Curso Sobre Estrutura Metalica, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

Baixe Curso Sobre Estrutura Metalica e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity!

TRANSPORTE E

MONTAGEM

Sumário

• Capítulo
• 1 Introdução
• 1.1 As estruturas de aço
• 1.2 Escopo básico
• 1.2.1 Projeto de arquitetura
• 1.2.2 Projeto estrutural
• 1.2.3 Fabricação
• 1.2.4 Tratamento anticorrosivo
• 1.2.5 Transporte
• 1.2.6 Montagem
• 1.3 Tipos de estruturas
• 1.4 Concepção de projeto visando a melhoria de produtividade
• 1.5 Comentários finais
• Capítulo
• Transporte de estruturas
• 2.1 Introdução
• 2.2 Planejamento de transporte
• 2.3 Transporte rodoviário
• 2.3.1 Tipos de veículos
• 2.3.2 Pesos e dimensões máximas
• 2.3.3 Cargas indivisíveis
• 2.4 Transporte ferroviário
• 2.4.1 Plataforma de piso metálico
• 2.4.2 Gôndola com bordas tombantes
• 2.5 Transporte marítimo
• 2.6 Transporte fluvial
• 2.7 Transporte aéreo
• Capítulo
• Equipamentos de montagem
• 3.1 Introdução
• 3.2 Equipamentos de içamento vertical
• 3.3 Equipamentos de transporte horizontal
• 3.4 Equipamentos auxiliares
• Capítulo
• Técnicas de içamento
• 4.1 Introdução
• 4.2 Cálculo da carga
• 4.3 Cálculo do centro de gravidade
• 4.4 Acessórios de içamento
• 4.5 Composição de forças
• 4.6 Roldanas e redução de cargas
• 4.7 Considerações sobre içamento de peças
• Capítulo
• Ligações soldadas e parafusadas
• 5.1 Generalidades
• 5.2 Ligações Soldadas
• 5.2.1 Introdução
• 5.2.2 Processos de soldagem
• 5.2.3 Máquinas de solda
• 5.2.4 Características das ligações soldadas
• 5.2.5 Controle e garantia da qualidade
• 5.2.6 Ensaios não destrutivos
• 5.3 Ligações parafusadas
• 5.3.1 Generalidades
• 5.3.2 Tipos de parafusos
• 5.3.3 Modalidades de ligações
• 5.3.4 Controle de torque
• 5.3.5 Métodos de protensão dos parafusos de alta resistência
• 5.4 Corte à maçarico
• 5.4.1 Generalidades
• 5.4.2 O aparelho de maçarico
• Capítulo
• Montagem de edifícios e galpões
• 6.1 Introdução
• 6.2 Tipos de edifícios
• 6.3 Montagem de edifícios de múltiplos andares
• 6.3.1 Verificação das fundações
• 6.3.2 Alinhamento
• 6.3.3 Nivelamento
• 6.3.4 Esquadro
• 6.3.5 Prumo
• 6.3.6 Montagem
• 6.3.7 Plano de “rigging”
• 6.4 Montagem de galpões
• 6.5 Medidas e tolerâncias
• Capítulo
• Montagem de pontes, viadutos e passarelas
• 7.1 Introdução
• 7.2 Classificação quanto ao tipo de estrutura suporte
• 7.2.1 Pontes com longarinas de perfis de alma cheia
• 7.2.2 Pontes aporticadas com longarinas de perfis de alma cheia
• 7.2.3 Pontes com longarinas tipo caixão
• 7.2.4 Pontes com longarinas treliçadas
• 7.2.5 Pontes em arco
• 7.2.6 Pontes estaiadas
• 7.2.7 Pontes pênseis
• 7.3 Classificação quanto ao tipo de tabuleiro
• 7.3.1 Pontes com tabuleiro em concreto armado
• 7.3.2 Pontes com tabuleiro em concreto protendido
• 7.3.3 Pontes com tabuleiro em placa ortotrópica
• 7.3.4 Pontes com tabuleiro em madeira
• 7.4 Classificação quanto a posição relativa do tabuleiro
• 7.4.1 Pontes com tabuleiro superior
• 7.4.2 Pontes com tabuleiro intermediário
• 7.4.3 Pontes com tabuleiro inferior
• 7.5 Montagem de pontes
• 7.6 Processos de montagem de pontes
• 7.6.1 Montagem pelo solo
• 7.6.2 Montagem por balsa
• 7.6.3 Montagem de pontes por lançamento
• 7.6.4 Montagem por balanços sucessivos
• 7.7 Equipamentos utilizados na montagem de pontes
• 7.7.1 Introdução
• 7.7.2 “Derricks”
• 7.7.3 “Travellers”
• 7.7.4 Treliça lançadeira
• 7.7.5 Guinchos
• 7.7.6 Macacos trepadores
• 7.8 Montagem de passarelas
• 7.8.1 Generalidades
• 7.8.2 Recomendações
• Capítulo
• Outros tipos de estrutura
• 8.1 Introdução
• 8.2 Montagem de torres
• 8.3 Montagem de tanques e reservatórios
• 8.4 Montagem de esferas
• 8.5 Montagem de chaminés e vasos de pressão
• 8.6 Montagem de estruturas espaciais
• Capítulo
• Planejamento e orçamento de montagem
• 9.1 Introdução
• 9.2 Definição do processo de montagem
• 9.3 Planejamento de montagem
• 9.4 Recursos
• 9.5 Cronogramas
• 9.6 Orçamento
• 9.7 Cálculo do preço de venda e proposta
• 9.8 Contrato
• Referências Bibliográficas
• Anexos

