Contribuição Técnica
Estruturas Estrutur as Vagonadas Vagonadas em Aço: Concepção, Dimensionamento e Aplicações MPhil. Sandro V. V. S. Cabral; Cabr al; Eng. Bernar H. G. Braga; Eng. Paulo Paulo H. A. Lima; Arq. Tamires Tamires O. Cabral
1. Introdução:
fonte :www.midcontinent.org
Estruturas em vagões de trem
Viga vagonada vagonada
1. Introdução:
fonte :www.midcontinent.org
Estruturas em vagões de trem
Viga vagonada vagonada
1. Introdução:
Fragmento do Gauntless viaduct fonte: Delony, 1996
Ponte Paraíba do Sul fonte: BELLEI e PINHO, 2007
1. Introdução:
Ponte Royal Albert fonte: www.structurae.de
1. Introdução:
La Villete City for Science and Industry fonte: Brown, 2001
1. Introdução:
Ponte Metro West fonte: www.dezeen.com
2. Concepção: 2.1 Classificação Tipológica/Estrutural: 2.1.1 Quanto ao número de montantes a) Triangular ou um montante;
Colonial Veículos
2. Concepção: 2.1 Classificação Tipológica/Estrutural: 2.1.1 Quanto ao número de montantes b) Trapezoidal ou dois montantes;
Escola Waidhausenstraße
2. Concepção: 2.1 Classificação Tipológica/Estrutural: 2.1.1 Quanto ao número de montantes c) Parabólica ou três ou mais montantes;
2. Concepção: 2.1 Classificação Tipológica/Estrutural: 2.1.1 Quanto ao número de montantes c) Parabólica ou três ou mais montantes;
Fase I Paddington Station Renovation
2. Concepção: 2.1.2 Quanto à direção do elemento principal a) Unidirecional;
Fachada Estação Waterloo, Londres fonte: grimshaw-architects.com Escola Waidhausenstraße
2. Concepção: 2.1.2 Quanto à direção do elemento principal a) Bidirecional;
2. Concepção: 2.1.2 Quanto à direção do elemento principal b) Bidirecional;
Academia de Ciências da Califórnia fonte: www.rpbw.com
2. Concepção: 2.1.2 Quanto à direção do elemento principal c) Multidirecional;
Shopping Leblon fonte: arquivo Projectaço
2. Concepção: 2.1.3 Quanto à direção e sentido dos montantes a) Uma direção;
BCP Alphaville fonte: Revista Finestra, 2012
2. Concepção: 2.1.3 Quanto à direção e sentido dos montantes b) Duas direções;
Pista de gelo Oxford
2. Concepção: 2.1.4 Quanto ao tipo de elemento principal a) Viga de alma cheia;
Centro de distribuição da Renault fonte: Macdonald, 2001
2. Concepção: 2.1.4 Quanto ao tipo de elemento principal b) Treliça;
Ponte Paraíba do Sul fonte: BELLEI e PINHO, 2007
2. Concepção: 2.1.4 Quanto ao tipo de elemento principal c) Pilar;
Pista de gelo Oxford fonte: grimshaw-architects.com
d) Outros elementos: lonas tensionadas e vigas vierendeel
2. Concepção: 2.2 Pré-dimensionamento:
2. Concepção: 2.3 Metodologia de escolha dos parâmetros: Funcionamento de uma estrutura vagonada Compressão Tração
Compressão
2.3.1 Tipo de vagonamento: a) Número de montantes: carga e vão b) Direção do elementos principal: vãos e geometria geral c) Direção e sentido dos montantes: direção e sentido das cargas ou excentricidade; d) Tipo de elemento principal: vão, esforço e cargas. 2.3.2 Geometria dos elementos: a)Tipo de seção transversal: esforços envolvidos b) Pré-dimensionamento.
3. Análise e Dimensionamento: Análise estrutural e Hipóteses de Cálculo: NBR8800/2008 e Análise de elementos finitos; Dimensionamento dos perfis: NBR8800/2008 (laminados) e NBR14762/2010 (formados à frio); Análise Elástica levando em consideração a não-linearidade da estrutura; KL/r ≤ 200;
3. Análise e Dimensionamento: 3.1 Análise Estrutural Força Nocional: força horizontal equivalente a 0,3% das cargas gravitacionais aplicada nos elementos submetidos a cargas verticais de estruturas com pequena ou média deslocabilidades. Deslocabilidade é a relação entre o deslocamento lateral obtido na análise de 2ª ordem a) pequena deslocabilidade se a relação for menor ou igual a 1,1; b) média deslocabilidade se a relação for maior que 1,1 e menor ou igual a 1,4; c) grande deslocabilidade se a relação for superior a 1,4.
