Norma GB/T 13752 para Gruas de Torre: 6 Combinações de Cargas

Diferenças entre a norma GB/T 13752 e a norma geral GB/T 3811 para gruas de torre

A norma GB/T 13752-2017 é uma especificação de cálculo de projeto específica para gruas de torre. A diferença fundamental em relação à norma geral de projeto GB/T 3811-2008 «Norma de projeto de gruas» reside na filosofia de projeto e no âmbito de aplicação. A GB/T 3811 abrange todos os tipos de gruas (de ponte, de pórtico, de torre, móveis, ferroviárias, flutuantes, etc.) e fornece um quadro de projeto genérico; enquanto a GB/T 13752 é especificamente adaptada para gruas de torre, sendo mais detalhada na determinação de cargas, nas combinações, na seleção de coeficientes parciais e nos métodos de verificação de estabilidade.

As diferenças entre as duas normas manifestam-se em quatro dimensões:

Primeiro, as combinações de cargas são diferentes. A GB/T 3811 define 9 combinações de cargas em 3 níveis (A/B/C), enquanto a GB/T 13752 divide o estado de trabalho da grua de torre em 6 condições específicas de combinação, incluindo trabalho normal sem vento (classe A), trabalho normal com vento (classe B), montagem e desmontagem (classe C), carga de vento em estado não operacional (classe D), impacto de amortecimento (classe E) e cargas de ensaio (classe F), cada uma com a respetiva tabela de coeficientes parciais.

Segundo, o cálculo da carga de vento é mais detalhado. A GB/T 13752 introduz coeficientes de correção da pressão do vento por segmentos de altura da torre, coeficientes de redução de obstrução ao vento e coeficientes de interferência para grupos de gruas de torre, exigindo o cálculo separado com uma pressão de vento em estado de trabalho de 250 Pa e, para o estado não operacional, com a pressão básica do vento da região (que pode exceder 1000 Pa nas zonas costeiras).

Terceiro, a verificação de estabilidade tem um capítulo próprio. O capítulo 8 da GB/T 13752 especifica 5 condições de verificação da resistência ao tombamento e os respetivos requisitos do fator de segurança K, exigindo a verificação da capacidade global de resistência ao tombamento em estado de trabalho e em estado não operacional.

Quarto, o projeto dos dispositivos de amarração tem um capítulo dedicado. O capítulo 9 especifica detalhadamente o espaçamento dos dispositivos de amarração, o limite do índice de esbeltez das barras (não superior a 120), o grau dos parafusos de ligação (não inferior a 8.8) e o fator de segurança contra arrancamento dos elementos embutidos (não inferior a 1.5), aspetos não abordados na GB/T 3811.

Combinações de Carga e Coeficientes Parciais em Gruas de Torre: Como Determinar?

De acordo com a secção 5 da norma ISO 4301, o projeto de gruas de torre deve considerar 6 tipos de combinações de carga, cada uma correspondendo a diferentes cargas e coeficientes parciais. A Kelude Indústrias Pesadas aplica rigorosamente esta classificação nos cálculos estruturais das suas gruas de torre.

Combinação A (funcionamento normal sem vento): carga de elevação × 1,22 + Peso Próprio × 1,16 + força de inércia horizontal × 1,0. Esta é a condição mais básica para operações diárias de içamento, adequada para ambientes interiores ou protegidos. O coeficiente parcial de 1,22 para a carga de elevação reflete o efeito do fator de carga dinâmica.

Combinação B (funcionamento normal com vento): carga de elevação × 1,22 + Peso Próprio × 1,16 + força de inércia horizontal × 1,0 + pressão de vento de operação × 1,0. Aplicável a operações ao ar livre, com pressão de vento de operação de 250 Pa e velocidade do vento de 20 m/s. Para torres com altura livre superior a 30 m, é necessária correção por segmentos da velocidade do vento.

Combinação C (cargas especiais — montagem e desmontagem): Peso Próprio × 1,10 + carga dinâmica de montagem × 1,10 + carga de vento × 1,0. Durante o processo de elevação, descida e desmontagem da torre, a estrutura sofre alterações, com os módulos da torre parcialmente conectados. Nesta situação, os coeficientes parciais são significativamente reduzidos, mas é necessário verificar separadamente a capacidade dos Parafusos de ligação e do carro de elevação.

