 6.04 3.01 -0.71
Determinação dos esforços nos nós da treliça - continuação
InclinaçãoCobertura Peso Próprio Carregamentos do Vento Para o caso Carregamentosfinais
Nó (°) kN X (kN) Y (kN) γg γq X Y
A 9 -0.8327 1.279790358 8.0803 1.25 1.4 1.792 10.272
B 9 -1.3392 2.559580717 16.1606 1.25 1.4 3.583 20.951
C 9 -1.3392 2.559580717 16.1606 1.25 1.4 3.583 20.951
D 9 -1.3392 2.559580717 16.1606 1.25 1.4 3.583 20.951
E 9 -1.3392 2.559580717 16.1606 1.25 1.4 3.583 20.951
F 9 -1.3392 2.559580717 16.1606 1.25 1.4 3.583 20.951
G 9 -1.3392 2.559580717 16.1606 1.25 1.4 3.583 20.951
H 9 -1.3392 2.559580717 16.1606 1.25 1.4 3.583 20.951
I 9 -1.0383 1.799309217 11.3604 1.25 1.4 2.519 14.607
J 9 -1.0383 0.851673029 5.3773 1.25 1.4 1.192 6.230
K 9 -1.3392 1.211534873 7.6493 1.25 1.4 1.696 9.035
L 9 -1.3392 1.211534873 7.6493 1.25 1.4 1.696 9.035
M 9 -1.3392 1.211534873 7.6493 1.25 1.4 1.696 9.035
N 9 -1.3392 1.211534873 7.6493 1.25 1.4 1.696 9.035
O 9 -1.3392 1.211534873 7.6493 1.25 1.4 1.696 9.035
P 9 -1.3392 1.211534873 7.6493 1.25 1.4 1.696 9.035
Q 9 -1.3392 1.211534873 7.6493 1.25 1.4 1.696 9.035
R 9 -0.8327 0.605767436 3.8247 1.25 1.4 0.848 4.314
43.308 245.322
CarregamentoPilares Axial Lateral
Direita 147.6 251
Esquerda 97.8 266.6
Figura 11: Treliça Metálica- nós
Fonte: Ftool, 2013
Figura 12: Treliça Metálica com carregamentoFonte: Ftool, 2013
Figura 13: Esforços normais resultantes devido ao carregamento – parte esquerda da treliça
Fonte: Ftool, 2013
Figura 14: Esforços normais resultantesdevido ao carregamento – parte direita da treliça
Fonte: Ftool, 2013
Figura 15: Esforços normais resultantes devido ao carregamento – detalhe central da treliça
Fonte: Ftool, 2013