ANÁLISE DE ESFORÇOS ATUANTES DE PRESSÃO E SUCÇÃO EM UM GALPÃO METÁLICO DEVIDO A AÇÃO DO VENTO

1. RESUMO

Os galpões metálicos são estruturas comumente utilizadas para estabelecimentos comerciais, industriais e armazenamento de produtos, após o processo de fabricação. Estas edificações industriais são submetidas a cargas permanentes e variáveis, estas últimas devido às ações acidentais e às ações do vento sobre os seus planos de fechamento, lateral e cobertura, sobre efeito de sobrepressão e sucção.

Este trabalho apresenta um estudo de caso sobre o comportamento de um galpão industrial sob efeito da sucção e sobrepressão devido à ação do vento na cobertura, considerando este carregamento variável atuando como carregamento estático de acordo com a NBR 6123/1988 e considerações de cálculo obtidos com o auxílio do software Visual Ventos 2.0.2. Criou-se três diferentes modelações do contraventamento, com o auxílio do software SAP 2000, das quais se diferenciaram apenas a disposição dos tirantes para as formas de X, K e V no plano da cobertura, analisando os deslocamentos horizontais, os deslocamentos verticais e os esforços axiais.

Os esforços resultantes da sucção do vento se alteram à maneira que a configuração dos tirantes no contraventamento muda. Nesse sentido, comparou-se as três modelações do contraventamento, para as situações analisadas, verificando qual disposição dos tirantes melhor atende à segurança e estabilidade global da estrutura de acordo com a NBR 8800/2008.

Palavras-Chave: Sucção, Contraventamentos, Estrutura de Cobertura.

ABSTRACT

Metal sheds are structures commonly used for commercial, industrial and product storage after the manufacturing process. These industrial buildings are subjected to permanent and variable loads, the latter due to accidental actions and the actions of the wind on their closing, side and roof planes, overpressure and suction effect 

This work presents a study on the behavior of industrial sheds under the effect of suction and under pressure due to the action of the wind, considering this variable load acting as static load according to ABNT NBR 6123/1988 and considerations of calculation, analyzing three different models, which differ in the plot and position of the bracing with the structure of the plan of the deck in aid of the software SAP 2000®.  The efforts resulting from the wind suction change as the bracing configuration changes in the plane of the roof structure. According to ABNT NBR 8800/2008, for the situations analyzed, it was compared if the same metallic profile indicated for an element would meet the variations between the efforts, also verifying the displacements of the main gantry and of the purling.

Keywords: Suction, Bracing, Covering Structure.

2. INTRODUÇÃO

No Brasil, a história do uso de estruturas metálicas é recente. Foi no final do século XIX e início do século XX que o aço começou a ser utilizado, mas ainda na forma de estruturas pré-fabricadas importadas para atender à demanda crescente por pontes e edifícios. Apenas a partir do início de operação da Companhia Siderúrgica Nacional – CSN, a primeira siderúrgica integrada instalada no país, em 1946, é que o aço importado passou a ser substituído pelo produto de fabricação nacional.

Segundo o Centro Brasileiro de Construção em Aço (CBCA, 2015), o aço produzido no Brasil tinha como destino prioritário o setor industrial, que crescia impulsionado pela ênfase na política de substituição de importações e pelo crescimento do setor automotivo. Assim, desde o início do século passado, a construção civil no Brasil se desenvolveu privilegiando o concreto e a alvenaria, tendo como característica o uso intensivo de mão de obra, principalmente, a de baixa qualificação.

Os galpões ou edifícios industriais, geralmente, são construções em aço, de um único pavimento, constituídos de sistemas estruturais compostos por pórticos regularmente espaçados, com cobertura superior apoiada em sistemas de terças e vigas ou tesouras e treliças.

Estima-se que atualmente a maior parte das construções em aço no Brasil seja de estruturas simples, como as coberturas e as estruturas de um único pavimento. Neste importante segmento, os galpões lideram as construções, apresentando soluções econômicas e versáteis para uma larga faixa de vãos e uma infinidade de aplicações no comércio e na indústria.

É nos galpões industriais que a estrutura metálica de aço apresenta sua aplicação mais frequente em nosso país. Tal fato deve-se à exigência de grandes vãos livres, em que a estrutura metálica se apresenta como solução mais econômica se comparada à estrutura de concreto armado. REBELLO (2007, p. 99)

Estas edificações são projetadas normalmente sendo submetidas a ações de cargas permanentes e variáveis. As ações permanentes envolvem o peso próprio da estrutura e o peso dos materiais de acabamento; são usualmente fáceis de serem tratadas, pois dependem somente das seções transversais e dos elementos que compõem a estrutura metálica dos galpões.

Já as ações variáveis, tais como sobrecarga vento ou outras causas, apresentam um maior grau de dificuldade. As cargas dinâmicas de vento podem ser consideradas cargas estáticas respeitando as condições da ABNT NBR 6123/1988 – Forças de vento em Edificações.

No entanto, a estabilidade e segurança estrutural em projetos de edificação podem ser colocadas em risco quando as ações do vento não são consideradas devidamente, podendo assim levar a estrutura ao colapso global ou parcial devido à composição de forças do vento internas e externas à edificação. Por serem estruturas amplas e leves e, muitas vezes altamente permeáveis ao ar externo, são facilmente atingidas pela as cargas de vento.

Sob efeito de sobre pressão do vento, as telhas da cobertura se apoiam sobre as terças e o carregamento é distribuído pelos elementos estruturais de forma equilibrada, mas quando o vento provoca sucção na estrutura, os pontos solicitados serão os pontos de amarração entre telhas metálicas e o plano da estrutura gerando solicitações de esforços variáveis a partir da configuração da amarração.

O contraventamento tem finalidade de aumentar a rigidez da construção é um dos sistemas de proteção da edificação contra a ação do vento, tem a função de impedir deslocamentos transversais nos nós da estrutura, transferindo os esforços para os nós fixos de apoio.

2.1. Justificativa

Faz-se notório a importância da realização de várias análises estruturais sob a atuação do vento e sob o efeito de sucção e pressão na estrutura metálica, ações do vento oferecem grandes riscos à estabilidade estrutural. Estas ações, normalmente preponderantes atuam de forma geral em estruturas leves, sendo assim quando não devidamente previstas e calculadas com o seu fator de segurança correto, podem até levar ao colapso global ou parcial da estrutura, devido às forças do vento externas e internas à edificação.

Nesse sentido este trabalho pretende verificar se o telhado do galpão metálico avaliado, sob esforços atuantes de pressão e sucção devido a ação do vento, atende aos parâmetros de segurança e estabilidade estrutural estabelecidos pela NBR 6123/1988.

2.2. Objetivos

2.2.1. Objetivo Geral

Objetivo geral desse trabalho é realizar uma análise estrutural sob a atuação do vento e sob efeito de pressão e sucção na estrutura metálica da cobertura de um galpão de uso geral, com a finalidade de analisar comparativamente o uso dos tirantes na estabilidade e na segurança da estrutura, este é um estudo de caso considerando os diferentes tipos de contraventamento na estrutura de cobertura de um galpão, obedecendo as variações de velocidades e posição do vento estabelecidas pela NBR 6123/1988.

2.2.2. Objetivos Específicos

Os objetivos específicos são:

• Calcular a ação do vento, pressão e sucção, verificando a estabilidade e segurança da cobertura conforme determina a NBR 6123/1988 a partir do programa computacional Visual Ventos.
• Analisar os esforços resultantes no sistema de contraventamento da cobertura de um galpão metálico devido ao efeito do vento, por meio de análise utilizando as ferramentas computacionais SAP 2000.
• Realizar a verificação comparativa da deformação da estrutura do contraventamento, de três modelos diferentes de contraventamento com o auxílio do software SAP 2000.

3. INTRODUÇÃO TEÓRICA

3.1. O aço na construção civil

A constante busca da engenharia por inovação e desenvolvimento com economia, redução do tempo das obras e eficiência foi responsável pela introdução do aço na construção civil. O primeiro material siderúrgico a ser utilizado em estruturas, o ferro fundido, data do século XVIII, como se pode observar na figura 1 foi aplicado na ponte Coalbroockdale, sobre o rio Severn, na Inglaterra, possuindo um vão de 30 metros.

Figura 1 - Ironbrige

Fonte: Vincent (2010)

Segundo Rebello (2007) o aço já era conhecido pelos egípcios, romanos e chineses desde a antiguidade, porém apenas no século XIX surge a metalurgia - arte e ciência que estuda os metais e suas ligas a partir de seus minerais, de sua elaboração e de seu tratamento. Com o desenvolvimento tecnológico, econômico e social provenientes da Revolução Industrial surge, então, a necessidade da construção de espaços com grandes vãos livres e é nesse momento que o aço ganha relevância por ser um material resistente.

A estrutura de aço é, portanto, a mais adequada às obras em que há a necessidade de vencer grandes vãos, como é a situação de ginásio de esportes, estádios, centros de compras, galpões e hangares, ou grandes alturas, como em edifícios altos, além disso, por causa do menor peso próprio da estrutura, o uso do aço é vantajoso quando as condições do solo são pouco favoráveis para a fundação. FAKURY (2016, p. 4)

Segundo o Instituto de Engenharia (2015) mais de 3 mil tipos de aço são conhecidos atualmente e da qual uma parte é destinada exclusivamente a construção civil, seguindo suas especificidades e exigências. Nas edificações o aço pode ser empregado na estrutura base ou na forma de armaduras, sendo uma saída inteligente, pois as seções de pilares e vigas de aço são mais reduzidas do que as equivalentes em concreto, o resultado é percebido pela melhor utilização do espaço disponível e aumento da área útil do projeto.

O uso de estruturas de aço conta com inúmeras vantagens. Por ser um material flexível em processo estrutural, onde o seu uso garante a liberdade para criar o que se imaginar, assim, diversas construtoras estão investindo no uso do aço no processo estrutural de casas, prédios e outras construções. Desta forma, vemos necessário relacionar algumas vantagens e pontos positivos das estruturas em aço.

Conforme o Centro Brasileiro da construção em Aço - CBCA (2014), o uso de estruturas em aço pode reduzir em até 40% o tempo de execução quando comparado com os processos convencionais, devido ao fato de serem usadas peças pré-fabricadas, à possibilidade de se trabalharem diversas frentes de serviço simultaneamente, à diminuição de fôrmas e escoramentos e a uma maior independência em relação aos fatores climáticos.