Combinação D (estado de não funcionamento): Peso Próprio × 1,0 + carga de vento em estado de não funcionamento × 1,0. Considera-se a pressão básica do vento para um período de retorno de 50 anos: 800–1000 Pa em regiões costeiras e 400–600 Pa em regiões interiores. Esta é a condição limite para a grua suportar a carga máxima de vento quando não está em operação.

Combinação E (impacto e amortecimento): Peso Próprio × 1,0 + força do amortecedor × 1,0. Quando a lança da grua pode colidir com outras estruturas ou gruas adjacentes, é necessário verificar a capacidade de absorção de energia do dispositivo de amortecimento.

Combinação F (cargas de ensaio): Ensaio de Carga Estática com 1,25 × Capacidade Nominal e Ensaio de Carga Dinâmica com 1,1 × Capacidade Nominal. Durante os ensaios, todos os coeficientes parciais são considerados iguais a 1,0, uma vez que não é permitido sobrepor cargas de vento ou outras cargas acidentais.

Parâmetros de Verificação de Resistência e Rigidez da Estrutura de Aço: 7 Indicadores Essenciais

As secções 6 e 7 da norma ISO 4301 estabelecem sistematicamente os métodos de verificação da Resistência e Rigidez da estrutura de aço de gruas de torre, abrangendo 7 indicadores principais. No processo de projeto dos produtos da Kelude Indústrias Pesadas, estes indicadores constituem o núcleo do sistema de validação de segurança estrutural.

1. Verificação da Resistência estática. Para cada combinação de cargas, a tensão calculada nos elementos não deve exceder a tensão admissível, igual ao Limite de Escoamento do material dividido pelo Fator de segurança n. Para o aço Q355B (≈S355JR), o Limite de Escoamento é de 355 MPa. O Fator de segurança n é: 1,48 para as combinações A e B, 1,34 para a combinação C e 1,22 para a combinação D.

2. Verificação da Resistência à Fadiga. Para gruas de torre com Classe de Funcionamento A4 e acima, é obrigatória a avaliação da vida útil à fadiga dos Cordão de Solda críticos e das zonas de concentração de tensões. Utiliza-se o método da amplitude de tensão, com curvas S-N para determinar a amplitude admissível, exigindo que a amplitude de projeto não exceda o valor admissível dividido pelo coeficiente parcial de Resistência à Fadiga (1,0–1,35).

3. Verificação da estabilidade elástica. Para elementos comprimidos (montantes principais da torre, tirantes de amarração, etc.), é necessário verificar a estabilidade global e local, utilizando o método da secção eficaz para calcular a capacidade de encurvadura. A tensão crítica não deve exceder o limite de proporcionalidade do material.

4. Verificação da Rigidez. Os limites de deflexão da estrutura são controlados pelo estado limite de utilização: o deslocamento horizontal no topo da torre não deve exceder H/800 (H = altura livre da torre) e a Flecha na extremidade da lança não deve exceder L/500 (L = comprimento da lança).

5. Verificação da Resistência das ligações. As soldas são projetadas como solda de filete, com Garganta não inferior a 0,7 vezes a espessura da chapa mais fina. A tensão de cálculo da solda não deve exceder 0,9 vezes a tensão admissível. Os Parafuso de Alta Resistência são projetados como Ligação por fricção, com pré-tensão P conforme a norma ISO 12480.

6. Verificação da estabilidade local de placas e cascas. Nas zonas das Placa de Ligação dos módulos da torre e da placa de base da Coroa de giro, é necessário verificar a encurvadura local das chapas. O limite da relação largura-espessura b/t não deve exceder 42 para o aço Q355B.

7. Verificação da frequência natural da estrutura. A frequência fundamental da grua deve evitar a frequência de ressonância induzida por vórtices de vento (0,2–0,4 Hz) e a frequência de oscilação da carga suspensa (0,05–0,15 Hz), prevenindo assim o acoplamento ressonante.

Quais são as 5 condições de verificação da estabilidade anti-tombamento de gruas de torre e os respetivos fatores de segurança?

O capítulo 8 da norma ISO 4301 define requisitos obrigatórios de verificação para a estabilidade anti-tombamento de gruas de torre, estabelecendo 5 condições de verificação e os respetivos fatores de segurança. A Kelude Indústrias Pesadas realiza o cálculo completo de verificação de estabilidade para cada grua de torre antes da expedição, de acordo com estas 5 condições.

