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GAIOLA PARA IÇAMENTO DE CARGA PROJETO DETALHADO MINA TIMBOPEBA PENEIRAMENTO, CLASSIFICAÇÃO CAPANEMA ADEQUAÇÃO DA GAIOLA PARA IÇAMENTO DE CARGA MEMÓRIA DE CÁLCULO

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REVISÕES TE: TIPO TE: TIPO EMISSÃO

A - PRELIMINAR B - PARA APROVAÇÃO

C - PARA CONHECIMENTO D - PARA COTAÇÃO

E - PARA CONSTRUÇÃO F - CONFORME COMPRADO

Rev.

TE

Descrição

Por

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C

PARA CONHECIMENTO CONHECIMENTO - EMISSÃO INICIAL

MG

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Ver.

G - CONFORME CONSTRUÍDO H - CANCELADO

Apr.

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Data

20/11/13


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ÍNDICE ÍTEM

DESCRIÇÃO

PÁGINA

1

INTRODUÇÃO .......................................................................................................................................................... 3

2

DESENVOLVIMENTO ............................................................................................................................................... 3

3

NORMAS ADOTADAS .............................................................................................................................................. 3

4

CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS E METALÚRGICAS DOS MATERIAIS ..................................................................... 4

5

CRITÉRIO PARA DIMENSIONAMENTO ..................................................................................................................... 7

5.1

VERIFICAÇÃO DA PARTE SUPERIOR DA GAIOLA: PLANO ORTOGONAL 1 ................................................................. 8

5.2

VERIFICAÇÃO DA PARTE SUPERIOR DA GAIOLA: PLANO ORTOGONAL 2 ............................................................... 10

5.3

VERIFICAÇÃO DA PARTE INFERIOR DA GAIOLA: .................................................................................................... 15

5.4

VERIFICAÇÃO DOS PERFIS DO FUNDO DA PLATAFORMA:...................................................................................... 19

5.5

VERIFICAÇÃO DO FURO DO OLHAL Φ 60 MM DO ITEM 1.12: ................................................................................ 20

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Introdução

O presente memorial de calculo verificará a resistência mecânica dos componentes estruturais e de ligação da gaiola, partindo da premissa de simetria do conjunto para simplificação dos cálculos. A gaiola é composta por perfis soldados conferindo a rigidez necessária ao conjunto e na parte superior foi instalado um olhal, ligado ao corpo desta através de 6 tubos Φ1” e chapas de 3/8” x 100 mm, estas foram adicionadas para garantir a rigidez do conjunto. Para a aplicação dos esforços solicitantes – carregamentos – na parte inferior da gaiola consideramos um ”Split”, decomposição das carga, de 75% para simular eventuais assimetrias de carregamento, que geralmente ocorrem neste casos O olhal será verificado separadamente. As cargas consideradas são estáticas. Não foi previsto o efeito da fadiga no cálculo da estrutura

2

Desenvolvimento

Para desenvolvimento e parâmetros pra cálculos utilizaremos dados de campo e desenho conforme indicado.

Tabela 1 - Documentos de Referência Nº Documento Título 1320BB-S-30045 Adequação da gaiola para içamento de cargas

3

Normas adotadas

ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas AISC - American Institute of Steel Construction AISE - Association of Iron and Steel Engineers AISI - American Iron and Steel Institute VALE – Normas internas PE-G-606 - Rev. 12


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Características geométricas e metalúrgicas dos materiais

Valores de sobrecarga na escada: Norma VALE CP-S-501

Materiais utilizados na fabricação da escada:

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O material dos pinos de travamento é o aço carbono SAE-1020 normalizado, conforme tabela abaixo:

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Fatores de segurança:

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Critério para dimensionamento

Os critérios de cálculo que utilizaremos são conhecidos e aceitos no meio da engenharia. Faremos 3 analises nesta gaiola: 1- Consideraremos 2 planos ortogonais na parte superior da mesma e faremos a decomposição de esforços proporcionalmente à geometria das mesmas, analisaremos aos esforços cortantes. 2- Analisaremos as barras verticais e o fundo da gaiola, também em duas hipóteses: à flexão e ao esforço cortante. 3- O olhal de sustentação será analisado à parte. Peso próprio da gaiola de 157 Kg. Carga máxima a ser içada de 1.000 Kg (suposição para inicio de cálculo). Para analise do fundo da plataforma esta carga será dividida (split) por critério de cálculo, e será considerada como 75% (750 Kgf) da carga total a ser aplicada em cada metade da estrutura do fundo da plataforma analisada, ou seja, será considerada uma majoração no carregamento de 25%. Para a estrutura foi utilizado o método de deslocamentos. O olhal será verificado separadamente e deverá atender aos 3 critérios de resistência.