3. Análise e Dimensionamento: 3.2 Dimensionamento à tração Elementos submetidos à tração em estruturas vagonadas são barras de seção cheia, devendo então ser dimensionados através da NBR8800/2008
3. Análise e Dimensionamento: 3.3 Dimensionamento à compressão 3.3.1 Para os perfis retângulares formados á frio (duplo U e duplo U enrijecido), o dimensionamento é feito através da NBR14762/2010. A força axial de compressão resistente deve ser o menor dos valores para flambagem global, local e distorcional. Flambagem global:
Flambagem local:
Flambagem distorcional:
3. Análise e Dimensionamento: 3.3 Dimensionamento à compressão 3.3.2 Para perfis retangulares ou circulares tubulares laminados (perfis circulares, barras de seção sólida e perfis fechados o dimensionamento é através da NBR8800/2008.
3. Análise e Dimensionamento: 3.4 Dimensionamento à flexão Para assegurar a validade da análise elástica o momento fletor resistente de dimensionamento não pode ser tomado maior que (NBR8800/2008) 3.4.1 Para perfis retangulares formados à frio (duplo U e duplo U enrijecido): Flambagem global:
Flambagem local:
Flambagem distorcional:
3. Análise e Dimensionamento: 3.4 Dimensionamento à flexão 3.4.2 Para perfis retangulares ou circulares tubulares laminados (perfis circulares, barras de seção sólida e perfis Fechados) o dimensionamento é através do Anexo G da NBR8800/2008. Tubos circulares: D/t deve ser menor ou igual a 0,45E/f y (depende dos parâmetros: E, D, t, f y ) Tubos retangulares: através dos parâmetros M pl, Mcr, f y.
3. Análise e Dimensionamento:
3.5 Dimensionamento à flexo-compressão
4. Aplicações 4.1 Coberta Terrasse Jardim Análise e dimensionamento de uma coberta em aço para uma área aproximada de 18.7x13.05m. 4.1.1 Concepção
Terrasse Jardim antes da montagem da coberta (Fonte: arquivo Projectaço)
4. Aplicações 4.1 Coberta Terrasse Jardim 4.1.1 Concepção
4. Aplicações 4.1 Coberta Terrasse Jardim 4.1.1 Concepção
Corte na coberta Terrasse Jardim (Fonte: arquivo Projectaço)
4. Aplicações 4.1 Coberta Terrasse Jardim 4.1.2 Descrição da estrutura e das cargas Montantes: 2U75x37.5 ch3mm Tirantes: Barra ø3/4’’ Vigas principais: 2U150x50x30 ch3mm Cargas: Sobrecarga: 0,25kN/m² Peso do policarbonato: 0,008kN/m² Densidade do aço ASTM A36 utilizado: 78,5kN/m³ (fy=250MPa e fu=400MPa) A viga principal é travada a cada 67cm por terças U50x25 ch2.65mm
4. Aplicações 4.1 Coberta Terrasse Jardim
4. Aplicações 4.1 Coberta Terrasse Jardim
4. Aplicações 4.1 Coberta Terrasse Jardim
Detalhe da ligação entre o montante e o tirante (fonte: arquivo rojectaço))
Terrasse Jardim durante a montagem da coberta
4. Aplicações 4.1 Coberta Terrasse Jardim
Coberta Terrasse Jardim
4. Aplicações 4.1 Coberta Terrasse Jardim 4.1.3 Combinações de carregamento De acordo com a NBR8800 para combinações últimas normais Gu = 1,25 x peso próprio da estrutura + 1,5 x sobrecarga + 1,4 x peso da telha O valor de Gu é utilizado para o dimensionamento último da estrutura e para a avaliação da carga nocional e da deslocabilidade da estrutura E para combinações quase permanentes : Gq = peso próprio da estrutura + 0,6 x sobrecarga + peso da telha E o valor de G q é usado para análise dos deslocamentos da estrutura
4. Aplicações 4.1 Coberta Terrasse Jardim 4.1.4 Cálculo da carga nocional e classificação da estrutura quanto à deslocabilidade Gu = 250,38kN, resultando em uma carga nocional de 0,75kN. Caso A: deslocamento na extremidade superior do montante da viga vagonada 3; Caso B: deslocamento na extremidade esquerda da viga vagonada 3.
4. Aplicações 4.1 Coberta Terrasse Jardim 4.1.4 Cálculo da carga nocional e classificação da estrutura quanto à deslocabilidade De acordo com os parâmetros mostrados nas tabelas abaixo:
4. Aplicações 4.1 Coberta Terrasse Jardim 4.1.4 Cálculo da carga nocional e classificação da estrutura quanto à deslocabilidade: Relação entre os deslocamentos: Caso A: 1.08 Caso B: 1.08 Estrutura de pequena deslocabilidade.
