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Análise estrutural de ripas para
engradamento metálico de coberturas
Eng. Leandro de Faria Contadini
Mestrando em Eng. Civil, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil,
Unesp Campus Ilha Solteira
Prof. Dr. Renato Bertolino Jr.
Prof.Titular do Depto Engenharia Civil, Unesp Campus Ilha Solteira
• Construção de residências sociais em grande escala.
• Necessidade de rapidez de produção e economia do projeto.
• Desta forma, uma das alternativas foi a utilização do engradamento
metálico.
Vantagens
Maior vida útil dos componentes
Redução de desperdícios
Maior rapidez na montagem
Estrutura mais leve
Estrutura reciclável e ecológica
• São utilizados no engradamento metálico os perfis formados à frio,
sendo estes de baixo custo de produção e fácil de ser obtido.
• Os perfis mais utilizados no engradamento metálico são:
O perfil cartola para as ripas
Os perfis U simples e U enrijecido para os demais elementos, como
pontaletes e caibros
• Dos elementos que compõe o engradamento metálico temos as ripas
metálicas.
• Esquemas estruturais a serem analisados:
Biapoiado
• Dos elementos que compõe o engradamento metálico temos as ripas
metálicas.
• Esquemas estruturais a serem analisados:
Biapoiado
Apoiado com balanço
• Dos elementos que compõe o engradamento metálico temos as ripas
metálicas.
• Esquemas estruturais a serem analisados:
Biapoiado
Apoiado com balanço
• Elementos estão submetidos à flexão oblíqua.
GERAL
• Analisar o comportamento da ripa metálica com perfil cartola para
diferentes dimensões da seção transversal quando efetuado o
dimensionamento da mesma, tomando como base a NBR 14762:2010,
para os estados limites ultimo e de serviço, obtendo assim a seção
transversal ótima.
ESPECÍFICO
• Comparar as tensões normais máximas na seção transversal ótima e
flecha máxima, para o elemento estrutural modelado como elemento de
barra (tipo frame) e como elemento de superfície (tipo shell).
• Por ter sido realizado somente uma análise numérica, foram utilizados
dois softwares, sendo:
Software do tipo CAD
SAP2000
Comparação das tensões normais e da flecha máxima, para a seção ótima, entre os dois tipos de modelagem
Análise das tensões normais máximas para as solicitações atuantes utilizando a seção mais econômica para o elemento estrutural modelado como tipo shell
Determinação das solicitações atuantes e verificação dos ELU e ELS para o elemento estrutural modelado como tipo frame. Escolha da seção ótima
Definição dos coeficientes de ponderação e das combinações das ações, segundo NBR 14762:2010
Definição das propriedades do aço utilizado (ZAR-250), segundo NBR 14762:2010
Definição da geometria do problema utilizando o projeto básico do sistema “Minha Casa, Minha Vida”
Determinação das ações permanentes e variáveis, segundo NBR 6120:2000
Ações
Elemento estrutural
modelado como tipo frame
Elemento estrutural
modelado como tipo shell
Peso próprio da estrutura 0,17 kg/m 5,58 kg/m²
Peso próprio da telha cerâmica 14,07 kg/m 469,00 kg/m²
Sobrecarga 8,38 kg/m 279,17 kg/m²
Seção Cartola
(Cr)
b
(mm)
h
(mm)
a
(mm)
e
(mm)
30x30x12x0,80 30,00 30,00 12,00 0,80
21x30x13x0,65 30,00 21,00 13,00 0,65
20x30x12x0,95 30,00 20,00 12,00 0,95
30x30x15x0,50 30,00 30,00 15,00 0,50
Geometria Medidas
Vão do esquema bi-apoiado (L1) 1033,00 mm
Vão do esquema apoiado com balanço (L2) 885,00 mm
Beiral (L3) 622,50 mm
Inclinação do telhado (α) 30% (16,70º)
Distância entre ripas (LR) 335,00 mm
ELEMENTO ESTRUTURAL MODELADO COMO TIPO FRAME
• Cálculo das tensões normais máximas geradas na seção trasversal
ELEMENTO ESTRUTURAL MODELADO COM TIPO SHELL
• Geração de uma malha formada por quadrados de (5x5) mm.
• Eixos locais rotacionados para simular a inclinação do telhado.