Figura 2 - Gráfico comparativo de tempo/ construção

Fonte: Autores (2020)

Em construções convencionais, há a necessidade de grandes depósitos de areia, brita, cimento, madeiras e ferragens no canteiro de obras, o que não acontece nas construções com estruturas metálicas, visto que elas são totalmente pré-fabricadas. Assim, há uma maior organização e limpeza do canteiro, além de reduzir a produção de entulhos e de garantir maior segurança aos trabalhadores, diminuindo o número com acidentes e incidentes decorrentes desses problemas.

Em uma construção convencional, o desperdício de materiais chega a 25% em peso. Em contrapartida, a estrutura metálica permite que esse desperdício seja sensivelmente reduzido, devido à adoção de sistemas industrializados.

Por ser uma estrutura pré-fabricada, sua produção ocorre sob um rígido controle existente durante todo o processo industrial, com utilização de uma mão-de-obra altamente qualificada, o que dá ao cliente a garantia de uma obra com qualidade superior.

Conforme Rebello (2007), as vigas metálicas apresentam uma altura referente a 60% das vigas de concreto, o que proporciona diversas vantagens: menor pé-direito, resultando em menor área de acabamento; altura final do edifício em aço fica menor que um edifício de estrutura em concreto, podendo até viabilizar um edifício com a maior quantidade de andares dentro do mesmo gabarito, menores dimensões dos elementos estruturais de acordo como mostra a tabela 1, obtendo assim menor peso próprio da estrutura, o que resulta em menor carga nas fundações, possibilitando fundações mais econômicas.

Tabela 1 - Comparativo resistência de materiais estruturais convencionais

Fonte: Yopanan (2007)

Segundo a Arquitetura & Aço (2012), além de ser extremamente versátil e durável, o aço está em perfeita sintonia com o conceito de desenvolvimento ambientalmente sustentável, por ser um material infinitamente reciclável, podendo, esgotada a vida útil de uma edificação, retornar aos fornos sob forma de sucata e se renovar sem perda de qualidade. A construção com estruturas em aço utiliza tecnologia limpa, reduz sensivelmente os impactos ambientais na etapa de construção e, concluída a obra, garante segurança e conforto aos ocupantes da edificação.

3.2. Composição química e propriedades do aço

Segundo Maringoni (2004) O ferro é um elemento abundante na natureza, normalmente encontrado sob a forma de óxidos. As matérias primas passam por um processo que envolve a redução do óxido de ferro a ferro gusa em alto forno para, então, passar por um processo de refinaria no qual adiciona-se cobre, níquel, cromo e outros elementos. Inúmeros tipos de aço, possuindo variações quanto à dureza, resistência mecânica, ductilidade e resistência a corrosão, são obtidos a partir do controle do teor de carbono em sua composição química. Na figura 3 pode-se observar e entender melhor o processo de produção do ferro, seja com o reaproveitamento de sucata ou apenas com o minério de ferro extraído da jazida.

 Figura 3 - Modelo de produção do aço

 Fonte: Instituto Aço Brasil (2015)

Para o Instituto Aço Brasil (2015) a fabricação do aço pode ser dividida em quatro etapas: preparação da carga, redução, refino e laminação.

Como se pode visualizar na figura 3, inicialmente grande parte do minério de ferro (finos) é aglomerada utilizando-se cal e finos de coque, resultando em sinter, e o carvão é processado na coqueria e transformando-se em coque. Logo após, as matérias-primas, já preparadas, são carregadas no alto forno, onde o oxigênio aquecido a uma temperatura de 1000ºC é soprado pela parte de baixo do alto forno. Quando o carvão entra em contato com o oxigênio é gerado calor suficiente para fundir a carga metálica, dando início ao processo de redução do minério de ferro em um metal líquido conhecido como ferro-gusa. Em seguida, parte do carbono é removido juntamente com impurezas contidos no gusa líquido ou sólido e a sucata de ferro e aço são transformados em aço líquido pelas aciarias a oxigênio ou elétricas. Nessa etapa, para a produção de semi-acabados, lingotes e blocos, a grande parte do aço líquido é solidificada em equipamentos de lingotamento. Por fim, esses semi-acabados, lingotes e blocos são processados pelos equipamentos laminadores, onde são transformados em produtos siderúrgicos.

Um aço deve ter uma composição química compatível com sua utilização, isto é, as propriedades desse aço devem garantir que ele está sendo usado de modo que se tem plena confiança de que ele desempenhará corretamente suas funções desejadas. Assim, durante sua utilização, ele não causará transtornos, tais como: ruptura, deformação excessiva devido a esforços mecânicos, oxidação ou corrosão em ambientes ou meios especiais, ou desgaste em ambientes abrasivos. SOUZA (1989, p.1)

Para que seja fabricado o aço especificado, a diferença está no refinamento do ferro fundido, etapa está em que são adicionados elementos de liga. A adição de elementos e liga é feita em pequenas porcentagens, para que o aço produzido obtenha as características exigidas na especificação desejada.

Fakury et al. (2016) afirmam que no Brasil os aços estruturais mais utilizados são classificados em acordo com a composição química: aços-carbono, aços de baixa liga e alta resistência mecânica. Além disso esses aços podem ser resistentes à corrosão atmosférica normal ou acima da normal.

Os aços-carbono possuem um teor de carbono entre 0,15%, 0,29% no máximo 1,5% de manganês, também costumam ter silício, cobre, fósforo e enxofre. Devido ao carbono esse tipo de aço apresenta uma resistência mecânica média, de até 300MPa. Conforme se observa na figura 4, ela nos traz um mapa das possíveis ligas metálicas ferrosas e não ferrosas como também suas sub famílias: aços e ferro fundidos e suas aplicações.

Figura 4 - Ligas metálicas, ferrosas e não ferrosas

Fonte: Callister Júnior (1991)

Os aços de baixa liga e alta resistência mecânica possuem um teor de carbono entre 0,05% e 0,25% e menos de 2% de manganês. A composição também possui elementos que proporcionam uma resistência mecânica superior aos aços-carbono, entre esses elementos estão o cobre, o níquel, o cromo, o nióbio, o vanádio, o molibdênio, o titânio, etc. A resistência ao escoamento está entre 275MPa e 450MPa.

Os aços-carbono e os aços de baixa liga e alta resistência mecânica podem conter elementos como cobre e níquel que lhes conferem uma resistência à corrosão superior à normal. Nestes aços ocorre a formação de uma fina camada de óxidos, de cor castanho-alaranjada, também chamada de pátina, e funciona como proteção anticorrosiva, isto não quer dizer que esses aços são imunes à corrosão, mas que levam maior tempo que os demais aços para perder sua espessura. No quadro 1 pode-se observar as propriedades e definições de cada característica do aço.

Quadro 1 - Propriedades do aço

Fonte: Adaptado de Pinheiro (2005)

Nas palavras de Souza (1989), existem algumas formas de se obter aços com uma resistência mecânica mais elevada, isto é, com maior dureza e resistência. Ao aumentar a dureza dos aços diminui-se sua ductibilidade e vice-versa: quanto menor a dureza do aço, maior a sua ductibilidade. Outra propriedade importante, citada por Souza, é a tenacidade que é a capacidade do material de absorver energia dinâmica sem se romper.

Pinheiro (2005) afirma que quando um corpo de prova de aço dúctil é solicitado ao esforço normal de tração pode-se obter números para determinação das propriedades mecânicas dos aços estruturais: módulo de elasticidade, coeficiente de Poisson, coeficiente de dilatação térmica, peso específico e módulo de elasticidade transversal. Como se pode ver, na tabela 2 constam propriedades mecânicas e estruturais do aço obtidas a partir do ensaio de tração simples.

Tabela 2 - Propriedades dos aços estruturais

Fonte: Adaptado de Hibbeler (2004)

Dentre os aços-carbono mais utilizados na construção civil destaca-se como mais conhecido e utilizado o ASTM A36, ASTM é a abreviação de American Society for Testing and Materials (Sociedade Americana de Testes e Materiais), que é classificado como um aço carbono de média resistência mecânica, possuindo resistência ao escoamento aproximadamente de 250 Mpa.

O ASTM-A36 tem como característica o aço carbono com finalidade de utilização estrutural e em aplicações comuns. Suas principais aplicações são: estruturas metálicas em geral, serralheria, passarelas, máquinas e implementos agrícolas e implementos rodoferroviários. Entre os principais produtos destacam-se as Cantoneiras; Barras Redonda, Chata e Quadrada; e Perfis I, U e T.

No Brasil, para fins estruturais, são fabricados vários tipos de aço, que podem ser conhecidos mediante consulta à Norma Brasileira NBR 8800/86. Entre eles são mais comuns os aços apresentados a seguir:

• O Aço ASTM A-36, também conhecido como aço comum. É usado em perfis laminados, perfis de chapa dobrada e perfis de chapas soldadas;
•  O aço ASTM A-500 - GA (grau A), usado na fabricação de tubos;
• O aço ASTM A-570 - G33 (grau 33), usado na fabricação de perfis de chapa dobrada finos;
• O aço SAE 1020, usado para chapas planas, perfis de chapa dobrada e barras redondas.

3.3. Perfis estruturais de aço

Na construção civil do Brasil os perfis estruturais de aço mais utilizados podem ser classificados, segundo o modo de obtenção, como perfis laminados e perfis soldados, normatizados pela NBR 8800/2008. No entanto, além do grupo dos perfis laminados e dos perfis soldados há um terceiro grupo de perfis para uso estrutural, chamado Perfis Formados a Frio (PFF), conhecidos por perfis leves, normatizados pela NBR 14762/2010. Os perfis laminados são fabricados por meio de um processo de transformação mecânica, chamado laminação. Já os perfis soldados são aqueles formados por dois ou mais perfis laminados unidos entre sim por meio de solda elétrica, na figura 6 observa-se os principais tipos de perfis estruturais e seus nomes conforme a legenda: (a) barras, com diversas seções transversais (quadrada, redonda, chata); (b) chapas; (c) perfis estruturais laminados; (d) trilho; (e) tubo quadrado; (f) tubo redondo.