4. Aplicações 4.1 Coberta Terrasse Jardim 4.1.6 Análise e dimensionamento de elementos comprimidos
Diagrama de esforço axial de compressão no montante
Diagrama de esforço axial de compressão na viga principal
4. Aplicações 4.1 Coberta Terrasse Jardim 4.1.7 Análise e dimensionamento de elementos tracionados
Diagrama de esforço axial de tração nos tirantes
4. Aplicações 4.1 Coberta Terrasse Jardim 4.1.8 Análise e dimensionamento de elementos flexionados
Diagrama de momento fletor
Diagrama de momento fletor do montante
4. Aplicações 4.1 Coberta Terrasse Jardim 4.1.9 Dimensionamento dos elementos à flexo-compressão
4. Aplicações 4.1 Coberta Terrasse Jardim 4.1.10 Avaliação dos deslocamentos Deslocamento máximo: L/250=0,05m Deslocamentos obtidos: Caso A: 0.040m Caso B: 0.044m
4. Aplicações 4.2 Coberta La Tertúlia Análise e dimensionamento de uma coberta em aço para uma área aproximada de 21.5x15.4m. 4.1.1 Concepção
La Tertulia antes da montagem da coberta (Fonte: arquivo Projectaço)
4. Aplicações 4.2 Coberta Coberta La Tertúlia T ertúlia 4.1.1 Concepção
4. Aplicações 4.2 Coberta Coberta La Tertúlia T ertúlia 4.1.1 Concepção
Corte na coberta La Tertulia (Fonte: arquivo arquivo Projectaço)
4. Aplicações 4.2 Coberta Coberta La Tertúlia T ertúlia 4.2.2 Descrição da estrutura e das cargas Montantes: Tubos ø76 ch2.65mm (rotulados às viga principal) Tirantes: Barra ø5/8’’ (maior vão) e ø3/4’’ (menor vão)
Vigas principais: principais: 2U100x50x25 2U100x50x25 ch4.8mm ch4.8mm (menor (menor vão) vão) e 2U100x50x25 ch2.65mm (maior) Cargas: Sobrecarga: 0,25kN/m² Peso da telha: 0,095kN/m² Densidade do aço ASTM A36 utilizado: 78,5kN/m³ (fy=250MPa e fu=400MPa) As vigas principais são mutualmente travadas a cada 154cm. Vários tirantes foram introduzidos introduzidos para conter o efeito de sucção do vento.
4. Aplicações 4.2 Coberta La Tertúlia
4. Aplicações 4.2 Coberta La Tertúlia
4. Aplicações 4.2 Coberta La Tertúlia
Detalhe da ligação entre o montante e o tirante (fonte: arquivo rojectaço))
4. Aplicações 4.2 Coberta La Tertúlia
Coberta La Tertulia (Fonte: arquivo Projectaço)
4. Aplicações 4.2 Coberta La Tertúlia 4.2.4 Cálculo da carga nocional e classificação da estrutura quanto à deslocabilidade Gu = 280,86kN, resultando em uma carga nocional de 0,85kN. Aplicação da carga nocional nas duas direções (N x e N y )
4. Aplicações 4.2 Coberta La Tertúlia 4.2.4 Cálculo da carga nocional e classificação da estrutura quanto à deslocabilidade De acordo com os parâmetros mostrados nas tabelas abaixo:
4. Aplicações 4.2 Coberta La Tertúlia 4.2.4 Cálculo da carga nocional e classificação da estrutura quanto à deslocabilidade
Relação entre os deslocamentos: Direção Nx: 1.38 Direção Ny: 1.06 Estrutura de média deslocabilidade
4. Aplicações 4.2 Coberta La Tertúlia 4.2.6 Análise e dimensionamento de elementos comprimidos
Diagrama de esforço de compressão no montante
Diagrama de esforço de compressão na viga principal (x)
Diagrama de esforço de compressão na viga principal (y)
4. Aplicações 4.2 Coberta La Tertúlia 4.2.7 Análise e dimensionamento de elementos tracionados
Diagrama de esforço de tração na direção x (ø 5/8’’)
Diagrama de esforço de tração na direção y (ø 3/4’’)
4. Aplicações 4.2 Coberta La Tertúlia 4.2.8 Análise e dimensionamento de elementos fletidos
Diagrama de momento fletor da viga principal (x)
Diagrama de momento fletor da viga principal (y)
4. Aplicações 4.2 Coberta La Tertúlia 4.2.9 Dimensionamento de elementos à flexo-compressão
4. Aplicações 4.2 Coberta La Tertúlia 4.2.10 Avaliação dos deslocamentos
Deslocamento máximo: L/250=0,05m Deslocamento máximo obtido: d=0,004m
