UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO
FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA
ENGENHARIA CIVIL
Parâmetros Para Dimensionamento Básico De Silos Para Armazenamento de Grãos
Disciplina: Estrutura de Aço
Professor: Zacarias Martin Chamerlain Pravia
Aluno: Carina Silvani;
Aluno: Fabiano Silva de Assis
Passo Fundo
2009
1 INTRODUÇÃO
O presente trabalho dispõe, através de uma revisão bibliográfica, um roteiro básico dos principais parâmetros que devem ser levados em conta no dimensionamento de silos metálicos para armazenamento de grãos.
Figura-01: Unidade armazenadora de grãos2.1 Partes Componentes de um silo metálico para armazenamento de grãos.
Os silos são divididos em partes: telhado e corpo
Telhado: possui como componentes as telhas, que podem ser autoportantes, ou podem estar apoiadas na estrutura do telhado. (SCALABRIN, 2008)
Corpo do Silo: O corpo do silo possui como componentes, segundo Scalabrin, 2008:
Chapa Lateral: perfiladas com diferentes ondulações, sendo os mais comuns aqueles com comprimento de onda de 101,6mm e altura de onda de 12mm, são montadas nos silos, formando anéis cuja espessura varia conforme a carga que deverão resistir.
Montantes: nome dado às colunas dos silos que podem ser montadas no interior ou exterior. Um bom projeto padroniza o perfil e varia a espessura destas peças de acordo com a carga que deverão resistir. Deve-se padronizar também a quantidade de montantes por chapa lateral. Silos de pequena altura também podem ser fabricados sem montantes, porém a chapa lateral deverá suportar as cargas de atrito do grão e estar calculada para que não ocorra flambagem.
Anéis de reforço: São elementos usados para enrijecer o silo quando o mesmo está sujeito a pressões de vento que não podem ser absorvidas somente pelo conjunto chapa lateral e montante.
2.1.1 Materiais para confecção de silos metálicos para armazenagem de grãos
Tabela 1-Materiais para silos
Os silos são divididos em partes: telhado e corpo
Telhado: possui como componentes as telhas, que podem ser autoportantes, ou podem estar apoiadas na estrutura do telhado. (SCALABRIN, 2008)
Corpo do Silo: O corpo do silo possui como componentes, segundo Scalabrin, 2008:
Chapa Lateral: perfiladas com diferentes ondulações, sendo os mais comuns aqueles com comprimento de onda de 101,6mm e altura de onda de 12mm, são montadas nos silos, formando anéis cuja espessura varia conforme a carga que deverão resistir.
Montantes: nome dado às colunas dos silos que podem ser montadas no interior ou exterior. Um bom projeto padroniza o perfil e varia a espessura destas peças de acordo com a carga que deverão resistir. Deve-se padronizar também a quantidade de montantes por chapa lateral. Silos de pequena altura também podem ser fabricados sem montantes, porém a chapa lateral deverá suportar as cargas de atrito do grão e estar calculada para que não ocorra flambagem.
Anéis de reforço: São elementos usados para enrijecer o silo quando o mesmo está sujeito a pressões de vento que não podem ser absorvidas somente pelo conjunto chapa lateral e montante.
2.1.1 Materiais para confecção de silos metálicos para armazenagem de grãos
Tabela 1-Materiais para silos
3.1.1 Acidentes Durante a Montagem
Os silos são montados iniciando-se pelo telhado e depois são erguidos anel por anel de chapa utilizando-se dispositivos de elevação, comumente tripés com talhas de corrente manual, no Brasil, ou outros dispositivos elétricos ou hidráulicos, nos Estados Unidos, como pode ser observado no vídeo 1 e na figura 2.
Os silos são montados iniciando-se pelo telhado e depois são erguidos anel por anel de chapa utilizando-se dispositivos de elevação, comumente tripés com talhas de corrente manual, no Brasil, ou outros dispositivos elétricos ou hidráulicos, nos Estados Unidos, como pode ser observado no vídeo 1 e na figura 2.
montagem de silo metálico 1 - http://www.youtube.com/watch?v=UhML237qieQ
Figura-02: Unidade armazenadora de grãosNo momento em que todo o silo permanece elevado para a montagem de um anel, se
ocorrer uma rajada de vento, figura 03, esta poderá ocasionar o tombamento do silo. Problemas também ocorrem caso o silo não estiver bem nivelado durante a elevação, o que pode ocasionar sobrecarga em algum dos sistemas de elevação.
ocorrer uma rajada de vento, figura 03, esta poderá ocasionar o tombamento do silo. Problemas também ocorrem caso o silo não estiver bem nivelado durante a elevação, o que pode ocasionar sobrecarga em algum dos sistemas de elevação.