Figura 6 - Tipos de Perfis Estruturais

Fonte: Pfeil W. e Pfeil Michèle (2009)

Segundo Rebello (2007) denomina-se perfil estrutural à barra obtida por diversos processos e que apresenta a forma da seção com determinadas características geométricas que o qualifica para absorver determinados esforços.

Os perfis formados a frio (PFF) são feitos a partir da dobragem de chapas em temperatura ambiente, por dois processos distintos: descontínuo, com a utilização de prensa dobradeira/viradeira, ou contínua, por meio de perfiladeira. Geralmente o (PFF) possui espessuras a partir de 0,4mm, com limite estabelecido por norma até 8 mm, embora se possa ter perfis dobrados a frio até 19mm.

As barras redondas (item a – Figura 6) são obtidas por meio de cilindros com ranhuras, podendo ser lisas ou nervuradas. As barras lisas possuem diâmetro entre 6,35 mm e 88,9 mm, geralmente são empregadas como tirantes ou como elementos de contraventamento. Por outro lado, a barras nervuradas são comumente usadas para armadura de concreto e possuem diâmetro entre 5,00 mm e 40 mm.

Os tubos estruturais de aço (item f – Figura 6) são fabricados com seções circulares, quadradas e retangulares, e possuem grande variedade das dimensões, sendo fornecidos no comprimento padrão de 6.000mm, fabricados no processo de laminação a quente, a frio ou soldado.

Já os perfis de seção aberta, I, H, U e L (item c – Figura 6) são feitos por laminação a quente, de maneira similar às chapas, porém a partir de blocos. Quando há necessidade de seções transversais com dimensões maiores que a dos perfis laminados disponíveis são utilizados os perfis soldados. Os perfis soldados também são utilizados para se obter formatos especiais de seção transversal para se cumprir exigências estruturais ou arquitetônicas. Os perfis soldados mais comuns são o I e o H, constituídos por três chapas cortadas. Esses perfis são normatizados pela NBR 5884:2013. podemos ver vários tipos de perfis metálicos na figura 7.

Figura 7 - Tipos de perfis estruturais

Fonte: Dufer (Sem data)

3.4. Galpões industriais

Conforme o CBCA (2010) os galpões ou edifícios industriais normalmente são construções em aço de um único pavimento, formados por sistemas estruturais constituídos por pórticos regularmente espaçados, com cobertura superior apoiada em sistemas de terças e vigas ou tesouras e treliças, com grandes áreas cobertas e destinadas para uso comercial (lojas, estacionamentos, centros de distribuição, entre outros), uso industrial, agrícola ou outras aplicações.

Bellei (1998) afirma que um edifício industrial, normalmente, é uma construção de pavimento único pode ser construído com aço, madeira, concreto e alumínio com a finalidade de cobrir grandes áreas, como fábricas, oficinas, almoxarifados, depósitos, hangares.

Dentre os materiais que podem ser utilizados para a construção de um edifício industrial o aço se destaca por ser mais versátil. Os perfis laminados, soldados e conformados a frio são empregados na fabricação e podem ser utilizados para montagem no local da obra ou construído em partes para, posteriormente, ser levado para o local onde será montado.

Para Bellei (1998), os edifícios industriais podem ser em estruturas de vãos simples ou múltiplos, sendo as estruturas de vãos múltiplos para cobrir grandes áreas. Como mostra a figura 8 há diferentes tipos de cobertura estruturais empregadas em galpões metálicos.

Figura 8 - Tipos de coberturas estruturais

Fonte: Merigo (2012)

Existe também, no caso dos galpões, uma divisão quanto ao número de pórticos, a estrutura principal pode ser formada por pórticos simples (isolados) ou múltiplos, dependendo do vão a ser vencido. Os pórticos múltiplos são usados quando os espaços a serem cobertos são muito grandes, onde não é econômico usar um único pórtico, geralmente para vãos acima de 30m. como mostra a figura 9 os dois tipos de estruturas com pórticos.

Figura 9 - Classificação das Estruturas com Base no Número de Pórticos

Fonte: CBCA (2010)

Os galpões podem ser produzidos e montados no local da obra ou fabricados em partes na empresa especializada e, posteriormente, levados para o local onde serão montados. As montagens de estruturas metálicas se caracterizam pela rapidez, precisão, adaptabilidade e confiabilidade.

Segundo Rebello (2007), os principais componentes estruturais de um galpão industrial mais usuais são:

- Estrutura principal: pórticos

- Cobertura: tesouras, terças, telhas e lanternins

- Fechamento: longarinas e elementos para vedação ...

- Contraventamentos: horizontal e vertical.

Para um melhor entendimento dos elementos citados acima na figura 10 pode-se identificar a localização e função de cada elemento na estrutura.

Figura10 - Componentes estruturais de um galpão

Fonte: Pfeil W. (2009)

O sistema portante principal é o pórtico transversal formado pela associação rígida entre a viga de cobertura e as duas colunas. Esse pórtico deve resistir à força do vento nas fachadas longitudinais e na cobertura além das cargas gravitacionais.

As terças são vigas longitudinais dispostas nos planos da cobertura e destinadas a transferir à estrutura principal as cargas atuantes na cobertura, como peso do telhado e sobrepressões e sucções causadas pelo vento. O espaçamento entre as terças é definido pelas dimensões das telhas.

Os sistemas de contraventamento, segundo Pfeil Walter e Pfeil Michèle (2009), compõem sistemas treliçados e são feitos por barras associadas geralmente em forma de X compondo sistemas treliçados. Além de distribuir as cargas de vento, esses sistemas têm por objetivo principal fornecer estabilidade espacial ao conjunto.

3.5. Contraventamento

Para Bellei (1998) os contraventamentos são definidos como barras colocadas nas estruturas com o objetivo de assegurar a estabilidade do conjunto durante a fase de montagem e durante sua vida útil, dando uma rigidez espacial ao edifício. Bellei distingue os contraventamentos em horizontal e vertical, sendo os contraventamentos horizontais os que se encontram no plano das terças ou das cordas das tesouras ou vigas do pórtico e os contraventamentos verticais os que se encontram entre os pilares.

Pfeil Walter e Pfeil Michèle (2009) explicam que o contraventamento no plano horizontal é indispensável para estabilidade lateral do banzo superior da treliça, devido a ação das cargas gravitacionais é comprimido. O contraventamento tem por finalidade reduzir os comprimentos de flambagem que pode ocorrer nesses elementos comprimidos e consequentemente aumentar a resistência à compressão. Nesse sistema as terças trabalham transferindo as forças de contenção lateral para o treliçado do contraventamento.

Conforme Bellei (1998) afirma, para cobertura de edifícios industriais existe uma série de maneiras de dispor os contraventamentos. Na figura 11 pode-se observar um modelo de contraventamento nas cordas inferiores das tesouras para as colunas principais com espaçamento duplo e na figura 12 pode-se observar um modelo de contraventamento no plano das terças para um edifício industrial aporticado geminado.

Figura 11 - Contraventamento para colunas principais

Fonte: Bellei (1998)

Figura 12 - Contraventamento para edifício aporticado geminado

Fonte: Bellei (1998)

Os esforços internos nos elementos da treliça são invertidos quando há a predominância da sucção de vento na cobertura sobre as cargas gravitacionais e o banzo inferior passa a ser comprimido. Na figura 13 pode-se observar um esquema do contraventamento do banzo inferior comprimido pela sucção de vento.

Figura 13 – Contraventamento do banzo inferior comprimido

Fonte: Pfeil W. (2009)

Diferentemente dos contraventamentos horizontais, para Bellei (1998), os contraventamentos verticais são responsáveis pela condução das cargas superiores de vento e ponte rolante até as fundações, garantindo a estabilidade da estrutura. Como se pode observar na figura 14, normalmente os contraventamentos verticais entre pilares são dispostos de modo que o da parte inferir fique próximo ao meio do comprimento longitudinal, permitindo melhor dilatação do edifício.

Figura 14 – Contraventamento vertical entre pilares

Fonte: Belei (1998)

Segundo Franca (2003) os tipos de contraventamento que formam treliças verticais com triângulos “totais” em cada tramo são os mais eficientes. Nesses contraventamentos o treliçamento é formado por diagonais simples, treliçamento em “X”, em “V” e “V” invertido, conforme se pode ver na figura 15. Estes treliçamentos, normalmente são posicionados onde a circulação não é requerida devido ao seu elevado grau de obstrução.

Figura 15 – Contraventamentos formados por diagonais simples

Fonte: Franca (2003)

Franca (2003) afirma que muitas vezes o contraventamento tem que ser escolhido de modo que favoreça a abertura de vãos, sacrificando a eficiência na resistência dos esforços laterais. Estes contraventamentos menos obstrutivos são conhecidos como excêntricos, na figura 16 pode-se observar que nestes contraventamentos o treliçamento não forma triângulos completos, onde há estrutura responde aos carregamentos laterais apenas com esforços axiais em seus elementos, sendo menos eficientes em relação àqueles formados por triângulos completos.

Figura 16 - Contraventamento formado por triângulos parciais

Fonte: Franca (2003)

Conforme Sáles et al. (1994) a falha nos projetos de sistemas de contraventamento de coberturas ou a inexistência deles podem acarretar a flambagem de elementos estruturais ou de toda a estrutura, conduzindo-a à ruína. Outra grave causa de acidentes devido ao vento é o contraventamento inadequado das colunas, causando flambagem nas colunas e levando a edificação abaixo.

3.5.1. Elementos do contraventamento

Os contraventamentos, além de estabelecer a devida rigidez do conjunto, devem atuar como distribuidores das cargas do vento sobre a estrutura. Existe uma série de maneiras de se dispor esses elementos, mas geralmente são colocados de forma que possam resistir diretamente ao vento incidente nos tapamentos frontais, dando apoio às colunas. Deste modo, as cargas atuantes no contraventamento da cobertura são reações de apoio da coluna que recebe a carga do vento.

Os contraventamentos dos planos da cobertura serão colocados nos vãos extremos, de maneira que possam ser capazes de resistir a ações devidas ao vento incidentes nos tapamentos frontais. Além disso, o contraventamento da cobertura deve dar apoio às colunas do tapamento frontal.

A rigidez do plano de contraventamento é obtida por diagonais colocadas na forma de “X”, assim quando há solicitação do contraventamento, uma diagonal trabalha tracionada e a outra, comprimida.