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5.1 Verificação da parte superior da gaiola: PLANO ORTOGONAL 1

Ch. 3/8” x 100 mm

CARREGAMENTO

5.1.1

5.1.2

FORÇAS NORMAIS

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FORÇAS CORTANTES

5.1.4

MOMENTOS FLETORES

DEFORMAÇÃO

5.1.5

O deslocamento máximo da estrutura será de 0,1 mm

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CÁLCULO DAS TENSÕES DEVIDAS ÀS FORÇAS CORTANTES:

Serão utilizados os valores das forças cortantes obtidas nos cálculos computacionais. Para otimização apresentaremos apenas os casos mais extremos de tensão. σ =F /S ≤ σ

Esforços cortantes: F = 1,16 tf Área da seção: S = 2,07 cm2, para cada barra. σ = 1,16 tf / 2,07 cm 2 ≤ σ = 0,36 x 3.450 Kgf/ cm2 σ = 0,560 tf / cm 2 ≤ σ = 1.242 Kgf/ cm2 σ = 560 Kgf / cm 2 < σ = 1.242 Kgf/ cm2

OK, o perfil passa no critério de tração

5.2 Verificação da parte superior da gaiola: PLANO ORTOGONAL 2

Ch. 3/8” x 100 mm

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CARREGAMENTO

5.2.1

5.2.2

FORÇAS NORMAIS

5.2.3

FORÇAS CORTANTES

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5.2.4

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MOMENTOS FLETORES

DEFORMAÇÃO

5.2.5


5.2.6

CÁLCULO DAS TENSÕES DEVIDAS ÀS FORÇAS CORTANTES – plano ortogonal 2:

Serão utilizados os valores das forças cortantes obtidas nos cálculos computacionais. Para otimização apresentaremos apenas os casos mais extremos de tensão.

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σ=F/S≤ σ

Esforços cortantes: F = 0,59 tf Área da seção: S = 2,07 cm2, para cada barra. σ = 0,59 tf / 2,07 cm2 ≤ σ = 0,36 x 3.450 Kgf/ cm2 σ = 0, 285 tf / cm2 ≤ σ = 1.242 Kgf/ cm2 σ = 285 Kgf / cm2 < σ = 1.242 Kgf/ cm2

OK, o perfil passa no critério de cisalhamento

Verificação dos perfis do fundo da plataforma à flexão – plano ortogonal 2:

5.2.7

DIAMETRO

1"

PROPRIEDADES Espessura da J parede

De

di

cm

cm

cm

3,37

2,62

0,375

W

Área

cm4

cm³

cm²

4,018

1,99

3,52

Propriedades geométricas: J = 4,018 cm4 W = 1,99 cm3 S = 3,52 cm2 Momento fletor máximo: Mf = 23,0 tf.cm (conforme diagrama de momentos) Cálculo das tensões oriundas do momento fletor:

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σ = 23 tf.cm / 1,99 cm3 ≤ σ = 0,6 x 3.450 Kgf/ cm2 σ = 11,557 tf / cm2 ≤ σ = 2.070 Kgf/ cm2 σ = 11.557 Kg / cm2 ≤ σ = 2.070 Kgf/ cm2

OK, o perfil NÃO passa no critério de flexão Adicionamos chapas de 3/8” x 100 mm de altura para enrijecer a estrutura superior, com isto

o momento resistente, somente da chapa, será de 15,6 cm³, refazendo os cálculos teremos: Propriedades geométricas: J = 78,0 cm4 W = 15,6 cm3 S = 9,37 cm² Momento fletor máximo: Mf = 23,0 tf.cm (conforme diagrama de momentos) Cálculo das tensões oriundas do momento fletor: σ = 23 tf.cm / 15,6 cm3 ≤ σ = 0,6 x 3.450 Kgf/ cm2 σ = 1,474 tf / cm2 ≤ σ = 2.070 Kgf/ cm2 σ = 1.474 Kg / cm2 ≤ σ = 2.070 Kgf/ cm2

OK, o perfil passa no critério de flexão

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5.3 Verificação da parte inferior da gaiola:

