TCC Estruturas Metalicas

Com isso, a fim de ampliar o conhecimento sobre o assunto, apresenta-se uma análise crítica desse sistema construtivo para uso específico de Subestação Eletrica Palavras-chave: Estrutura metálica; Perfis estruturais; Calculo de perfil. Sumário ESTRUTURA DA BASE DE SUBESTAÇÃO 1 1 INTRODUÇÃO 5 1. Descrição do desenvolvimento do trabalho 5 2. FUNDAMENTAÇÃO TEORICA 6 2. Aços-Carbono 7 2. MOMENTO 18 2. MÉTODO DE CALCULO ESTADOS LIMITES 18 2. Estados-limites 18 2. Ações 19 2. Ações permanentes 19 2. Cálculo do momento resistente devido ao inicio do escoamento efetivo 25 2. Cálculo da resistência ao cortante – eixo Y 27 2. Calculo da resistência ao cortante – eixo Z 28 2. Equações de interação 29 3 MATERIAL E MÉTODOS 29 3. Cálculo da base 29 3. Processo de calculo dos perfis 41 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 55 4. Cálculo do custo 56 4. Lista de peças 56 5. CONCLUSÃO 57 6.

REFERENCIAS 58 1 INTRODUÇÃO O uso da estrutura de aço como tecnologia construtiva surgiu em meados do século XVIII e, a partir dessa época, transformou as criações arquitetônicas e as continua influenciando até os dias atuais. Descrição do desenvolvimento do trabalho O conteúdo deste trabalho está dividido em quatro capítulos, além das conclusões finais. O primeiro capítulo apresenta a fundamentação teórica, assim como suas propriedades, os tipos de aços estruturais e os tipos de perfis existentes no mercado. Esse capítulo é um esclarecedor das questões básicas sobre o aço, promovendo o seu conhecimento e facilitando o entendimento no decorrer do trabalho. No segundo capítulo, o trabalho é direcionado para materiais e métodos. É apresentado os materiais utilizados nesse estudo, com seus cálculos e diomensiomanto, assim como analises do material utilizado.

Em uma pesquisa inicial, verificou-se que as bibliografias consultadas, em sua maioria, procuram identificar as características físicas e químicas do material aço, determinando as situações ideais para o seu consumo. Além disso, aquelas também ressaltam algumas características da construção em aço, como agilidade da obra, leveza da edificação, utilização de peças estruturais menores, gerando um alívio das fundações e atingindo um ganho de espaço, etc. Constatou-se, porém, que pouco é dedicado para a relação do uso da estrutura de aço nas Subestações. termo “aços estruturais” designa todos os tipos de aço que, devido às suas propriedades, são ideais para o uso em elementos estruturais de edificações. Esses podem ser classificados de acordo com suas propriedades e possuem as seguintes características: 2.

Quando expostos ao clima, ele desenvolve uma camada de óxido compacta e aderente na sua superfície, a qual funciona como uma barreira de proteção, podendo ser utilizado sem qualquer tipo de revestimento. Essa camada, ou pátina, somente surge após ciclos alternados de molhamento e secagem. O tempo para o surgimento da proteção varia de acordo com o tipo de atmosfera em que o aço está exposto, em geral de 18 meses a 3 anos. Entretanto, após um ano, o material já apresenta uma homogênea coloração marrom clara. O aço patinável pode ser utilizado com ou sem revestimento de proteção. As vigas de aço sofrem grandes deformações antes de se romperem, o que constitui um aviso da presença de tensões elevadas, diferentemente do ferro fundido, que não se deforma antes da ruptura.