Usualmente simplifica-se o dimensionamento, desconsiderando a existência de diagonais tracionadas, de forma a se obter um treliçado isostático de solução simples. Situando o contraventamento no plano das vigas principais livra-se as terças de qualquer esforço de compressão ou tração, sendo solicitadas apenas por flexão.

O item 5.2.8.1 da NBR 8800/2008, recomenda que o índice de esbeltez das barras tracionadas (L/r), com exceção dos tirantes de barras redondas pré-tensionadas ou outras seções de barras com pré-tensão, não ultrapasse 300, o índice de esbeltez:

?? =? ≤ 300                                                                                                 Equação (1)

Onde:

? é o limite de esbeltez;

L é o comprimento do vão livre;

r é o raio de giração.

Conforme a NBR 8800/2008 pode-se utilizar um modelo de cálculo que representa o comportamento dos contraventamentos conforme a figura 17. Neste caso, as terças estão apoiadas na viga de cobertura e podem assumir os esforços

de compressão devidos ao vento nas colunas de tapamento.

Figura 17 - Contraventamento simplificado

Fonte: Instituto Aço Brasil (2010)

A força de tração atuante na diagonal pode ser obtida através da equação 2.

Ftd=1,4 . Pp+Sc . Dt . Dp2                                                                            Equação (2)

onde:

Pp = Peso próprio (terças + tirantes + telhas)

Sc = Sobrecarga da estrutura

Dt = distância entre as terças

Dp = distância entre os pilares

A força na diagonal de contraventamento pode ser obtida pela equação 3.

Nt,Sd=Ftd . Dp2+Dt2Dp                                                                         Equação (3)

onde:

Ftd = força de tração atuante na diagonal

Dt = distância entre as terças

Dp = distância entre os pilares

3.6. Tirantes da cobertura

Os tirantes da cobertura são formados por barras redondas com extremidades rosqueadas, conforme a figura 18, são barras colocadas entre apoios das terças com o objetivo de diminuir o vão entre elas, no sentido de menor inércia, isto é, no sentido mais fraco do perfil da terça.

Figura 18 - Tirante de contraventamento

Fonte: Instituto Aço Brasil (2010)

Segundo o item 6.3 da NBR 8800/2008, para o dimensionamento de barras redondas com extremidades rosqueadas verifica-se a menor resistência entre o escoamento da seção bruta e a ruptura da seção rosqueada.

As roscas devem atender aos requisitos da ASME B18.2.6 com tolerância classe 2A e as porcas das barras deverão ter dimensões conforme especificado na ASME B.18.2.6 para porcas hexagonais.

Segundo Bellei (2010) utiliza-se uma linha de tirante para distâncias de 5 m a 6 m, e duas para vãos maiores.

É comum utilizar tirantes de barras redondas com 16 mm de diâmetro para galpões médios e grandes, e 12,5 mm de diâmetro para galpões pequenos, para ficarem coerentes com o diâmetro dos parafusos, mesmo que não seja necessário. As forças solicitadas para essas peças são normalmente muito pequenas, porém as peças são cruciais para estabilidade e segurança das estruturas metálicas por se tratar de componentes leves e muito suscetíveis às forças do vento.

De acordo com o item 5.2.2 da NBR 8800, a força de tração resistente de um elemento deve ser o menor valor entre o escoamento da seção bruta e a ruptura da seção líquida:

• Escoamento da seção bruta:

Nt,Rd=Ag . fyγa1                                                                                                Equação (4)

• Ruptura da seção líquida:

Nt,Rd=Ae . fuγa2                                                                                             Equação (5)

Onde:

Abe=0,75 . π . D . 24                                                                                         Equação (6)

•N_t,Rd é a força resistente de tração;

• Ag é a área bruta da seção transversal;

• Ae é a área líquida da seção transversal;

• A_be é a área líquida referente à seção com rosca;

• f_y é o limite de escoamento do aço;

• f_u é o limite de ruptura do aço;

• γ_a1 é coeficiente de ponderação de escoamento;

• γ_a2 é coeficiente de ponderação de ruptura;

• D o diâmetro.

3.7. Ação do vento em edificações

Franca (2003) afirma que no início do século XX houve um aumento do número de pavimentos das edificações e a ação do vento, passou a ter mais relevância para a engenharia estrutural. Segundo Franca uma construção de pequena altura é pouco sensível às ações do vento, enquanto em um edifício alto a força do vento pode ser determinante na decisão do sistema estrutural a ser utilizado e a conciliação da arquitetura com esse sistema escolhido. Contudo, em suas palavras Franca explica que o tipo de carregamento atuante em edifícios altos não apresenta muita diferença dos carregamentos atuantes em edifícios de baixa e média altura, Franca entende que a grande diferença está no aumento expressivo que algumas ações passam a exercer na estrutura e também dos efeitos dinâmicos e de segunda ordem.

Conforme a NBR 6123/1988 as ações são causas que provocam deformações nas estruturas. Estas forças e deformações, do ponto de vista prático, são impostas pelas ações e são consideradas como se fossem próprias. Muitas vezes as deformações são intituladas por ações indiretas e as forças por ações diretas.

As cargas que atuam em um edifício, com exceção das cargas permanentes, não podem ser avaliadas com precisão. Vento e sismo são fortuitos na natureza, e difícil de predizer com segurança a intensidade de suas ações. As sobrecargas podem ser avaliadas, mas não tem a certeza de quando e em quanto o seu limite será ultrapassado. Teorias probabilísticas têm ajudado a engenharia estrutural a racionalizar, e até mesmo a simplificar, as aproximações para o cálculo das cargas variáveis nas estruturas. FRANCA (2003, p.39)

A NBR 8800/2008 estabelece que todas as ações que possam produzir efeitos significativos para a estrutura devem ter sua influência considerada, tendo em vista os estados-limites últimos e de serviço.

A NBR 6123/1988 fixa várias condições exigíveis na consideração das forças devidas à ação estática e dinâmica do vento, para esses efeitos de cálculo de edificações. Esta Norma não se aplica a edificações de formas, dimensões ou localização fora do habitual, casos em que devem ser realizados estudos específicos para determinação das forças atuantes do vento e da sua possível resultante. Resultados obtidos em túnel de vento, com simulação das principais características do vento natural, podem ser usados em substituição do recurso aos coeficientes constantes nesta Norma.

O Túnel de vento tem como finalidade simular as características principais do vento natural no local da construção e o espectro de energia das rajadas, inclusive a ação das rajadas laterais (e, em certos casos, verticais) que no processo manual seria necessário um cálculo adicional. Além de simular o vento natural, o túnel também permite a pesquisa de efeitos estáticos e dinâmicos da ação do vento em estruturas, paredes, telhados, vidros e esquadrias. Efeitos sobre transeuntes, veículos e plantas, efeitos sobre os usuários das edificações e poluição (dispersão de gases e resíduos sólidos da atmosfera). Como se pode ver na figura 19 o esquema do túnel de Vento Prof. Joaquim Blessmann da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, a câmara principal possui dimensões 1,30m x 0,90m x 9,32m (largura x altura x comprimento), três mesas giratórias (cada uma com aplicações específicas) e relação comprimento x altura da câmara principal de ensaios de 10,3. Um motor elétrico de 100 HP aciona as hélices do ventilador e velocidade do escoamento é controlada manualmente através de aletas radias metálicas que obstruem a passagem do ar.

O ventilador está diretamente montado no eixo do motor elétrico, de forma que a velocidade máxima do escoamento do ar seja de 42 m/s sobre as plataformas giratórias M-I e M-II, 28 m/s sobre a plataforma giratória M-III, e 9 m/s sobre a plataforma giratória M-IV.

Figura 19 - Tunel de Vento Prof. Joaquim Blessmann

Fonte: Blessmann (2009)

O vento não é um problema em construções baixas e pesadas com paredes grossas, porém em estruturas esbeltas passa a ser uma das ações mais importantes a determinar no projeto de estruturas. As considerações para determinar as forças devidas ao vento são regidas e calculadas conforme com a NBR 6123/1988 intitulada como “Forças Devidas ao vento em Edificações”

Cada região do Brasil possui características peculiares. A Dinâmica do vento é influenciada pelas diferentes coberturas vegetais, topografias e edificações. As edificações funcionam como barreiras, geralmente não aerodinâmicas. Quando o vento incide sobre a edificação surgem grandes vórtices, alterando as pressões no local e o fluxo do vento no seu entorno.

A velocidade e a turbulência aumentam atrás de morros e montanhas; da mesma forma, nos aclives de taludes e colinas há um aumento de Velocidade; porém, pode ocorrer o contrário em vales protegidos por morros e montanhas, em que a Velocidade do vento tende a diminuir. MARCELLI (2007, p.151)

Com base nas prescrições da norma brasileira, NBR 6123 (ABNT, 1988) – Forças Derivadas do Vento em Edificações. os conceitos obtidos por meio de parâmetros meteorológicos, topográficos, de rugosidade, dimensão e ocupação utilizados na obtenção da velocidade básica e característica do Vento, assim como os coeficientes de pressão, interno e externo, de arrasto utilizados para a determinação da ação estática do vento, além de aspectos complementares. Serve par melhor entendermos as cargas de vento atuantes na estrutura e suas ações de sucção e compressão.

A Figura 20 mostra o fluxo esquemático do vento confluindo perpendicularmente sobre uma edificação. A face onde o vento incide é denominada “barlavento” e fica sujeita a pressões positiva, sendo que nessa face ocorre uma diminuição da Velocidade do vento. Por sua vez, o fluxo de vento se divide pelas laterais e por sobre a edificação, criando vórtices ou turbilhões, que provocam, na fachada oposta denominada de “sotavento”, e nas coberturas pouco inclinadas, esforços negativos de sucção. Sucção é o termo denominado para a pressão efetiva estando abaixo da pressão atmosférica de referência (sinal negativo). Com o vento soprando axialmente (paralelo à cumeeira), todo o telhado está em sucção, como apresentado no desenho da Figura 21.

Figura 20 - Fluxo esquemático do Vento incidindo perpendicularmente na edificação.

Fonte: Marcelli (2007)

Figura 21 – Esquema básico de pressões com vento perpendicular há cumeeira.

