estudo comparativo de uma edificação em estrutura metalica/concreto armado

90 Pages·2015·12.97 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

ESTUDO COMPARATIVO DE UMA EDIFICAÇÃO EM
ESTRUTURA METALICA/CONCRETO ARMADO:
ESTUDO DE CASO

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO EM ENGENHARIA CIVIL

Bárbara Maier Rossatto

Santa Maria, RS, Brasil
Julho, 2015
ESTUDO COMPARATIVO DE UMA EDIFICAÇÃO EM
ESTRUTURA METALICA/CONCRETO ARMADO: ESTUDO
DE CASO

por

Bárbara Maier Rossatto

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil,
Centro de Tecnologia da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS),
com requisito parcial para obtenção de grau de
Engenharia Civil

Orientador: Prof. Dr. Eduardo Rizzatti

Santa Maria, RS, Brasil
Julho, 2015
Universidade Federal de Santa Maria
Centro de Tecnologia
Curso de Engenharia Civil

A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova o Trabalho de Conclusão de
Curso

ESTUDO COMPARATIVO DE UMA EDIFICAÇÃO EM ESTRUTURA
METÁLICA/CONCRETO ARMADO: ESTUDO DE CASO

elaborado por
Bárbara Maier Rossatto

como requisito parcial para obtenção do grau de
Engenheira Civil

Comissão Examinadora

Eduardo Rizzatti, Dr.
(Presidente/Orientador)

Larissa Kirchhof, Dr.

Horácio João Isaia, Pr.

Santa Maria, Julho 2015
AGRADECIMENTO

Expresso minha gratidão...
Aos meus pais, Elisane e Pedro, e meu irmão, Francisco, pelo apoio em todos os momentos
difíceis durante a realização do curso de graduação e deste trabalho.
Ao meu namorado Vinicius Lemos, por toda compreensão quando não pude estar presente e
pela alegria que me proporcionou nos momentos difíceis.
Ao meu orientador e professor Eduardo Rizzatti pela ajuda e conhecimentos transmitidos no
decorrer deste trabalho.
Aos engenheiros e amigos Andrigo Zanella e Maisson Tascapela oportunidade de obter
conhecimentos práticos na área da construção civil.
RESUMO

Trabalho de Conclusão de Curso
Curso de Graduação em Engenharia Civil
Universidade Federal de Santa Maria

ESTUDO COMPARATIVO DE UMA EDIFICAÇÃO EM ESTRUTURA
METÁLICA/CONCRETO ARMADO: ESTUDO DE CASO

AUTOR: BÁRBARA MAIER ROSSATTO
ORIENTADOR: EDUARDO RIZZATTI
Data e Local da Defesa: Santa Maria, 9 de julho de 2015.