Introdução

Capítulo 1

em uma escolha final, que pode ser uma mes- cla de duas ou mais hipóteses analisadas. O arquiteto, ao projetar uma edificação objetivando a adoção da estrutura de aço, re- presenta o aspecto desejado para estrutura, ainda que sem preocupação com o dimensio- namento das peças. Este tipo de projeto de ar- quitetura trata-se de um projeto básico. b) Projeto estrutural Este item inclui toda a análise estrutural com o dimensionamento de todos os elemen- tos, geração das cargas nas fundações e a definição geométrica dos eixos, dimensões e níveis da estrutura, a partir do projeto arquite- tônico. Para obter estes elementos, o calculis- ta fará o cálculo estrutural no qual levará em conta todos os esforços que serão aplicados à estrutura, suas combinações possíveis e dará aos seus elementos as dimensões necessárias para oferecer a resistência adequada. Além disso, também devem constar do projeto o tipo de ligação a ser adotado entre as peças, os perfis e outros materiais, o aço a ser adotado, a classe dos parafusos e eletro- dos de solda e os ensaios necessários para a garantia da qualidade da execução. Os documentos resultantes do projeto es- trutural são as listas de materiais, as memórias de cálculo e os desenhos de projeto. c) Projeto detalhado Também chamado de projeto de fabrica- ção ou desenhos de detalhe, mostram o deta- lhamento do projeto estrutural, visando dotar a fábrica de todas as informações para proceder a fabricação da estrutura. São desenhos de cada peça constituinte da estrutura, o dimen- sionamento das ligações entre elas, os mate- riais básicos utilizados e as listas de materiais com os pesos. Nestes projetos todas as peças e partes de peças individuais são detalhadas a partir dos materiais encontrados no mercado. Cada peça e parte de peça receberá um nome chamado marca de detalhe. Alguns elementos podem constar em lis- tas separadas, como os parafusos, telhas e acessórios que normalmente não constam no peso da obra. Eventualmente, a área da super- fície a ser pintada também será fornecida nos desenhos. d) Diagramas de montagem Projetos apresentados na forma de dese- nhos, que em tudo lembram o projeto estru- tural, mas diferem destes por não mostrarem necessariamente os materiais utilizados. O ob- jetivo destes desenhos é mostrar a localização das peças na estrutura para orientação dos serviços de montagem, assinalando as marcas de detalhe de cada peça. 1.2.3 Fabricação Antes de iniciar a fabricação, o fornece- dor das estruturas deve providenciar a maté- ria-prima e os consumíveis de aplicação direta a partir das listas de materiais. Os materiais estruturais como chapas e perfis poderão ser adquiridos pelo próprio fabricante ou mesmo pelo cliente. Neste caso, este solicitará aos fornecedores que entreguem os materiais na fábrica da empresa responsável pela fabrica- ção. Pode ocorrer que o fabricante não rece- ba os desenhos de detalhamento. Um projeto estrutural mais detalhado pode dispensar a ne- cessidade do detalhamento. Caberá ao fabri- cante analisar o nível de informações contidas no projeto e contratar o detalhamento caso jul- gue necessário. Listas de materiais elaboradas a partir dos desenhos de detalhe são mais exatas que aquelas feitas somente a partir do projeto es- trutural. No momento do aprovisionamento dos materiais para fabricação, será utilizada a últi- ma lista disponível. Caso esta seja uma lista imprecisa, isto poderá acarretar falta de deter- minados materiais ou sobra de outros durante