Fonte: Marcelli (2007)

Observe que situação que se inverte nos telhados com inclinação de 45°, em vez de esforços de sucção (negativos) na água de barlavento, como no telhado de 30º, tem- se uma pressão de compressão (positiva), conforme ilustrado na Figura 22. Dessa forma, percebe-se que a forma, a altura, a inclinação do telhado e a direção dos ventos alteram significativamente as pressões.

Figura 22 – Influência da inclinação do telhado

Fonte: Marcelli (2007)

Além dos efeitos do vento nas partes externas das edificações, há esforços do vento devido às pressões internas em função das aberturas existentes nas vedações. A arte da Figura 23 representa a influência da localização de aberturas dominantes (grandes aberturas em relação às demais) no valor da pressão interna.

Figura 23 – Pressão interna em função da localização de aberturas dominantes com incidência normal à cumeeira.

Fonte: Fornel apud Blessmann (2009)

No caso “a” da Figura 23, observa-se que a abertura principal está situada a barlavento; e ocorreu a somatória dos esforços internos e externos, tanto para a cobertura como para paredes de sotavento, o que pode gerar o colapso da cobertura, e até mesmo o tombamento de paredes de sotavento se os esforços superarem em muito o peso da cobertura, caso a estrutura de sustentação não tenha sido projetada para suportar esse acúmulo de pressão.

Na situação “b” a posição da abertura predominante se inverte e fica situada a sotavento, o que favorece as condições de equilíbrio da cobertura, porém agrava os esforços na parede de barlavento.

No caso “c” as áreas das aberturas em paredes de barlavento e sotavento são parecidas. Essa situação é a mais adequada para se evitar as pressões internas, pois o vento passará por dentro da edificação sem produzir esforços significativos.

3.7.1. Cálculo das Cargas de vento conforme a NBR 6123/1988

Para que se conheçam as cargas que serão aplicadas a estrutura, além do carregamento devido ao peso próprio e demais cargas permanentes pertinentes, primeiramente, faz-se a consideração do vento conforme a NBR 6123/1988 - Forças devidas ao Vento em Edificações.

Para o cálculo das forças estáticas necessita-se definir a Velocidade básica do vento, V₀, apropriada ao local a ser construído. A velocidade básica do vento é equivalente a velocidade de uma rajada de 3 segundos, tendo cerca de uma ocorrência, numa altura de 10 metros acima do terreno, a cada 50 anos em campo aberto e plano. Na figura 24 pode-se observar as velocidades básicas na forma de “Isopletas” no Brasil apresentadas na Norma.

Figura 24 - gráfico das isopletas da velocidade básica no Brasil

Fonte: NBR 6123 (1988)

Como se sabe, para uma mesma região a velocidade básica do vento é a mesma, portanto determina-se V_k, a velocidade característica do vento a qual leva em consideração as características das diferentes edificações em uma mesma região. Na equação (7) os fatores S₁, S₂ e S₃ representam as interferências do relevo local, dimensões da edificação, rugosidade do terreno, grau de segurança requerido e também vida útil da edificação. Assim, a Velocidade característica do vento é apresentada pela expressão abaixo:

Vk=V0S1S2 S3                                                                                        Equação (7)

Onde:

S₁: fator topográfico.

S₂: fator que considera a combinação dos efeitos da rugosidade do terreno, da variação da velocidade do vento de acordo com as dimensões e a altura da edificação ou parte dela em estudo.

S₃: fator estatístico.

• Fator topográfico

O fator topográfico, S₁, considera valor igual a 1,0 para terrenos nivelados ou pouco acidentados e 0,9 para vales profundos. Utilizando-se das equações (8), (9) e (4) pode-se obter o fator topográfico em função da altura medida no ponto considerado a partir da face do terreno, outros valores de inclinações médias podem ser obtidos por meio de interpolação.

θ<3°-S1z=1,0                                                                       Equação (8)

6°≤θ≤17°-Sz=1,0+2,5-zdtg(θ-3°)≥1                    

Equação (3)

θ≥45°-Sz=1,0+2,5-zd0,31≥1                                      Equação (9)

Onde:

z: altura medida em um no ponto considerado a partir da face da superfície do terreno.

d: diferença de nível entre a base e o topo mais alto do talude ou morro.

θ: inclinação média que se encontra o talude ou encosta do morro.

Se for necessário um conhecimento mais preciso da influência do relevo ou se a aplicação destas indicações se tornarem difícil pela complexidade do relevo é recomendado ensaios de modelos topográficos em túnel de vento ou medidas anemométricas no próprio terreno.

• Fator de rugosidade

O fator de rugosidade S₂ descrito pela Equação (10) é obtido através dos parâmetros que consideram a rugosidade do terreno a partir de cinco categorias diferentes, as quais podem ser vistas no quadro 2 .A variação da velocidade do vento em relação a altura acima do nível geral do terreno e as dimensões da edificação ou a parte da edificação em estudo também são consideradas no cálculo.

S2=b Fr(z10)p                                                                                     Equação (10)

Quadro 2 - categorias de rugosidade do terreno segundo a NBR 6123/1988

Fonte: NBR 6123 (1988)

A velocidade do vento não é constante, mas a partir de qualquer intervalo de tempo o seu valor médio pode ser calculado. Para o cálculo a norma 6123/1998 elegeu três classes de edificações, essas classes levam em consideração partes de edificações e seus elementos, com intervalos de 3 s, 5 s e 10 s. A seguir, no Quadro 3, são apresentadas as três classes escolhidas pela norma.

Quadro 3 – Classes de edificações

Fonte: NBR 6123 (1988)

A NBR 6123/1993 apresenta os parâmetros que permitem determinar S₂ (tabela 3) e os valores de S₂ para as diversas categorias e classes de dimensões das edificações (tabela 4). Ademais a norma fixa o fator de rajada F_r que é sempre correspondente à categoria II.        

Tabela 3 – Parâmetros meteorológicos

Fonte: NBR 6123/1988

Tabela 4 - Fator S₂

Fonte: NBR 6123/1988

• Fator estático

O fator estático, S₃, tem como base os estudos estatísticos. Segundo a NBR 6123/1988, a possibilidade de a velocidade básica ser igualada ou superada em um período de 50 anos é de 63%. Tais dados são considerados apropriados para moradias e hotéis apresentando valor unitário de fator estatístico. Na ausência de uma norma específica para as demais edificações os valores variam de 0,83 a 1,1, como se pode constatar na Tabela 5.

Sendo a velocidade característica do vento conhecida, pode-se calcular a pressão dinâmica, q, a partir da equação (11) com q= em N/m² e V_k= em m/s.

q=0,613Vk2                                                                                           Equação (11)

Tabela 5 - Valores mínimos do fator estatístico S₃

Fonte: NBR 6123/1988

• Coeficientes de força

A força global do vento sobre uma edificação ou parte dela, F_g, é obtida pela soma vetorial das forças do vento que aí atuam.

A componente da força global na direção do vento, força de arrasto F_a é obtida por:

 Fg=CaqAe                                                                                                                                      Equação (12)

Onde:

C_a = coeficiente de arrasto

A_e =área frontal efetiva: área da projeção ortogonal da edificação, estrutura ou elemento estrutural sobre um plano perpendicular à direção do vento ("área de sombra")

De um modo geral, uma componente qualquer da força global é obtida pela equação (13)

F=CfqA                                                                                                                    Equação (13)

Onde:

C_f = coeficiente de força, especificado em cada caso: C_x, C_Y, etc.

A = área de referência, especificada em cada caso.

• Coeficientes de forma

A força do vento sobre um elemento plano de edificação de área A atua em direção perpendicular a ele, sendo dada pela Equação (14).

_F=Fe-Fi                                                                                                                  Equação (14)

Onde:

F_e = força externa à edificação, agindo na superfície plana de área A

F_i = força interna à edificação, agindo na superfície plana de área A

A partir dessa equação obtém-se a Equação (15).

F=Ce-CiqA                                                                                Equação (15)

Onde:

C_e é o coeficiente de forma externo, obtido através da Equação (16).

Ce=FeqA                                                                                        Equação (16)

C_i é o coeficiente de forma interno, obtido através da Equação (17)

Ci=FiqA                                                                                        Equação (17)

Valores positivos dos coeficientes de forma externo e interno correspondem a sobrepressões, e valores negativos correspondem a sucções.

Um valor positivo para F indica que esta força atua para o interior, e um valor negativo indica que esta força atua para o exterior da edificação.

Para os casos previstos nesta Norma, a pressão interna é considerada uniformemente distribuída no interior da edificação. Consequentemente, em superfícies internas planas, c_pi = C_i.

• Coeficientes de pressão

Como a força do vento depende da diferença de pressão nas faces opostas da parte da edificação em estudo, os coeficientes de pressão são dados para superfícies externas e superfícies internas. Para os fins desta Norma, entende-se por pressão efetiva, ∆p, em um ponto da superfície de uma edificação, o valor definido pela Equação (18).

_{∆p=∆pe-∆pi}                                                                                    Equação (18)

Onde:

∆p_e = pressão efetiva externa

∆pi = pressão efetiva interna

Portanto, a partir da Equação (13) chega-se à Equação (19).

∆p=CPe-CPiq                                                                     Equação (19)

Onde:

c_pe = coeficiente de pressão externa, obtido através da Equação (20).

CPe=∆Peq                                                                                     Equação (20)

c_pi = coeficiente de pressão interna, obtido através da Equação (21).

CPi=∆Piq                                                                                      Equação (21)

Valores positivos dos coeficientes de pressão externa ou interna correspondem a sobrepressões, e valores negativos correspondem a sucções. Um valor positivo para ∆p indica uma pressão efetiva com o sentido de uma sobrepressão externa, e um valor negativo para ∆p indica uma pressão efetiva com o sentido de uma sucção externa.

• Determinação das forças estáticas devidas ao vento

As forças estáticas devidas ao vento são determinadas do seguinte modo:

a) a velocidade básica do vento, V_o, adequada ao local onde a estrutura será construída, é determinada de acordo com equação 1;

b) a velocidade básica do vento é multiplicada pelos fatores S₁, S₂ e S₃ para ser obter a velocidade característica do vento, V_k, para a parte da edificação em consideração.

c) a velocidade característica do vento permite determinar a pressão dinâmica. As forças de vento devem ser calculadas considerando as direções 0º - vento atuando na direção +X do sistema de coordenadas globais da estrutura – e 90º - vento atuando na direção +Z do sistema de coordenadas globais da estrutura.