O presente trabalho visa à elaboração do dimensionamento de um laboratório de
conforto pertencente à Universidade Franciscana (UNIFRA), localizado na cidade de Santa
Maria –RS, projetado em estrutura metálica e em concreto armado,a fim deverificar a situação
de custos do mercado atual para a viabilidade deambas asconstruções. A estrutura metálica foi
dimensionada através de um roteiro de cálculo considerando sugestões da NBR8800/86 e
NBR8800/08 e o dimensionamento da estrutura em concreto armado foi obtidoatravés do
software Eberick V8, o qual gera um resumo de materiais que possibilita determinar os custos
da estrutura.
As considerações de projeto para a estrutura metálica e a sua influencia no custo total
da estrutura foram avaliadas e, para este estudo de caso, o custo da estrutura resultou em
valores muito altos, de forma que, se alguns fatores iniciais fossem modificados, o custo,
teoricamente, poderia ser reduzido.
A economia de uma obra com estrutura metálica depende de diferentes fatores em
comparação a uma obra em concreto armado e, por este motivo, devem ser muito bem
analisadas, para que haja um melhor custo-benefício na escolha do sistema construtivo.
Ao fim do estudo, conclui-se que a estrutura de concreto émais viável
economicamente, apesar de ter acrescentado algumas modificações ao projeto arquitetônico.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1- Fluxograma simplificado do processo siderúrgico (adaptado de Mourão, 2007)...................................13
Figura 2 – Diagrama de tensão e deformação de um aço (Luiz Andrade de Matos Dias,2006)............................14
Figura 3 - Perfis laminados padrão americano (Adaptado Luiz Andrade de Matos Dias,2006)...........................17
Figura 4 - Perfis soldados (Luiz Andrade de Matos Dias,2006).............................................................................17
Figura 5 – Perfis conformados a frio (Luiz Andrade de Matos Dias,2006)............................................................18
Figura 6 – Parafuso (Luiz Andrade de Matos Dias,2006).......................................................................................18
Figura 7 – Tipos de soldas (Luiz Andrade de Matos Dias,2006)............................................................................19
Figura 8 – Conexão soldada rígida da viga na aba do pilar (Adaptado de Luiz Andrade de Matos Dias,2006)...19
Figura 9– Conexão parafusada rígida da viga na alma do pilar (Adaptado de Luiz Andrade de Matos
Dias,2006)...............................................................................................................................................................20
Figura 10 – Conexões parafusadas flexíveis da viga na aba do pilar (Adaptado de Luiz Andrade de Matos
Dias,2006)...............................................................................................................................................................20
Figura 11 – Conexões parafusadas flexíveis pelas almas das vigas (Adaptado de Luiz Andrade de Matos
Dias,2006)...............................................................................................................................................................20
Figura 12- Pórtico deformável e indeformável.......................................................................................................22
Figura 13 – Coeficientes de ponderação (Fonte: NBR8800/86).............................................................................24
Figura 14 –Fatores de combinação (Fonte: NBR8800/86).....................................................................................24
Figura 15– Valores de K(Fonte:NBR8800/86)......................................................................................................26
Figura 16 – Diagramas para carga distribuída........................................................................................................29
Figura 17 – Diagramas para carga concentrada......................................................................................................30
Figura 18 – Interface do programa Eberick ...........................................................................................................31
Figura 19 – Planta baixa do pavimento subsolo.....................................................................................................32
Figura 20 - Planta baixa do pavimento térreo.........................................................................................................33
Figura 21 – Planta baixa do pavimento superior.....................................................................................................34
Figura 22 – Corte A-A............................................................................................................................................35
Figura 23 – Corte B-B.............................................................................................................................................35
Figura 24 – Perfil I padrão americano.....................................................................................................................37
Figura 25–Conexões flexíveis parafusadas (Adaptado de Luiz Andrade de Matos Dias,2006)..........................38
Figura 26 – Forma do pavimento subsolo...............................................................................................................38
Figura 27 –Forma do pavimento térre...................................................................................................................39
Figura 28 - Forma do pavimento superior e cobertura............................................................................................40
Figura 29 – Carregamento da viga V20..................................................................................................................41
Figura 30 – Laje simplesmente apoiada sobre viga metálica..................................................................................43
Figura 31 – Áreas de influencia das vigas V2 e V9................................................................................................44
Figura 32 – Carregamento da viga V2....................................................................................................................45
Figura 33 – Carregamento da viga V9....................................................................................................................46
Figura 34 – Forma do pavimento subsolo...............................................................................................................46
Figura 35 – Forma do pavimento térreo..................................................................................................................47
Figura 36 – Forma do pavimento superior e cobertura...........................................................................................48
Figura 37 – Carregamento da viga V9....................................................................................................................49
Figura 38 – Detalhamento do comprimento real L.................................................................................................60
Figura 39 – Curvas de flambagem..........................................................................................................................61
Figura 40 – Configuração dos materiais no Eberick...............................................................................................62
Figura 41– Forma do pavimento subsolo................................................................................................................63
Figura 42 – Forma do pavimento térreo..................................................................................................................64
Figura 43 – Forma do pavimento superior..............................................................................................................65
Figura 44 – Forma do pavimento cobertura............................................................................................................66
Figura 45 – Pórtico 3D ...........................................................................................................................................67

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 – Relação das vigas metálicas................................................................................................................58
Quadro 2 - Comprimentos de vigas e pilares.........................................................................................................68
Quadro 3 – Custo das barras...................................................................................................................................69
Quadro 4 – Discriminação do custo das armaduras ............................................................................................70
Quadro 5 – Custo total da estrutura de concreto armado....................................................................................70
LISTA DE ANEXOS