a fabricação, com a ocorrência de possíveis atrasos. Estando os materiais à disposição, o fa- bricante dará início aos seus trabalhos. A fabricação será a transformação dos materiais em peças através das operações bá- sicas de fabricação: corte, dobra, furação, sol- dagem entre outros. 1.2.4 Tratamento anticorrosivo O tratamento anticorrosivo visa interpor uma barreira entre o meio externo e o aço da peça visando retardar o processo de corrosão. Isto será necessário caso as características da estrutura, o aço utilizado e a agressividade do meio ambiente levem ao surgimento de pro- cessos corrosivos. Estes serão sempre mais prejudiciais à medida que prejudiquem a vida útil da estrutura, coloquem em risco sua esta- bilidade ou afetem a estética da construção. Os principais tipos de tratamento anticor- rosivo são a galvanização e a pintura. A gal- vanização é a deposição de uma camada de zinco na superfície da peça, metal este muito mais estável que o aço carbono. Este proces- so é normalmente mais dispendioso que os sistemas de pintura, mas será recomendado nos casos em que o meio é muito agressivo, a manutenção é difícil e as dimensões das pe- ças permitirem. Nos casos mais gerais a pintu- ra será o processo utilizado. A pintura de base de proteção anticorrosi- va poderá ser aplicada logo após a fabricação ainda no interior da fábrica. A pintura de acabamento, quando aplicá- vel, poderá ocorrer:

• antes da liberação para embarque das estruturas, no interior da fábrica;
• no canteiro de obras, antes da mon tagem;
• no canteiro de obras, após a monta- gem e antes das obras civis;
• no canteiro de obras com a estrutura totalmente montada e após as obras civis como lajes ou alvenarias; 1.2.5 Transporte Conforme a modalidade de transporte es- colhida, as peças deverão possuir dimensões e pesos compatíveis com a capacidade dos veículos utilizados. No transporte rodoviário por exemplo, o mais utilizado atualmente, con- sidera-se normal o transporte executado sobre carretas de 27 toneladas de capacidade, com aproximadamente 13 metros de comprimento na carroceria, 2,3 metros de largura transpor- tável e uma altura máxima sobre a plataforma de aproximadamente 3,0 metros. Acima destes limites situam-se os transportes especiais com excesso no comprimento, excesso lateral ou excesso em altura. Nestes casos o preço por tonelada transportada sobe significativamente, sendo exigidos veículos e licenças especiais, batedores, horários especiais, etc. Geralmen- te procura-se limitar as peças das estruturas ao comprimento máximo de 12 metros. Estes tópicos serão abordados mais detalhadamente no Capítulo 2. 1.2.6 Montagem Antes da montagem propriamente dita, serão executadas a descarga, conferência e armazenagem das peças no canteiro de obras. As fundações e outras interfaces serão verifi- cadas topograficamente quanto a exatidão dos níveis, distâncias e alinhamentos. Após estas providências e a correção de eventuais des- vios, será iniciada a montagem das peças da estrutura, que é a materialização no canteiro de todo o trabalho das etapas precedentes. Apesar de possuírem peso próprio reduzido em comparação com as estruturas de concre- to, as estruturas em aço necessitam de equi- pamentos para sua montagem. A montagem