ESFORÇOS INTERNOS (FRAME)
• Esquema estrutural biapoiado
• Esquema estrutural apoiado com balanço
Direção 2 Direção 3
V3 (kN) M2 (kN.mm) V2 (kN) M3 (kN.mm)
0,15 38,92 0,04 11,68
Direção 2 Direção 3
V3 (kN) M2 (kN.mm) V2 (kN) M3 (kN.mm)
0,19 -56,53 0,06 -16,96
RESULTADOS DO DIMENSIONAMENTO REALIZADO PELO SAP2000 (FRAME)
• Esquema estrutural biapoiado
Seção Cr Relação Flecha máxima
(mm)
Consumo de aço
(kg/m)
30x30x12x0,80 0,391 0,99 0,70
21x30x13x0,65 0,745 2,62 0,48
20x30x12x0,95 0,430 1,96 0,69
30x30x15x0,50 0,808 1,40 0,46
RESULTADOS DO DIMENSIONAMENTO REALIZADO PELO SAP2000 (FRAME)
• Esquema estrutural apoiado com balanço
Seção Cr
Relação Flecha máxima
(mm)
Consumo de
aço (kg/m) Para dimensão
L2*
Para dimensão
L3*
30x30x12x0,80 0,603 0,538 2,44 0,70
21x30x13x0,65 1,105 0,975 5,18 0,48
20x30x12x0,95 0,821 0,706 5,47 0,69
30x30x15x0,50 0,998 0,926 3,44 0,46
FLECHA MÁXIMA ADMITIDA SEGUNDO A NBR14762:2010
• A seção mais econômica e de melhor eficiência corresponde ao perfil
carola 30x30x15x0,50.
Esquema estrutural Flecha máxima admissível
(mm)
Bi-apoiado 5,74
Apoiado com balanço 6,92
TENSÕES NORMAIS E FLECHA (SHELL)
Seção Cr Esquema
estrutural
Tensões normais (MPa) Flecha máxima
(mm) σc σt
30x30x15x0,50
Bi-apoiado -55,23 65,29 1,50
Apoiado com
balanço -161,35 96,58 3,46
COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS
Seção Cr Esquema
estrutural
Elemento tipo frame Elemento tipo shell
Tensões normais
(MPa) Flecha
máxima
(mm)
Tensões normais
(MPa) Flecha
máxima
(mm) σc σt σc σt
30x30x15x0,50
Bi-apoiado -81,50 93,40 1,40 -55,23 65,29 1,50
Apoiado com
balanço -135,50 118,25 3,44 -161,35 96,58 3,46
CÁLCULO DA DIFERENÇA RELATIVA
Seção Cr Esquema
estrutural
Diferença relativa percentual (%)
Tensões normais
de compressão
Tensões normais
de tração Flecha máxima
30x30x15x0,50
Bi-apoiado 32,23 30,10 7,14
Apoiado com
balanço 19,08 18,32 0,58
• Perfil cartola 30x30x15x0,50 é o mais econômico e mais eficiente.
• Menor flecha do que é admitida pela NBR 14762:2010.
• Atende tanto o ELU como o ELS.
• Há uma diferença entre as tensões calculadas e as tensões obtidas através do
programa.
• Cargas aplicadas no eixo Elemento estrutural modelado como tipo frame
• Cargas aplicadas na superfície Elemento estrutural modelado como tipo shell
• Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6123: Força devido aos ventos. 1988. 66 p.
• Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6120: Cargas para o cálculo de estruturas de edificações. 2000. 5 p.
• Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 14762: Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por
perfis formados a frio - Procedimento. 2010. 89 p.
• CARVALHO, P. R. M. et al. Curso básico de perfis de aço formados a frio. 2ª ed. Porto Alegre. 2006.
• CONTADINI, L.F. Análise estrutural de ripas para engradamento metálico de coberturas (Trabalho de Conclusão de
Curso). Faculdade de Engenharia. UNESP - Campus de Ilha Solteira. 2011.
• CSN. Engradamento metálico. Disponível em:
<http://www.csn.com.br/pls/portal/docs/PAGE/CSN_CONSTCIVIL/CSN_CONSTCIVIL_INICIO_CT_PT/ENGRADAMENTO
_0.PDF.>. Acesso em: 06 jul. 2011.
• ENGRADAMENTO Metálico para Telhados Disponível em: <http://www.metalica.com.br/engradamento-metalico-para-
telhados>. Acesso em: 24 nov. 2011.
• HIBBELER, R. C.. Resistência dos materiais. 7. ed. São Paulo: Pearson Pretice Hall, 2010.
• PIACENTINI, J. J. et al. Introdução ao laboratório de física.2. ed. Florianópolis: Editora da Ufsc, 2005. 119 p.
• PINHEIRO, A. C. F. B., Estruturas Metálicas: cálculos, detalhes, exercícios e projetos. 2ª ed. revisada e ampliada. São
Paulo: Edtora Edgard Blucher. 2005.