Quanto mais dúctil o aço maior é a redução de área ou o alongamento antes da ruptura; • Tenacidade: é a capacidade de absorver energia quando submetidos a um impacto. Um material dúctil com a mesma resistência de um material não dúctil vai necessitar de uma maior quantidade de energia para ser rompido, sendo, portanto, um material mais tenaz. Além disso, a composição química da liga de aço pode determinar características importantes para a sua aplicação estrutural. A indústria deve buscar a quantidade exata do material a ser adicionado, pois geralmente os componentes acabam por melhorar certa qualidade do aço, em prejuízo de outra. Suas propriedades tabeladas, o que facilita para o processo de calculo da estrutura. São formados pelo processo de laminação a quente, onde ocorre a conformação do metal acima da temperatura de recristalização.

São fabricados em aço carbono que são divididos em baixo, médio e alto carbono. Os perfis laminados são fabricados diretamente da linha de produção através de blocos e tarugos, que são trabalhados a quente até chegarem à forma “I”, “H” ou cantoneiras. Esses perfis podem possuir abas paralelas ou ser de padrão americano com abas inclinadas (Figura 01). Esse tipo de perfil possui uma vantagem sobre o perfil laminado, porque para ele não há limites de altura, já que o segundo fica restrito à capacidade da linha de produção de cada fabricante. A fabricação dos perfis soldados pode ser “artesanal” ou completamente industrial. Os fabricantes de estruturas possuem uma gama de perfis com dimensões padronizadas. No entanto, perfis especiais com conformações diversas podem ser encomendados e produzidos com facilidade.

Os perfis podem ser também eletrossoldados, o que consiste em um processo industrial em que a soldagem é feita por resistência elétrica, conhecida como eletrofusão, na qual não há a deposição de outros materiais, como na solda comum. Já os perfis de menores diâmetros são usados na fabricação de treliças planas e espaciais. Além disso, juntamente com o uso de chapas, é possível a composição de perfis, sendo utilizados como vigas e pilares (Figura 05). Figura 04 Perfis Tubulares Figura 05 Composição de perfis conjugados com chapas e perfis tubulares 2. PROPRIEDADES MECÂNICAS DO AÇO FIGURA 1 – TABELA DE PROPRIEDADES DO AÇO FONTE: Tabela retirada da norma NBR8800. PROPRIEDADES DO AÇOS O aço é a mais versátil e a mais importante das ligas metálicas.

São aços que, temperados e revenidos, atingem boa tenacidade e resistência. Aços de alto carbono possuem mais do que 0,6% de carbono e apresentam elevada dureza e resistência após têmpera. São comumente utilizados em trilhos, molas, engrenagens, componentes agrícolas sujeitos ao desgaste, pequenas ferramentas etc. Na construção civil, o interesse maior recai sobre os chamados aços estruturais de média e alta resistência mecânica, termo designativo de todos os aços que, devido à sua resistência, ductilidade e outras propriedades, são adequados para a utilização em elementos da construção sujeitos a carregamento. Os principais requisitos para os aços destinados à aplicação estrutural são: elevada tensão de escoamento, elevada tenacidade, boa soldabilidade, homogeneidade microestrutural, susceptibilidade de corte por chama sem endurecimento e boa trabalhabilidade em operações tais como corte, furação e dobramento, sem que se originem fissuras ou outros defeitos.

FLAMBAGEM Flambagem é uma reação que ocorre quando um perfil está submetido à força de compressão no caso de pilares ou suportando cargas em sua extensão como vigas. No caso dos pilares, o perfil que suporta uma carga gerando uma força de compressão ira reagir criando um deslocamento. MOMENTO Definição retirada da apostila do curso de sistemas estruturais ministrado pela CBCA “Tome-se um disco fixado no seu centro e tendo na extremidade de um dos seus raios uma carga pendurada por um cabo. Se esse disco for colocado em uma posição em que o cabo que sustenta a carga não esteja alinhado com o seu centro, ele girará até que ocorra o equilíbrio, quando a carga, o cabo e o centro do disco ficarem alinhados.

