Estudo comparativo, analítico e numérico do comportamento de perfis de aço alveolares com perfis de alma cheia para uso como vigas de cobertura

Abstract

Os sistemas construtivos em aço podem adotar vários tipos e formas de perfis para sua constituição. O presente estudo apresenta a comparação entre dois tipos de perfis: de alma cheia e alveolares aplicados como vigas de cobertura em galpões. Para efetuar a comparação, foram feitos estudos analíticos e numéricos sobre o comportamento estrutural dos perfis estudados. O estudo analítico teve como base o dimensionamento das vigas para os estado limite último e estado limite de serviço, conforme a NBR 8800 (ABNT,2008) - Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios, bem como outras normas citadas no estudo. Também foram utilizados os softwares Visual Ventos, SAP2000 e planilhas elaboradas no programa Microsoft Office Excel. Após concluído o estudo analítico, foi possível efetuar a comparação estrutural entre os perfis, apontando qual tipo de colapso governou o dimensionamento dos perfis de alma cheia e perfis alveolares, possibilitando também o apontamento dos níveis de aproveitamento dos perfis em cada vão proposto para o galpão. Desta forma, também foi identificado o percentual de aço economizado quando se utiliza o perfil alveolar em comparação com o perfil de alma cheia. O estudo numérico foi realizado utilizando-se os programas AutoCAD e SAP2000 empregando-se a teoria dos elementos finitos. Os resultados da análise apontaram distribuição de tensões uniformes nos perfis que não possuem aberturas na alma e um menor nível de deslocamentos verticais neste tipo de perfil, apesar dos perfis alveolares sofrem maiores deslocamentos, seu comportamento estrutural atende os requisitos normativos impostos pela NBR 8800 (ABNT, 2008), apresentando economia significativa de aço quando aplicado à longos vãos. Desta forma, conclui-se que é viável, podendo ser bem vantajoso o emprego dos perfis alveolares para vigas de cobertura devido à menor quantidade de aço utilizada para sua fabricação e por atender aos parâmetros estabelecidos para o dimensionamento estrutural em estado limite último e estado limite de serviço.

Steel structural systems are made of many different kind of steel shapes. The aim of this dissertation is a theoretical study of the factors that affect the structural behavior of cellular beams, used as roof beams, with a comparative study of some models with different spans but subjected to same load conditions and safety coefficients to show the increase of resistance and the advantages of the use of cellular beams. For this study, the load and resistance factors and some other criteria were based on the Brazilian standard ABNT NBR 8800:2008 - Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios and others standards and specifications. Although cellular beams are not so much used in Brazil, it is a very efficient structural system that allows the increase of resistance of solid web steel beams without the addition of more steel, as the rolled shape is just cut and welded in a different position resulting in an alveolar shape with a depth approximately 1,5 times the original shape. The use of this type of construction is considered as a very economical and efficient system for roof beams in North America, Europe, Japan and Australia, where its use has been growing steadily over the past years. In the conclusion its showed that, for the spans between 25 m and 40 m the cellular beams with its low steel consumption is a very good option for use in roof steel systems