3.8. Ações Permanentes (G)

Para galpões industriais leves, as ações permanentes correspondem ao peso próprio dos elementos que compõem a estrutura e dos materiais ligados a ela.

O peso próprio dos elementos estruturais do pórtico transversal é definido pela norma NBR 8800/2008 (ABNT, 2008) - ações causadas pelo uso e ocupação da edificação no dimensionamento de estruturas de aço, enquanto as demais ações são informadas separadamente.  O sentido de atuação dessas ações permanentes está ilustrado na Figura 29.

Figura 29 - Atuação da ação permanente.

Fonte: Nogueira (2009)

3.9. Ações Variáveis (SC)

As ações variáveis ou sobrecargas no telhado são aquelas que ocorrem com valores que apresentam variações significativas durante a vida útil da construção. Para galpões industriais leves, as ações variáveis a serem consideradas são a ação de sobrecarga de cobertura e a ação do vento.

 De acordo com o Anexo B da NBR 8800/2008, para coberturas comuns, na ausência de especificação mais rigorosa, deve ser prevista uma sobrecarga característica mínima de 0,25 kN/m2, que equivale a 25,4925 Kgf/m².  O sentido de atuação dessa ação variável está ilustrado na figura 25.

Figura 25 - Atuação da sobrecarga

Fonte: Nogueira (2009).

4. METODOLOGIA

Esse trabalho é um estudo de caso de um galpão de uso múltiplo em que se utiliza dados qualitativos, coletados com o auxílio de ferramentas computacionais. A partir de três tipos de contraventamento realiza-se uma análise, verificando, entre os modelos utilizados no estudo, qual a disposição dos tirantes mais apropriada para a estrutura de cobertura do galpão, qual atinge a menor deformação e qual o quantitativo de material empregado em cada tipo, a fim de comparar sua eficiência.

Verifica-se também se a estrutura analisada (galpão em estudo) está em conformidade com as normas vigentes e se atende aos quesitos de segurança exigidos pelas normas.

Empregou-se o método comparativo para confrontar os dados encontrados no projeto original com os dados dos três modelos calculados no programa computacional SAP 2000, além desse programa utilizou-se o Visual Ventos 2.0.2 para auxiliar nos cálculos de pressão e sucção devido a ação dos ventos a 0º e a 90º, conforme estabelecido pela NBR 6123/1988.

5. APRESENTAÇÃO DOS DADOS

5.1. Características do galpão

A estrutura tratada neste trabalho é um galpão de uso geral projetado para a área central de Brasília – DF, Almoxarifado central do QGEx. Quando se iniciou esta pesquisa o galpão estava em fase de execução, agora, como se pode ver nas figuras 26, o projeto encontra-se concluído e a estrutura já encontra-se em uso pelo Exército Brasileiro.

As características do galpão encontram-se descritas abaixo:

• largura total de 20,9 metros;

• comprimento total de 80 metros;
• Área total de 1.672m2
• pé direito de 6,32 metros;
• galpão com duas águas;
• telhado com inclinação de 10,52º;
• distância entre os pilares 6,37m;
• três portas de 210x200cm na lateral da frente;
• uma porta de 210x200 na lateral do fundo;
• janelas lacradas.

Figura 26: Almoxarife central do QGEx em Brasilia.

Fonte: Autores (2020)

Detalhes da tesoura, do lanternim e os tipos de soldas utilizadas  na montagem das tesouras são especificados no projeto estrutural da cobertura, conforme apresentado na figura 27.

Figura 27 – Projeto estrutural da cobertura.

Fonte: Autores (2020)

Observa-se, nas figuras 28 e 29, a estrutura da cobertura já montada com o sistema de contraventamento executado, bem como o sistema de incêndio e as aberturas dos lanternins para ventilação.

Figura 27 - interior do galpão.

Fonte: Autores (2020)

Figura 28 – Cobertura executada.

Fonte: Autores (2020)

5.2. Ações Permanentes (G)

O peso próprio da estrutura de aço, terças, tirantes e contraventamento foram computados pelo programa de análise estrutural (SAP 2000), em função da seção transversal de cada elemento que compõe o pórtico principal da estrutura. Também se considera 0,05kN/m² do peso próprio das telhas, lançadas nos nós do banzo superior das treliças.

5.3. Ações Variáveis (SC)

 Para a sobrecarga de cobertura considerou-se o valor recomendado na norma, 0,25kN/m². O sentido de atuação desse carregamento é apresentado na Figura 29.

Figura 29 – Sentido do carregamento (SC)

Fonte: Autores (2020).

5.4. Ação do Vento (V)

A ação do vento nos galpões foi calculada segundo as recomendações da NBR 6123:1988 (ABNT, 1988). Esse cálculo será detalhado agora no tópico 3.3 desse trabalho.

5.5. Cálculos dos Carregamentos do Vento

O Software Visual Ventos 2.0.2 foi desenvolvido para determinar as forças atuantes do vento em uma estrutura de acordo com a NBR 6123/1988. É de grande importância a utilização de dois fatores na execução dos cálculos, sendo eles aerodinâmicos e meteorológicos. Segundo Pravia e Chiarello (2003), para a determinação da força atuante do vento no software Visual Ventos, é necessário especificar alguns dados como:

• a geometria da estrutura que se deseja analisar;
• a região onde a estrutura deve ser executada para que se defina a Velocidade Básica do vento (V0);
• analisar a topografia do terreno para determinar o Fator topográfico (S1);
• características do terreno que determina o Fator de rugosidade (S2);
• a utilização da edificação que caracteriza o Fator estatístico (S3). Feito isso o programa fornece os resultados contendo os esforços atuantes na estrutura.

Utilizou-se o referido software para gerar os esforços nas paredes e telhado, provocados pelo vento. O programa apresenta uma didática de utilização simples e objetiva, cuja utilização não necessita de conhecimentos profundos da NBR 6123/1988, pois os cálculos são feitos de maneira automática, como se pode ver na figura 33, apenas há a necessidade de entrar com os dados em etapas: geometria da edificação, velocidade básica do vento, Fator S1, Fator S2, Fator S3 e Cpi. Após o preenchimento desses dados, os resultados são apresentados na última etapa, em formato de gráficos e de texto.

Figura 30 – Visão geral do programa VisualVentos

Fonte: Visual Ventos 2.0.2 - Autores (2020).

A figura 30 apresenta a tela inicial do programa, como se pode observar inicialmente inseriu-se os dados da geometria do galpão: a largura, o comprimento, o pé direito, a inclinação do telhado e a distância entre os pórticos. Em seguida, de acordo com o local de implantação e em conformidade com a NBR 6123/1988 adicionou-se os seguintes dados de entrada no programa:

• Velocidade básica do vento: 35 m/s.
• Fator topográfico (S1): Terreno plano ou fracamente acidentado.
• Rugosidade do terreno (S2): Terrenos abertos em nível ou aproximadamente em nível com poucos obstáculos isolados, tais como árvores e edificações baixas. (Rugosidade II)
• Dimensões da edificação (S2): Classe C: Toda a edificação ou parte de edificação para qual a maior dimensão (horizontal ou vertical) da superfície frontal for maior que 50 metros.
• Fator Estatístico (S3): Grupo 3 – Edificações e instalações industriais com baixo fator de ocupação.
• Coeficiente de pressão interna: duas faces diferentemente permeáveis.

Cpi = -0,83 ou 0 (considerado o valor mais nocivo). 

A partir dos dados de entrada, o software gerou o coeficiente de pressão externo, a pressão nas paredes, o coeficiente de pressão externo no telhado, as combinações de coeficientes de pressão para ventos a 0º e a 90º, a velocidade média dos ventos e a pressão dinâmica conforme se apresenta nas figuras 31 e 32.

Figura 31 – Coeficiente de pressão externa nas paredes

Fonte: Visual Ventos 2.0.2 - Autores (2020)

Figura 32 – Coeficiente de pressão externa no telhado

Fonte: Visual Ventos 2.0.2 (2020)

Por ser o valor mais nocivo adota-se o valor do Cpe médio = -1,4, esse coeficiente é utilizado para os cálculos de dimensionamento das telhas, terças, tirantes, contraventamentos e vigas principais. Já o coeficiente de pressão interna determina-se a partir da geometria, a qual possui uma abertura dominante situada em zona de alta sucção externa, sendo o Cpi igual a -0,83 ou igual a -0,40, como se pode ver na figura 36, nesse caso também se opta pelo mais nocivo.

Figura 33 – Combinação dos coeficientes de pressão

Fonte: Visual Ventos 2.0.2 - Autores (2020)

Como resultado o programa computacional Visual Ventos 2.0.2 determina:

• Velocidade característica do vento.

Vk=S0S1S2

Vk=35,00 . 1,00 . 0,86 . 0,95

Vk=28,74 m/s 

• Pressão Dinâmica:

q=0,613 . Vk2

q=0,613 . 28,742

q=0,51 kN/m2

A força do vento depende da diferença de pressão nas faces interna e externa geradas na edificação, os valores dos coeficientes e local onde atuam são dados pela tabela 5 da NBR 6123, diferenciando-os de acordo com as características da estrutura. Empregando-se as informações do galpão utilizado no estudo tem-se os esforços resultantes na estrutura, como se pode notar na figura 34.

Figura 34 – Esforços resultantes

Fonte: Visual Ventos 2.0.2 (2020)

Embora os valores extremos aconteçam somente em parte da cobertura, o dimensionamento é feito para evitar qualquer tipo de dano, utilizando-se desses valores para a estrutura como um todo.

com os valores de  Ce e Ci é calculado a carga distribuída a ser lançada sobre as terças (F), considerando-se a largura efetiva de influência distancia entre os pórticos (L_i) e (q) que representa a pressão dinâmica calculada. Adotou-se a situação menos favorável para os cálculos.

• Para ventos a 90º na cobertura:

F = (C_e–C_i) x q x L_i → kN/m

F= (-0,80-(1,4) x0,51x6,37=    6,238kN/m.sobrepressão no barlavento.

F= (-0,40-(-2,51) x0,51x6,37= -6,85kN/m. Sucção no sotavento.

• Para ventos a 0º na cobertura:

F = (C_e–C_i) x q x L_i→ kN/m

F= (-0,83-(0,11) x 0,51x6,37= 3,05kN/m.  subpressão no barlavento.