Figura-03: Acidentes com silos – montagem3.1.2 Acidentes Devido a Ancoragem
Buscando aumentar a capacidade de armazenamento de grãos, desconectando o silo da base, elevando-o por meio de dispositivos de elevação e acrescentando novos anéis de chapa e montante. Ocorre que, muitas vezes, os chumbadores existentes não são adequados à nova altura do silo e o colapso pode ocorrer por rompimento destes elementos. Conforme apresentado na figura 04.
Figura-04: Acidentes com silos – ancoragemOutro problema ligado a ancoragem é a falta de possibilidade de deslocamento do montante no sentido “centro do silo – montante” que causa a flexão. O montante é calculado para resistir somente a esforços de compressão e tração, e em alguns casos, como esse da figura 05 e 06, por deficiência de projeto, ficou submetido à carga de flexão devido a restrição do deslocamento.
Figura-05 e 06: Foto de montante devido a problemas na chapa de ancoragem.3.1.3 Acidentes com Galerias
Os acidentes com galerias onde se encontram as correrias transportadoras são, infelizmente, bastante comuns, figura 07. Não se tratam de acidentes ligados diretamente ligados ao silo, mas ocasionam grandes prejuízos a estes. Problemas de dimensionamento são freqüentes e acredita-se que os efeitos do vento de nestas estruturas tenham que ser bem mais estudados.
Figura-07: Fotos de acidentes com galerias.3.1.4 Acidentes Devido a Projeto
Acidentes devido à erros de projeto, pode ter origem no armazenamento do grão adequado ao projeto. Um silo dimensionado para um tipo de grão com de certo peso específico, onde foi armazenado outro com peso específico superior pode entrar em colapso.
Exemplo: o trigo, soja e milho têm peso específico ao redor de 7,5 kN/m3, enquanto o arroz tem peso específico em torno de 6,0 kN/m3. Assim o aumento da pressão nas paredes do silo será da ordem de 25%. A figura 08 apresenta um provável acidente com silos por erro de projeto.
Figura-08: Fotos de acidentes com galerias.Devido à concorrência entre fabricantes, para aumentar o mercado e lucratividade, os mesmos buscam a substituição de aços tradicionais por outros de maior resistência. Verificou-se que vários acidentes em silos ocorreram por flambagem local de alguns elementos dos montantes. Figura 09.
Figura-09: Fotos de montantes com problemas de flambagem local das abas.Em regiões de ventos mais intenso, ocorre o afundamento dos silos que não tenham sido devidamente projetados para estas cargas principalmente quando vazios. A figura 10 mostra duas fotos de uma mesma obra do norte do RS, danos causados diretamente pela ação do vento sobre o silo e do tombamento do silo sobre outro.
Figura-10: Fotos de acidentes de silo causados pelo vento.3.2 Demolição de Silos Metálicos
Os vídeos a seguir apresentam demolições de silos metálicos.
Demolição de Silo Metálico 1 - http://www.youtube.com/watch?v=QG6-vLj8HCA
Demolição de Silo Metálico 2 - http://www.youtube.com/watch?v=l8cgDcj2Jl4
4 Cargas atuantes em silos para grão no brasil
Segundo Scalabrim, 2008 as principais cargas atuantes no silo são:
- Peso próprio do telhado e do corpo;
- Carga de equipamentos móveis como: Termometria, Cargas no Centro do Telhado;
- Cargas Adicionais aos Montante devido as Passarelas.
- Pressões devido aos grão armazenado: Pressões no carregamento; Pressões no descarregamento.
- Cargas de Vento.