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CARREGAMENTO

5.3.1

5.3.2

FORÇAS NORMAIS

5.3.3

FORÇAS CORTANTES

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5.3.4

MOMENTOS FLETORES

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DEFORMAÇÃO

5.3.5


5.3.6

CÁLCULO DAS TENSÕES DEVIDAS ÀS FORÇAS CORTANTES:

Serão utilizados os valores das forças cortantes obtidas nos cálculos computacionais. Para otimização apresentaremos apenas os casos mais extremos de tensão. σ =F /S ≤ σ

Esforços cortantes: F = 0,55 tf Área da seção: S = 5,74 cm2, para cada barra. σ = 0,55 tf / 5,74 cm 2 ≤ σ = 0,36 x 3.450 Kgf/ cm2 σ = 0,0958 tf / cm2 ≤ σ = 1.242 Kgf/ cm2 PE-G-606 - Rev. 12

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σ = 95,8 Kgf / cm 2 < σ = 1.242 Kgf/ cm2

OK, o perfil passa no critério de tração

5.4 Verificação dos perfis do fundo da plataforma: 5.4.1

Verificação dos perfis do fundo da plataforma à flexão: Propriedades geométricas: J = 13,8 cm4 W = 9,2 cm3 S = 5,74 cm2 Momento fletor máximo: Mf = 17,0 tf.cm (conforme diagrama de momentos)

Cálculo das tensões oriundas do momento fletor: σ = 17,0 tf.cm / 9,2 cm3 ≤ σ = 0,6 x 3.450 Kgf/ cm2 σ = 1,84 tf / cm2 ≤ σ = 2.070 Kgf/ cm2 σ = 1.840 Kg / cm2 ≤ σ = 2.070 Kgf/ cm2

OK, o perfil passa no critério de flexão

5.4.2

Verificação dos perfis do fundo da plataforma aos esforços cortantes:

Serão utilizados os valores dos esforços cortantes máximos obtidos nos cálculos computacionais. Para otimização apresentaremos apenas os casos mais extremos de tensão.

σ =F / S≤ σ

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Esforços cortantes: F = 0,42 tf Área da seção: S = 5,74 cm2 σ = 0, 42 tf / 5,74 cm2 ≤ σ = 0,36 x 3.450 Kgf/ cm2 σ = 0, 073 tf / cm2 ≤ σ = 1.242 Kgf/ cm2 σ = 73,0 Kg / cm2 <<< σ = 1.242 Kgf/ cm2

OK, o perfil passa no critério de cisalhamento

5.5 Verificação do furo do olhal Φ 60 mm do item 1.12:

Chapa de 8 mm

Primeiramente serão calculados o fator de forma “k” e a tensão unitária “ σu” :

Coeficiente de forma k = 1,5

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Fator de forma

αk = 1 + k / (1 + r/a) αk = 1 + 1,5 / (1 + 30/30) αk = 1,75

Tensão unitária

σu = N / (2.t.c) σu = 1.160 Kgf / (2 x 0,8 x 3) cm2 σu = 241,6 Kgf/cm 2

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Serão realizadas 3 verificações, que deverão ser satisfeitas simultaneamente para que o resultado dos cálculos sejam considerados satisfatórios: 5.5.1

Verificação à tração:

‘σmáx. = αk. σu ≤ 0,75 . σE => 1,75 x 241,6 ≤ 0,75 x 2538 => 422 Kgf/mm2 ≤ 1900 Kgf/mm2

OK σmáx σu

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Verificação à flexão: _ σt = 5.N / (8.a.t) ≤ σt => 5 x 1.160 / (8 x 3 x 0,8) = 302 Kgf/cm2 ≤ 1550 Kgf/cm2 5.5.2

OK

σ

a

N

5.5.3

Verificação à compressão:

σp = N / (d.t) ≤ 0,75 . σE

=> 1.160 / (3 x 0,8) = 483 Kgf/mm2 ≤ 1900 Kgf/mm2 OK

N

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Considerações finais : Analisando a parte superior de gaiola concluímos que as 6 barras ( chapa de 3/8” x 100 mm) utilizados para a sustentação da gaiola passam no critério de cisalhamento e flexão. No fundo da gaiola as cantoneiras de 2” x ¼” passaram no critério de flexão e

cisalhamento. O olhal de sustentação da gaiola também foi verificado e passou nos critérios de flexão, tração e compressão. O presente projeto atende às especificações técnicas para o qual foi projetado.

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