A análise das forças que atuam no disco mostra a existência de duas forças, uma de ação representada pelo peso e outra de reação a esse peso aplicada no centro do disco, onde ele está fixado. ” Conforme 5. da norma NBR14762 “Quando a segurança é verificada isoladamente em relação a cada um dos esforços atuantes, as condições de segurança tomam a seguinte forma simplificada: Rd≥Sd” 2. Ações Ações são todas as cargas que podem reagir com a estrutura que se deseja calcular. Cada tipo de ação tem sua classificação como ação permanente, ação variável e excepcional. Ações permanentes De acordo com item 6. CÁLCULO DE PERFIS 2. Calculo de tração A é a área bruta da seção transversal da barra An é a área liquida da seção transversal da barra Fy é a resistência ao escoamento do aço Fu é a resistência a ruptura do aço Resistencia de escoamento (1) Resistencia a ruptura (2) 2.

Cálculo de compressão Ney é a força axial de flambagem global elástica no eixo Y Nez é a força axial de flambagem global elástica no eixo Z Net é a força axial de flambagem global elástica por torção Iy é o momento de inercia no eixo Y Iz é o momento de inercia no eixo Z ro é o raio de giração polar da seção bruta Cw é a constante de empenamento da seção G é o modulo de elasticidade transversal J é a constante de torção da seção Xo é a distancia do centro de torção ao centroide é a área efetiva devido á flambagem local Força axial de flambagem global elástica por flexão no eixo Y (3) Força axial de flambagem global elástica por flexão no eixo Z (4) Força axial de flambagem global elástica por torção (5) Força axial de flambagem global elástica por flexo-torção (6) (7) Cálculo da resistência à compressão devido à flambagem global (8) (9) 2.

Cálculo da resistência à flexão – eixo Y Resistência de cálculo à flexão para o início do escoamento Aef Área efetiva da seção Ief Momento de inércia efetivo da seção d Rebaixamento total do eixo baricentro Wcef Modulo de resistência elástica da seção efetiva em relação à fibra extrema comprimida 2. Cálculo do momento resistente devido ao início do escoamento efetivo Posição final do eixo baricentro (10) Momento de inércia efetivo da seção em relação ao eixo baricentro (11) Módulo elástico efetivo (12) Resistência de cálculo à flexão para o início do escoamento (13) 2. O software segue a norma brasileira de calculo estrutural NBR8800 e NBR14762. Para realizar o calculo da base vamos verificar todos os equipamentos que estão dispostos no layout do projeto.

As condições de cargas utilizadas são para esse produto especifico, onde pode ser utilizados em áreas internas de fabricas como exemplo galpões ou uma estrutura de um prédio. Ao substituir os perfis laminados por formados a frio e considerar menores cargas de ações tem como consequência na redução do peso final do equipamento, podendo reduzir o custo com o fundamento civil. A norma regente para calculo de estruturas onde utilizam perfis formados a frio é a ABNT NBR14762. PROCESSO DE CALCULO ATRAVÉS DO MCALC3D 3. Desenho da estrutura Para formar uma estrutura no mCalc3D são desenhados linhas interligadas, onde, em cada linha será carregado os dados do perfil escolhido. Figura 10 3. Cargas As cargas são inseridas de acordo com o projeto. Sempre respeitando as cargas exigidas por norma.