5 Cálculos dos componetes de um silo
5.1 Ações e Combinações de Ações
- Combinações de Ações para os Estados Últimos
- Combinações de Ações para os Estados Limites de Utilização
- Combinações de Ações para os Estados Limites de Últimos para Silos
5.2 Dimensionamento
O dimensionamento é baseado em:
- Valores máximos da relação Largura-Espessura;
- Flambagem Local;
- Largura efetiva de Elementos Uniformemente Comprimidos com Enrijecedor.
5.3 Barras Submetidas à Compressão
De acordo com o anexo B da norma NBR14762 (ABNT, 2001), a resistência ao escoamento pode ser aumentada devido ao efeito do trabalho a frio, desde que todos os elementos da seção apresentem λp ≤ 0,673.
5.4 Barras Submetidas à Tração
Entre as peças que compõem um silo, as chapas laterais são aquelas que estão submetidas à carga de tração devida à pressão horizontal oriunda do carregamento dos grãos. Além delas, dependendo da relação altura e diâmetro e carga de vento, os montantes dos silos na região de barlavento podem estar sujeitos à tração.
5.5 Cálculo das Ligações Parafusadas
- Cálculo das Ligações Parafusadas, a Norma NBR-14762 (2001) é aplicável para cálculo de ligações parafusadas, quando a espessura da parte mais fina não ultrapassa 4,75mm. Caso contrário, devem ser atendidas as exigências da NBR 8800 (1986).
6 Cálculo de silo vazio submetido à carga de vento
Silos metálicos de grande diâmetro têm pouca rigidez e estão sujeitos a flambagem do conjunto de chapas laterais mais montantes.A determinação da carga de vento que estará atuando em silos e sua distribuição pode ser determinada utilizando-se a norma brasileira NBR-6123 Forças devido ao vento em edificações (1998).
Algumas teorias são importantes para o cálculo da flambagem crítica.
Teoria – Butler
Teoria de Becker – Gerard
Teoria de Ansourian
- Combinações de Ações para os Estados Últimos
- Combinações de Ações para os Estados Limites de Utilização
- Combinações de Ações para os Estados Limites de Últimos para Silos
5.2 Dimensionamento
O dimensionamento é baseado em:
- Valores máximos da relação Largura-Espessura;
- Flambagem Local;
- Largura efetiva de Elementos Uniformemente Comprimidos com Enrijecedor.
5.3 Barras Submetidas à Compressão
De acordo com o anexo B da norma NBR14762 (ABNT, 2001), a resistência ao escoamento pode ser aumentada devido ao efeito do trabalho a frio, desde que todos os elementos da seção apresentem λp ≤ 0,673.
5.4 Barras Submetidas à Tração
Entre as peças que compõem um silo, as chapas laterais são aquelas que estão submetidas à carga de tração devida à pressão horizontal oriunda do carregamento dos grãos. Além delas, dependendo da relação altura e diâmetro e carga de vento, os montantes dos silos na região de barlavento podem estar sujeitos à tração.
5.5 Cálculo das Ligações Parafusadas
- Cálculo das Ligações Parafusadas, a Norma NBR-14762 (2001) é aplicável para cálculo de ligações parafusadas, quando a espessura da parte mais fina não ultrapassa 4,75mm. Caso contrário, devem ser atendidas as exigências da NBR 8800 (1986).
6 Cálculo de silo vazio submetido à carga de vento
Silos metálicos de grande diâmetro têm pouca rigidez e estão sujeitos a flambagem do conjunto de chapas laterais mais montantes.A determinação da carga de vento que estará atuando em silos e sua distribuição pode ser determinada utilizando-se a norma brasileira NBR-6123 Forças devido ao vento em edificações (1998).
Algumas teorias são importantes para o cálculo da flambagem crítica.
Teoria – Butler
Teoria de Becker – Gerard
Teoria de Ansourian
Podemos concluir com este trabalho que silos armazenadores de grãos podem sofrer acidentes por vários motivos, causando prejuízos e trazendo riscos as pessoas. E o conhecimento adequado das solicitações e consideração para um correto dimensionamento e projeto, pode minimizar estes acontecimentos indesejáveis.
SCALABRIN, LUCIANO ARGENTA, Dimensionamento de Silos Metálicos para Armazenagem de Grão. Dissertação de mestrado, 2008.