F= (-0,4-(-1,29) x 0,51x 6,37= -2,89KN/m. Sucção no sotavento.

O vento atua sobre toda a face do galpão em que incide, transmitindo a carga gerada para as colunas, de acordo com as relativas áreas de influência. A coluna por sua vez transmitirá metade desse esforço para a fundação e metade para os contraventamentos.

5.6. Cálculos utilizando o Software SAP 2000

Segundo Ferrari e Silva apud Nunes (2011) A sigla SAP é originada da abreviação de Structural Analysis Program e desde a introdução do SAP, SOLIDSAP e SAPIV, há mais de 30 anos, tem sido sinônimo de “estado da arte” como recurso para análise estrutural. O software possui uma interface gráfica poderosa, com muitas ferramentas que auxiliam na construção da modelagem, combinadas com poderosas técnicas de processamento para análise de projetos com maior complexidade. A criação e modificação do modelo bem como a execução da análise, ajustes da estrutura e a visualização gráfica dos resultados, das quais incluem animações dos deslocamentos, podem ser realizadas por meio da interface gráfica do programa.

De acordo com a Multiplus (sem data), empresa responsável pela distribuição do software SAP2000, o programa gera os dados a partir do Método dos Elementos Finitos (MEF), método numérico para resolução de problemas de campo.

No âmbito da Engenharia de Estruturas, o Método dos Elementos Finitos (MEF) tem como objectivo a determinação do estado de tensão e de deformação de um sólido de geometria arbitrária sujeito a acções exteriores”. Este tipo de cálculo tem a designação genérica de análise de estruturas e surge, por exemplo, no estudo de edifícios, pontes, barragens, etc. Quando existe a necessidade de projectar uma estrutura, é habitual proceder-se a uma sucessão de análises e modificações das suas características, com o objectivo de se alcançar uma solução satisfatória, quer em termos económicos, quer na verificação dos pré-requisitos funcionais e regulamentares AZEVEDO (2003, p.1)

Na engenharia civil, usualmente o campo a ser solucionado é o campo dos deslocamentos ou o campo das tensões. Porém, as soluções para estes problemas consistem na resolução de equações diferenciais ou expressões integrais, o que torna a solução analítica muito difícil de ser obtida em casos de geometria complexa ou estruturas com materiais diferentes (COOK, 2002).

O método discretiza a estrutura em um número finito de pequenos elementos, como se pode ver na figura 35, esse método se difere da resolução analítica, assumindo que o deslocamento nesses elementos pode ser descrito por uma equação algébrica, usualmente polinomial. A ligação entre os elementos é, então, efetuada por meio de seus nós, gerando um sistema de equações algébricas resolvido por meio de implementação computacional.

Figura 35 - Exemplificação de discretização

Fonte: Autores (2020)

Pode-se dizer, que o Método dos Elementos Finitos é uma ferramenta capaz de obter a solução aproximada, ou em alguns casos exata, de problemas regidos por equações diferenciais. As técnicas numéricas ou métodos numéricos são utilizados para aproximação da solução analítica, objetivando a redução de erro.

De acordo com a NBR 8800/2008 adotou-se as seguintes combinações últimas de ações:

• COMB 01 → 1.25 x G (peso próprio) + 1.5 x Q (sobrecarga) + 1,4x0,6 V2(sobrepressão)
• COMB 02 → 1.0 x G (peso próprio) + 1.4 x V1 (sucção)
• COMB 03 → 1.25 x G (peso próprio) + 1.4 x V2 (sobrepressão)

Na modelagem da estrutura de cobertura procurou-se seguir as mesmas medidas e características do projeto do galpão de estudo de caso. Fez-se necessário realizar algumas adaptações no momento da modelagem, pois o programa não comporta alguns dos modelos de perfis que são utilizados no projeto do galpão em estudo, a relação dos perfis originais do projeto com os perfis adotados na modelagem encontra-se indicada no quadro 3. Durante este estudo manteve-se a modelagem da estrutura e alterou-se apenas as disposições do contraventamento.

Quadro 3 – Perfis adotados na modelagem

Fonte: Autores (2020)

Definiu-se as propriedades dos materiais e das barras, as seções transversais dos elementos e as restrições nodais. Posteriormente, tendo definido os casos de ações e combinações de ações e atribuída essas ações aos elementos, fez-se as análises estruturais dos modelos com o auxílio do software SAP 2000 e geraram-se os diagramas de esforços axiais e esforços de deformação vertical, de acordo com as combinações COMB 01, COMB 02 e COMB 03.

5.6.1. Modelagens e situações para estudo

Modelou-se a estrutura de cobertura com base nos dados do projeto de caso, onde inseriu-se as cargas atuantes. Nas situações apresentadas a seguir, o sistema de contraventamento  segue o mesmo layout do modelo tipo em estudo, conforme a figura 36, alterando-se apenas a disposição dos tirantes, de modo que estes assumam as formas de contraventamento em V e K, respectivamente. Em seguida, coletou-se os dados de todas as situações geradas, a partir das quais formam-se as tabelas de deslocamentos horizontais, deslocamentos verticais e esforços axiais, de acordo com as combinações já citadas: COMB 01, COMB 02 e COMB 03.

Figura 36 - Modelagem da cobertura do galpão tipo

Fonte: SAP 2000 - Autores (2020).

A seguir apresenta-se as situações modeladas no software e os dados extraídos para estudo, para facilitar a visualização nas tabelas serão adotados os pontos P1, P2, P3 e P4 para análise dos esforços horizontais e os pontos PA, PB, PC, PD e PE para análise dos deslocamentos verticais, conforme ilustrado nas figuras 37 e 38

Figura 37 – Pontos de referência para análise dos esforços horizontais

Fonte: Autores (2020)

Figura 38 – Pontos de referência para análise dos esforços verticais

Fonte: Autores (2020)

• Situação 0 - estrutura sem contraventamento:

Nesta situação a estrutura é composta por 881 nós e 1727 elementos de barra, formando um total de 2608 elementos lineares. A mesma estrutura foi discretizada para, então, realizar as análises. Assim, a estrutura passou a ter 4335 nós e 5181 elementos de barra, formando uma malha com 9516 elementos lineares.

Na tabela 6, apresentam-se os deslocamentos horizontais para a estrutura sem contraventamento, com o vento a 0º:

Na tabela 7, apresentam-se os deslocamentos horizontais para a estrutura sem contraventamento, com o vento a 90º:

Nas tabelas 8 e 9, estão dispostos os deslocamentos verticais encontrados nos pontos críticos: PA, PB, PC, PD e PE com o vento a 0º e a 90º.

 

• Situação 1- estrutura com contraventamento em X.

Nesta situação a estrutura é composta por 1050 nós e 2019 elementos de barra, formando um total de 3069 elementos lineares. A mesma estrutura foi discretizada para, então, realizar as análises. Assim, a estrutura passou a ter 5077 nós e 6065 elementos de barra, formando uma malha com 11142 elementos lineares.

Na tabela 10, apresentam-se os deslocamentos horizontais para a estrutura contraventada em “X” com o vento a 0º:

Na tabela 11, apresentam-se os deslocamentos horizontais para a estrutura contraventada em “X” com o vento a 90º:

Nas tabelas 12 e 13, estão dispostos os deslocamentos verticais encontrados nos pontos críticos: PA, PB, PC, PD e PE com o vento a 0º e a 90º.

 

Nas tabelas 14 e 15 apresenta-se o esforço normal máximo encontrado nos tirantes, para as combinações com o vento a 0º e a 90º, respectivamente:

Fonte: Autores (2020)

Fonte: Autores (2020)

• Situação 2 - estrutura com contraventamento em K:

Nesta situação a estrutura é composta por 1064 nós e 2036 elementos de barra, formando um total de 3011 elementos lineares. A mesma estrutura foi discretizada para, então, realizar as análises. Assim, a estrutura passou a ter 5128 nós e 6108 elementos de barra, formando uma malha com 11136 elementos lineares.

Na tabela 16, apresentam-se os deslocamentos horizontais para a estrutura contraventada em “K” com o vento a 0º:

Na tabela 17, apresentam-se os deslocamentos horizontais para a estrutura contraventada em “K” com o vento a 90º:

Nas tabelas 18 e 19, estão dispostos os deslocamentos verticais encontrados nos pontos críticos: PA, PB, PC, PD e PE com o vento a 0º e a 90º.

 

Fonte: Autores (2020)

Nas tabelas 20 e 21 apresenta-se o esforço normal máximo encontrado nos tirantes, para as combinações com o vento a 0º e a 90º, respectivamente:

Fonte: Autores (2020)

Fonte: Autores (2020)

• Situação 3 - estrutura com contraventamento em V:

Nesta situação a estrutura é composta por 1049 nós e 2020 elementos de barra, formando um total de 3069 elementos lineares. A mesma estrutura foi discretizada para, então, realizar as análises. Assim, a estrutura passou a ter 5081 nós e 6060 elementos de barra, formando uma malha com 11141 elementos lineares.

Na tabela 22, apresentam-se os deslocamentos horizontais para a estrutura contraventada em “V” com o vento a 0º:

Fonte: Autores (2020)

Na tabela 23, apresentam-se os deslocamentos horizontais para a estrutura contraventada em “V” com o vento a 90º:

Fonte: Autores (2020)

Nas tabelas 24 e 25 apresenta-se o deslocamento vertical máximo encontrado nos pontos PA, PB, PC, PD e PE, para as combinações com o vento a 0º e a 90º, respectivamente:

Fonte: Autores (2020)

Fonte: Autores (2020)

Nas tabelas 26 e 27 apresenta-se o esforço normal máximo encontrado nos tirantes, para as combinações com o vento a 0º e a 90º, respectivamente:

Fonte: Autores (2020)

Fonte: Autores (2020)

6. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS DADOS

Observou-se o comportamento na estrutura de cobertura, a partir da realização de análises estruturais dos modelos de contraventamento em estudo, desenvolvidos com o auxílio do software SAP 2000. Através dos modelos e cálculos gerados, por uma questão didática dividiu-se a análise e discursão de dados em três tópicos:

• Análise dos deslocamentos horizontais
• Análise de Deslocamentos Verticais
• Análise de Esforços Normais

7. Análise de contraventamento

A principal carga acidental, que incide sobre o telhado, é provocada pelo vento. A ação do vento as vezes é transmitida às estruturas principais segundo direções não contidas no plano das mesmas, tornando-se necessária a utilização de uma estrutura auxiliar com o objetivo de resistir a esses esforços. Essas estruturas são denominadas genericamente por contraventamentos. Se uma cobertura não é adequadamente contraventada, as tesouras podem mover-se fora do plano vertical ou do alinhamento, causando tensões laterais progressivas.