Introdução

Figura 1.1 - Carreta convencional com cavalo mecânico

d) Estruturas reticuladas – É o caso tí- pico das torres, concebidas para sustentação de cabos elétricos, antenas de transmissão e recepção de sinais, postes de iluminação e sinalização, ou mesmo suporte de equipa- mentos industriais e chaminés. São estruturas verticalizadas treliçadas que formam um reti- culado tridimensional de perfis muito leves uni- dos através de parafusos. e) Estruturas tubulares – Neste tipo po- dem-se classificar as torres e postes tubulares para telefonia celular, estruturas de jaquetas de plataformas marítimas de prospecção de petróleo, ou ainda chaminés e grandes tubula- ções. No caso de tubulações aéreas, podem- se citar grandes adutoras de água, oleodutos, emissários submarinos e condutos forçados de usinas de geração de energia. Podem ser feitas de perfis tubulares comerciais (no caso de pequenas estruturas), entretanto o tipo mais comum será formada por chapas de aço carbono calandradas e soldadas. f) Estruturas espaciais - Denominam- se estruturas espaciais aqueles reticulados tridimensionais constituídos de perfis leves, tubulares ou não, cujos elementos convergem de diversas direções em nós de interligação. Caso típico são as estruturas de pavilhões de exposições, aeroportos, estações rodoviárias e terminais de carga, onde se desejam amplas coberturas com o mínimo de apoios. São estru- turas que apresentam grandes vãos livres, são eminentemente horizontalizadas e dotadas de platibanda que oculta e protege a cobertura.

Introdução

Figura 1.5 – Torre de transmissão de energia Figura 1.6 – Poste tubular Figura 1.7 – Estrutura espacial

g) Estruturas de armazenagem – São casos típicos os silos, tanques e esferas de ar- mazenamento. Possuem como característica principal as paredes relativamente finas forma- das por chapas de aço carbono calandradas. Estas estruturas são utilizadas para armaze- namento de materiais a granel como grãos, lí- quidos e gases. Os silos e tanques assumem a forma cilíndrica, formada pelo fundo, costado (parede lateral calandrada) e o teto. O fundo dos silos possui a forma cônica para melhor escoamento dos grãos. O caso das esferas de armazenamento de gases é bastante peculiar, sendo a forma esférica obviamente a mais co- mum, porém não a única. h) Estruturas estaiadas ou tensiona- das – São estruturas que utilizam cabos de aço (ou tubos esbeltos) tracionados para sus- tentação de coberturas. Este tipo de estrutura procura vencer grandes vãos tirando partido da alta resistência a tração dos cabos de aço. Os cabos de aço são firmemente ancorados em poucos pilares ou na extremidade de anéis periféricos, e daí pendem em linha reta ou na forma de parábolas sustentadas nas duas ex- tremidades. 1.4 Concepção de projeto visando a melhoria de produtividade A construção em aço como exemplo de construção industrializada possui a vantagem competitiva de se deslocar boa parte das ati- vidades para fora da obra reduzindo o tempo de permanência no local e o desperdício de materiais. Entretanto, ganhos suplementares em produtividade podem ser auferidos com a economia de escala. Por exemplo: se duas pe- ças iguais vão ser fabricadas, o ganho relativo de produtividade será pequeno; entretanto, se vão ser fabricadas 200 peças iguais, haverá um ganho progressivo de produtividade. Este ganho irá aumentar até que se tenda à esta- bilização em um determinado patamar. Qual- quer progresso a partir deste nível dependerá da utilização de uma nova tecnologia. Porém, antes que tal salto tecnológico ocorra, os be- nefícios já serão sentidos no desempenho das obras em aço, com um resultado bem acima dos processos artesanais. Pode-se analisar os ganhos de produtivi- dade em três níveis:

1. No primeiro nível se faz o comparativo entre a construção industrializada e a constru- ção artesanal. Entende-se como construção artesanal aquela que se caracteriza por ser produzida totalmente no canteiro de obras; não apresenta repetição significativa de elementos; exige maciço emprego de mão-de-obra; apre- senta perdas elevadas de materiais e comu- mente é realizada uma única vez.
2. Num segundo nível o comparativo se fará entre a construção industrializada simples, repetitiva e padronizada, com outra complexa sem repetição nem padronização. Em outras palavras, o ganho de produtividade neste nível dependerá da complexidade e do número de peças iguais da estrutura.
3. No terceiro e último nível os ganhos de produtividade são atingidos quando ocorre a ruptura do paradigma vigente com o surgi- Figura 1.8 – Esfera de armazenamento mento de uma nova tecnologia.

As obras serão exitosas na medida em que possuírem características de durabilida- de, segurança, estéticas e de utilização per- cebidas pelos usuários de forma a atender os objetivos para os quais foram concebidas. O trabalho dos profissionais envolvidos com a concepção e a construção da estrutura será percebido pelo usuário leigo à partir de seus resultados palpáveis: uma obra durável, segu- ra, bonita e útil. Porém, para os profissionais o sucesso da obra não se limitará à percepção da boa receptividade por parte da sociedade. Para os protagonistas o sucesso dependerá também dos resultados técnicos relacionados com os desafios vencidos, o desempenho das equipes envolvidas dentro dos prazos previs- tos, o resultado econômico obtido no empre- endimento e a satisfação de ter participado de uma obra reconhecida como excelente pelos seus pares.

2.1 Introdução Embora seja viável a fabricação de estru- turas mais simples no próprio canteiro, a situa- ção mais comum é aquela em que a fabricação e a montagem ocorram em locais diferentes. Nestes casos as estruturas de aço deverão ser transportadas até o local da montagem após a fabricação. A matéria-prima utilizada nas estru- turas, como chapas e perfis, também depende de transporte desde a usina siderúrgica ou dis- tribuidor até a fábrica. Desde a produção, cada peça da estrutu- ra será manipulada e transportada de um lado para outro, sendo depositada em um local, para em seguida ser deslocada novamente. Dependendo da peça e do tipo de fabricação, esse deslocamento constante ocorre inclusive dentro da fábrica. Quando os equipamentos de corte e furação, soldagem ou pintura se en- contram fixos, as peças deverão ser movidas de um local para outro até estarem concluídas. Portanto, constantemente a peça é içada, des- locada e armazenada em repetidas operações. Isto requer tempo de pessoal e equipamentos, que demandam recursos financeiros. Para a redução dos custos de produção, quanto me- nos manipulação houver, melhor. Também no canteiro de obras é assim: enquanto se mobiliza uma equipe para a des- carga de uma carreta, não haverá montagem de peças na estrutura. Esta atividade inevitá- vel, deve ser prevista nos orçamentos. O que se deve evitar é o retrabalho, que durante a montagem pode ser uma peça montada em lo- cal errado, mas também pode significar horas perdidas em busca de uma determinada peça em uma pilha caótica de outras semelhantes. Esta desorganização pode ser causada pela falta de planejamento de transporte, que acar- retará maiores custos de montagem. O transporte das estruturas e matérias- primas será realizado por algum meio de trans- porte, seja rodoviário, ferroviário, marítimo, aé- reo ou fluvial. Conforme o meio de transporte adotado, existirão determinadas limitações das peças da estrutura, tanto a respeito de seus pesos individuais e peso total, quanto pelas di- mensões máximas e do volume disponível. A montagem de cada peça em seu lugar na estrutura será realizada por equipamentos de içamento como gruas e guindastes. Es- tes meios de levantamento de peças também possuem limites de capacidade de carga, que acarretam limitações no peso das peças. Além destes, os seguintes fatores podem se consti- tuir em limitações para as dimensões, pesos e volumes das peças - seja em conjunto, seja individualmente: 1.Problemas relativos ao trajeto de trans- porte, como limitações quanto a largura, altura e pesos máximos permitidos (sobre uma ponte rodoviária, por exemplo). 2.Limites impostos pelo processo de montagem ou pela disponibilidade de espaço no canteiro de obras. 3.Limitações relativas à estabilidade das peças durante o processo de montagem, seja de uma peça individualmente durante o iça- mento, seja após ocupar seu lugar na estru- tura. 4.Dimensões dos perfis comercializados. Por estas razões ou outras derivadas destas, as peças devem ser concebidas na fase de projeto e arranjadas para o transporte, de modo a não acarretarem problemas nas fa- ses de transporte e montagem. 2.2 Planejamento de transporte O planejamento de transporte é essencial para o sucesso da obra. Obviamente, depende de disponibilidade de peças prontas na fábri- ca que possam ser enviadas à obra. Depen- de igualmente, de uma análise do trajeto e de