Anexo 1 – Peso específico dos materiais de construção..........................................................73
Anexo 2 – Valores mínimos das cargas verticais.....................................................................74
Anexo 3 – Valores limites das relações largura/espessura......................................................75
Anexo 4 – Curvas de flambagem..............................................................................................77
Anexo 5 – Deslocamentos máximos........................................................................................79
Anexo 6 - Classes de agressividade ambiental.........................................................................80
Anexo 7- Correspondencia entre classes de agressividade e qualidade do concreto................81
Anexo 8 - Classes de agressividade ambiental ........................................................................82
Anexo 9 – Valores de K............................................................................................................83
SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO.................................................................................................................11
1.1. Justificativa.................................................................................................................12
1.2. Objetivos....................................................................................................................12
1.2.1. Objetivos Gerais..............................................................................................12
1.2.2. Objetivos Específicos.......................................................................................12
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.........................................................................................13
2.1. Aço..............................................................................................................................13
2.1.1. Produção do Aço...............................................................................................13
2.1.2. Propriedades Mecânicas do Aço.......................................................................14
2.1.2.1. Limite de Escoamento ( e Limite de Resistência
( ......................14
2.1.2.2. Elasticidade............................................................................................15
2.1.2.3. Plasticidade............................................................................................15
2.1.2.4. Ductilidade.............................................................................................15
2.1.2.5. Tenacidade.............................................................................................15
2.1.3. Tipos de Aço Estrutural.....................................................................................15
2.1.3.1. Aço-carbono..........................................................................................16
2.1.3.2. Aço de baixa liga sem tratamento térmico............................................16
2.1.3.3. Aço de baixa liga com tratamento térmico............................................16
2.2. Perfis Metálicos.........................................................................................................16
2.3. Conexões Metálicas...................................................................................................18
2.3.1. Conexões parafusadas.......................................................................................18
2.3.2. Conexões soldadas.............................................................................................18
2.3.3. Conexões flexíveis e rígidas..............................................................................19
2.4. Sistemas Estruturais Metálicos................................................................................21
2.4.1. Pilares................................................................................................................21
3.2.1.1 Flambagem........................................................................................................21
2.4.2. Vigas..................................................................................................................21
2.4.3. Pórticos Deformáveis e Indeformáveis.............................................................22
2.5. Cargas Solicitantes em Edifícios..............................................................................22
2.5.1. Cargas Permanentes...........................................................................................23
2.5.2. Cargas acidentais ..............................................................................................23
2.5.3. Cargas devidas ao vento....................................................................................23
2.5.4. Combinação de Ações.......................................................................................23
2.6. Dimensionamento de Estruturas de Aço................................................................24
2.6.1. Verificação da Flambagem Local da Mesa e da Alma......................................25
2.6.2. Dimensionamento de Barras Comprimidas.......................................................25
2.6.3. Resistencia de cálculo de barras fletidas devido ao momento fletor.................27
2.6.3.1. Vigas com contenção lateral contínua e vigas cujas seções o estado
limite de flambagem lateral com torção não se aplica.................................27
2.6.3.2. Vigas com contenção lateral descontínua..............................................28
2.6.4. Resistência de cálculo de vigas fletidas à força cortante em relação ao eixo
perpendicular a alma devido.................................................................................29
2.6.5. Verificação para o estado limite de serviço....................................................29
2.7. Software para dimensionamento de estruturas de concreto armado...................30
3. METODOLOGIA............................................................................................................32
3.1. Cargas solicitantes na estrutura..............................................................................36
3.2. Dimensionamento da edificação em estrutura metálica........................................36
3.2.1. Considerações de projeto.................................................................................36
3.2.2. Dimensionamento das vigas dos pavimentos subsolo, térreo e superior........41
3.2.2.1. Dimensionamento das vigas que recebem a carga das paredes externas.......41
3.2.2.2. Dimensionamento das vigas que recebem a carga da laje.............................44
3.2.3. Dimensionamentos das vigas da cobertura......................................................52
3.2.3.1. Vigas que recebem a carga da parede
externa.................................................52
3.3 Dimensionamento dos pilares.................................................................................58
3.3.1 Cargas solicitantes...........................................................................................58
3.3.1.1 Pavimento térreo..............................................................................................58
3.3.1.2 Pavimento superior..........................................................................................58
3.1.1.1. Cobertura...................................................................................................
.......59
3.1.1.2. Total...........................................................................................................
.......59
3.1.2. Pré-dimensionamento.......................................................................................59
3.1.3. Verificações......................................................................................................61
3.2. Dimensionamento da estrutura de concreto
armado..............................................62
4. ANÁLISE DOS RESULTADOS.....................................................................................67
4.1. Orçamento da estrutura
metálica.............................................................................67
4.2. Orçamento da estrutura de concreto
armado..........................................................69
5. CONCLUSÃO...................................................................................................................71
6. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA................................................................................72
7. ANEXOS............................................................................................................................73