Fonte: Autores (2020)

Fonte: Autores (2020)

Verifica-se pelos dados apresentados nas tabelas 28 e 29 que o contraventamento que melhor atente aos esforços é o contraventamento em K pois o sistema contribuiu para um aumento da rigidez global da estrutura. Nas direções X, Y e Z. O contraventamento se deu por um já consagrado sistema formado por diagonais inclinadas, denominado contraventamento em K, como foi visto nas tabelas acima. Esse sistema, comparado com o sistema proposto, ainda se mostra mais eficiente.

7.1. Análise de Deslocamentos Verticais

A verificação dos deslocamentos horizontal e vertical máximos, apresentados na tabela 30, foi feita com base no critério indicado no Anexo C da NBR 8800/2008. Considerou-se para o deslocamento vertical máximo a sobrecarga de cobertura que estabelece um valor máximo de L/250 para o caso de estrutura biapoiadas, suportando elementos de cobertura elásticos.

Fonte: Autores (2020)

Fonte: Autores (2020)

A situação sem contraventamento é a que apresentou os maiores deslocamentos verticais, uma vez que a mesma não possui o travamento global proporcionado pelo contraventamento, no entanto a estrutura contraventada que apresentou os maiores deslocamentos verticais foi o  modelo  de contraventamento em V , logo, os menores deslocamentos observados foram no modelo de  contraventamento em K.

7.2. Análise de Esforços Normais

Se observou os esforços máximos que veio a ocorrer nos tirantes do contraventamento dos tipos e modelos testados, para melhor identificação das forças atuantes em cada combinação testada.

Fonte: Autores (2020)

Fonte: Autores (2020)

Conforme se observou nos esforços normais o contraventamento menos solicitado foi o contraventamento em V, porém o contraventamento em K foi o mais solicitado, sendo o contraventamento em K o que melhor atendeu as cargas de vento em 0º e 90 º, pode se deduzir então,  que foi o  melhor sistema para a  distribuição  das cargas de forma global na estrutura de cobertura.

8. CONCLUSÃO

Nota-se que a combinação 3 que contempla o peso próprio da estrutura, a sobrecarga mínima e a sobrepressão sob atuação da carga de vento a 90º levou a pior situação. Pode-se observar que as combinações nas quais considerou-se a ação do vento, não conduziram as piores situações para o estado limite último.

Realizou-se análises estruturais com o auxílio do software SAP 2000 e verificou-se que o contraventamento em K apresentou menores deslocamentos horizontais em relação aos modelos em X e V. Os deslocamentos verticais também foram investigados, dos quais o contraventamento em V apresentou maiores movimentações, enquanto o contraventamento em K apresentou menores deslocamentos, mostrando-se mais eficiente. Por fim observou-se os esforços normais máximos identificados nos tirantes de cada uma das modelagens em estudo, constatando que, ao contrário do contraventamento em V, o contraventamento em K foi mais solicitado, distribuindo melhor as cargas atuantes na cobertura do galpão.

Após realizar as análises estruturais e feitas as devidas verificações em função dos resultados obtidos, pode-se afirmar que a capacidade última das barras dessas estruturas seria capaz de atender aos esforços de uma combinação de serviço, e que também atendem ao grau de segurança das combinações últimas prescritas pela atual norma para projeto e dimensionamento de estruturas em aço, a NBR 8800/2008.

Concluiu-se que, das três estruturas de contraventamento testadas, a que melhor contribuiu com a rigidez global da estrutura de cobertura foi o contraventamento em K, sendo também o que mais sofreu a solicitação máxima dos tirantes, devido a distribuição uniforme das forças atuantes na estrutura.

9. REFERÊNCIAS

ARQUITETURA & AÇO. Rio de Janeiro: CBCA (Centro Brasileiro da Construção em Aço), v. 30, jun. 2012. Quadrimestral. Disponível em: https://www.cbca-acobrasil.org.br/site/biblioteca.php?codProdCategoria=9. Acesso em: 27 jun. 2020.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5884: Perfis I estrutural de aço soldado por arco elétrico: Rio de Janeiro, 2013.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6123: forças devidas ao vento em edificações: Rio de Janeiro, 1998.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8681: Ações e Segurança nas Estruturas - Procedimento. Rio de Janeiro, 2003.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8800: Projeto de Estruturas de Aço e de Estruturas Mistas de Aço e Concreto de Edifícios. Rio de Janeiro, 2008.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14762: Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio. Rio de Janeiro, 2010.

AZEVEDO, Álvaro. Método dos elementos finitos. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Universidade do Porto, Portugal, 2003. Disponível em: http://www.alvaroazevedo.com. Acesso em: 26 nov. 2020.

BELLEI, I. Edifícios Industriais em Aço. 2ª Edição. São Paulo, Editora Pini, 1998.

BLESSMANN, Joaquim. Ação do vento em telhados. 2ª ed. Porto Alegre, RS: UFRGS, 2009.

BLOG DA ENGENHARIA. A utilização do aço na construção civil. Instituto de Engenharia, 2015. Disponível em: https://www.institutodeengenharia.org.br/site/2015/10/06/a-utilizacao-do-aco-na-construcao-civil/ . Acesso em 27 abr. 2020.

Callister JÚNIOR, Willian D., 1991. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. John Wiley & Sons, Inc.

CBCA. Manual de Construção em Aço - Galpões para Usos Gerais. Rio de Janeiro: Instituto Aço Brasil/ Centro Brasileiro da Construção em Aço IABr/CBCA, 2010. 74p.

CBCA – CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇÃO EM AÇO. Estruturas metálicas reduzem o tempo de construção em até 40%. Gabriel Bonafé, 2014. Disponível em: https://www.cbca-acobrasil.org.br/site/noticias-detalhes.php?cod=6421. Acesso em 26 abr. 2020.

CBCA – CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇÃO EM AÇO. CONSTRUÇÃO EM AÇO. CBCA – Centro Brasileiro da Construção em Aço, 2015. Disponível em: https://www.cbca-acobrasil.org.br/site/construcao-em-aco-vantagens.php. Acesso em 26 abr. 2020.

CHAVES, J.R.F. (2009). Análise Dinâmica de Pórticos Metálicos Contraventados. Dissertação de Mestrado em Estruturas e Construção Civil, Publicação E.DM – 008ª/09, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, XVI, 77p.

DIAS, Luís Andrade de Mattos. Estruturas de aço: conceitos, técnicas e linguagem. Luís Andrade de Mattos Dias. 4ª ed. São Paulo: Zigurate Editora, 1997.

FAKURY, R. H.; REIS DE CASTRO E SILVA, A. L.; BARRETO CALDAS, R. Dimensionamento básico de elementos estruturais de aço e mistos de aço e concreto. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016.

FONSECA, Carolina. Estrutura metálica é aposta na construção. CBCA - Centro Brasileiro da Construção do Aço. 2015. Disponível em: http://www.cbca-acobrasil.org.br/site/noticias-detalhes.php?cod=7072. Acesso em: 17 abr. 2020.

FRANCA, M.P. de A. (2003). Estudo da Eficiência dos Contraventamentos Treliçados em Edifícios com Estrutura de Aço. Recife, 2003, 333 p. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Pernambuco (UFPE).

HIBBELER, R.C. Resistência dos materiais. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2004.

INSTITUTO AÇO BRASIL. Etapas. Instituto Aço Brasil, 2015. Disponível em: http://www.acobrasil.org.br/site2015/processo.html. Acesso em 26 abr. 2020.

INSTITUTO AÇO BRASIL. Galpões para usos gerais. Instituto Aço Brasil, 2010. Disponível em: https://www.cbca-acobrasil.org.br/site/publicacoes-manuais.php. Acesso em: 04 mai. 2020.

INSTITUTO DE ENGENHARIA. A utilização do aço na construção civil. Blog da Engenharia, 2015. Disponível em: https://www.institutodeengenharia.org.br/site/2015/10/06/a-utilizacao-do-aco-na-construcao-civil/. Acesso em 26 abr. 2020.

MARCELLI, M. Sinistros na construção civil: causas e soluções para danos e prejuízos em obras. São Paulo: Pini, 2007.

MARINGONI, H. M. PRINCÍPIOS DE ARQUITETURA EM AÇO. In: Coletânia do Uso do Aço. 2a Edição. ed. [S.l.]: Perfis Gerdau Aço Minas, v. 4, 2004.

MERIGO, Julio A.; RADIN, Mariély; BURTET, Caroline: Coberturas Metálicas, 2012. Disponível em: http://trabalhocc2-grupo4.blogspot.com/2012/04/coberturas-metalicas.html. Acesso em: 04 mai. 2020.

NOGUEIRA, Gilcimar Saraiva. Avaliação de soluções estruturais para galpões compostos por perfis de aço formados a frio. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. Ouro Preto, p. 161, 2009.

PFEIL, Walter; PFEIL, Michèle. Estruturas de Aço: Dimensionamento Prático de Acordo com a NBR 8800:2008. 8ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.

PINHEIRO, Antonio Carlos da Fonseca Bragaça. Estruturas metálicas: cálculos, detalhes, exercícios e projetos. 2ª ed. São Paulo: Blucher, 2005.

PITTA, J. A. A. Ações devidas ao vento em edifícios de andares múltiplos, edifícios com coberturas do tipo shed e do tipo duas águas com lanternim. Escola de Engenharia de São Paulo. USP, São Carlos, 1987.

REBELLO, Yopanan Conrado Pereira. Bases para projeto estrutural na arquitetura. São Paulo: Zigurate Editora, 2007.

SOUZA, Sérgio Augusto. Composição química dos aços. São Paulo: Blucher, 1989.

VINCENT, Ko Hon Chiu. Ironbridge Gorge. Unesco, 2010. Disponível em:  https://whc.unesco.org/en/documents/136705. Acesso em 24 abr. 2020.