Figura 15 – Momento torsor. Figura 16 Momento Y Figura 17 - renderizado Figura18 – Deformada 3. FLUXOGRAMA 3. Processo de calculo 1 - Disposição dos perfis 2 – pesos dos equipamentos 3 - Carregamento das forças 4 – Carregamento dos valores dos elementos de ponderação 5 – Calculo dos perfis 6 – calculo de flecha 7 – Reação dos apoios Figura 19 3. Processo de calculo dos perfis Perfil I da Açominas Perfil: W 310 21 Aço: ASTM A572 GR50 fy = 345 MPa fu = 450 MPa COMPRIMENTOS DA BARRA KxLx = 38 cm KzLz = 100 cm KyLy = 38 cm Lb = 38 cm 1 – calculo de tração 1,00 Coeficiente de redução da área líquida 27,20 cm² Área líquida da seção transversal 27,20 cm² Área líquida efetiva da seção transversal 85309,09 kgf Resistência de escoamento 90666,67 kgf Resistência à ruptura 85309,09 kgf Força normal resistente de cálculo à tração 0,00 < 1,00 OK! Perfil Box (Formado a frio) Perfil: BOX 60 x 100 x 3 Aço: ASTM A36 fy = 250 MPa fu = 400 MPa COMPRIMENTOS DA BARRA KxLx = 100 cm KzLz = 100 cm KyLy = 100 cm Lb = 100 cm 1,00 Coeficiente de redução da área líquida 20181,82 kgf Resistência de escoamento 21527,27 kgf Resistência à ruptura 20181,82 kgf Resistência à tração 0,00 < 1,00 OK! 2 – Calculo de compressão Perfil I da Açominas Perfil: W 200 26.

Cálculo do momento resistente devido ao estado limite Flambagem Lateral com Torção 13851730,78 kgf. cm Momento fletor de flambagem lateral com torção 23,55 cm³ Módulo de resistência elástico da seção bruta em relação à fibra comprimida 0,07 então 1,00 Fator de redução associado à flambagem lateral com torção Cálculo de na tensão 2500,00 kgf/cm² 8,88 cm² Área efetiva da seção 53,73 cm4 Momento de inércia efetivo da seção em relação ao eixo Y 0,00 cm Rebaixamento total do eixo baricêntrico 3,00 cm Posição final do eixo baricêntrico 53,73 cm4 Momento de inércia efetivo da seção em relação ao eixo baricêntrico 17,91 cm³ Módulo elástico efetivo 40701,82 kgf. cm Resistência de cálculo à flexão para o estado limite FLT 40701,82 kgf.

cm Resistência de cálculo à flexão em relação ao eixo Y 0,08 < 1,00 OK! 4 – calculo da resistência a flexão – eixo z Perfil I da Açominas Perfil: W 200 26. Aço: ASTM A572 GR50 fy = 345 MPa fu = 450 MPa COMPRIMENTOS DA BARRA KxLx = 68,88 cm KzLz = 68,88 cm KyLy = 304 cm Lb = 68,88 cm 1035,00 kgf/cm² Tensão residual 19,41 cm³ Módulo resistente elástico 30,97 cm³ Módulo resistente plástico 106842,98 kgf. Foram substituídas as vigas laminadas por chapas dobradas onde houve a mudança do aço para A36. O custo da chapa é mais baixo que as viga laminadas. Foi desconsiderado o valor de economia do material devido ao custo para conformar a chapa no perfil especificado. O ganho maior foi realmente no peso, onde houve uma economia de 25,65%. Tendo como resultado uma redução de aproximadamente 4160 reais no custo de fabricação desse tipo de base.

NBR14762– Calculo das estruturas metálicas com perfis formados a frio. Rio de Janeiro, 1986. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR6120. – Projeto de estruturas de aço e edifícios. Rio de Janeiro, 1977. NBR 5725 – Ajustes modulares e tolerâncias- procedimentos. Rio de Janeiro, 1982. BRAGA, Thomaz dos Mares Guia. Cronologia do Uso dos Metais. Belo Horizonte, Usiminas, 1998. Dissertação de Mestrado – EPUSP - São Paulo, 2001. PANNONI, Fábio Domingos. Princípios da Proteção de Estruturas Metálicas em situação de corrosão e incêndio. Coletânea do Uso do Aço – Vol. São Paulo: Açominas, 2002. Manual da Construção em aço: Resistência ao Fogo das Estruturas de Aço. Rio de Janeiro: Instituto Brasileiro de Siderurgia – IBS / Centro Brasileiro da Construção em Aço – CBCA, 2003.