Transporte de estruturas

limitações dimensionais e de peso. Portanto, pode-se enumerar o aspectos mais relevantes para o planejamento e execução do transporte das peças da estrutura: 1.Escolha da modalidade de transporte mais adequada para vencer a distância entre a fábrica e a obra. Para esta escolha devem ser analisadas a disponibilidade de meios e vias de transporte no trajeto. 2.Análise do veículo mais conveniente para o transporte, verificando-se limitações di- mensionais, capacidade de carga e rendimen- to. Define-se por rendimento a quantidade de peças transportadas por viagem ou mesmo o menor custo por tonelada transportada. 3.Definição do ritmo de embarques levan- do-se em consideração as disponibilidades de peças prontas e de espaço de armazenagem no local da montagem. Não se deve embarcar mais peças do que se consegue armazenar adequadamente na obra. As peças devem ser embarcadas para a obra de acordo com o pla- nejamento da montagem. Nos casos em que não se dispõe de área para estocagem de to- das as peças no canteiro, o transporte deverá ser programado com grande precisão. Nestes casos, excesso de embarques significaria falta de espaço na obra; atraso nos embarques sig- nificaria paralisação da montagem. 4.Análise da ordem de embarque das pe- ças em função da seqüência de montagem e da maneira de se estocarem as peças no can- teiro. Pode ser mais adequado embarcar antes um grupo de peças que serão montadas após outro grupo. Isto ocorre quando a área de ar- mazenagem é restrita e as peças serão empi- lhadas umas sobre as outras. As primeiras a serem montadas devem ficar no alto da pilha, o que é obtido embarcando-as após. 5.A disponibilidade de espaço na própria fábrica também deve ser analisada ao se ela- borar o planejamento de transporte, pois exis- tem limitações na área de armazenagem. Caso o canteiro de obras não possa receber maior quantidade de peças e a fábrica não consiga armazenar as excedentes, deverá ser criado um pátio intermediário de estocagem no traje- to. É conveniente que este entreposto fique o mais próximo possível do local da obra, para que o próprio pessoal do canteiro execute as operações de transbordo, otimizando a utiliza- ção de equipamentos e veículos de transpor- te. 6.As peças devem ser acondicionadas de modo que as mais pesadas sejam embarcadas primeiro, e as mais leves sobre aquelas. É re- comendável a utilização de caibros de madeira entre as camadas de peças, facilitando a pas- sagem de cabos ou cintas para as operações de carga e descarga. 2 .3 Transporte rodoviário Esta é a modalidade de transporte predo- minante atualmente no Brasil, apesar das limi- tações quanto às dimensões das carrocerias e gabaritos rodoviários. A precariedade das estradas em muitas regiões é parcialmente compensada pela malha existente que permite acesso a maior parte das localidades. Sabe- se, entretanto, que somente 10% das estradas nacionais são pavimentadas. As outras modalidades de transporte, como o marítimo ou ferroviário, dificilmente não dependerão em algum ponto do trajeto da interveniência da modalidade rodoviária. Por exemplo, no transporte marítimo, a carga de estruturas deverá chegar ao porto de origem por transporte rodoviário; e que de igual ma- neira dependerá de uma modalidade terrestre no porto de destino. Assim, dependendo da região, o transporte intermodal ocorrerá com os possíveis transbordos de um meio para o outro. Um veículo de transporte rodoviário pos- sui a característica de poder ser transportado por outro meio de transporte, seja sobre uma