Condição 1 (Estabilidade sob carga estática sem vento): A grua eleva a carga nominal no alcance máximo, sem considerar a ação do vento. A fórmula de verificação exige que a soma dos momentos estabilizantes dividida pela soma dos momentos de tombamento seja igual ou superior a K1, com K1 ≥ 1,40. Nesta condição, a relação entre todos os momentos estabilizantes (gerados pelo peso próprio) e os momentos de tombamento (gerados pela carga) deve garantir uma margem de segurança de 1,4 vezes.

Condição 2 (Estabilidade sob carga dinâmica com vento): A grua opera em condições de trabalho, considerando a ação do vento de serviço ao longo da direção da lança. O fator de segurança K2 é ≥ 1,25. Como a carga do vento aumenta o momento de tombamento, o fator de segurança é inferior ao da Condição 1.

Condição 3 (Estabilidade sob carga de vento em estado de repouso): A grua encontra-se fora de serviço (gancho vazio), sujeita à carga máxima de vento em estado de não operação. K3 ≥ 1,15. Esta é uma das condições mais críticas, pois a pressão do vento em estado de não operação pode atingir 1000 Pa, enquanto o momento estabilizante gerado pelo peso próprio é reduzido devido à ausência de carga suspensa.

Condição 4 (Estabilidade sob descarga súbita): A carga é subitamente libertada ou desprendida durante a elevação, criando uma tendência de tombamento reverso (para trás). K4 ≥ 1,10. Nesta condição, verifica-se a estabilidade da grua na direção do braço de equilíbrio.

Condição 5 (Estabilidade durante montagem/desmontagem): Durante as operações de elevação ou descida da torre, o centro de gravidade da estrutura superior eleva-se e as ligações dos elementos da torre não se encontram totalmente apertadas. K5 ≥ 1,25. Esta condição requer atenção especial à resistência da ligação entre o quadro de elevação e a torre.

No cálculo prático, a linha de tombamento é definida pela linha que une os pontos de apoio mais exteriores da fundação da grua. O momento estabilizante é igual à soma do peso próprio de cada componente multiplicado pela distância horizontal até à linha de tombamento. O momento de tombamento é igual à soma de cada carga horizontal multiplicada pela altura do seu ponto de aplicação, acrescida do momento devido à carga do vento.

Quais os requisitos normativos para o mecanismo de elevação e de variação do alcance?

O capítulo 9 da norma ISO 4301 estabelece os requisitos de cálculo para os mecanismos de elevação, variação do alcance, rotação e deslocamento de gruas de torre. Para os mecanismos de elevação e variação do alcance, os mais utilizados, a norma define os seguintes parâmetros essenciais:

Mecanismo de elevação: O fator de segurança do cabo de aço n é ≥ 5,0 para gruas móveis. Para gruas fixas, n ≥ 4,5 para a Classe de Funcionamento M3~M5 e n ≥ 5,6 para a Classe M6~M8. O diâmetro nominal do tambor D não deve ser inferior a 25 vezes o diâmetro do cabo de aço, e o diâmetro primitivo da polia Dp não deve ser inferior a 28 vezes o diâmetro do cabo. O ângulo de deflexão do cabo no tambor não deve exceder 4° (tambor de acabamento brilhante) ou 2,5° (tambor com ranhuras). O mecanismo de elevação da grua de torre TC6015 da Kelude utiliza um motor de frequência variável, cabo de aço 35Wx7 com diâmetro de 14 mm e tambor com diâmetro de 400 mm, cumprindo integralmente o requisito D/d = 28,6.

Mecanismo de variação do alcance: A velocidade de derricagem horizontal do carro é tipicamente de 0,5 a 1,0 m/s. O fator de segurança do cabo de aço de lufada para lanças com inclinação variável é n ≥ 4,0. O cálculo da força de tração do carro deve considerar simultaneamente a resistência ao atrito, a resistência de rampa, a resistência do vento e as forças de inércia de aceleração. A carga por roda do carro é verificada na condição mais desfavorável, devendo cada roda não exceder a carga admissível do trilho.

Requisitos dos freios: O fator de segurança do freio de apoio do mecanismo de elevação é K ≥ 1,5, ou seja, a relação entre o torque de frenagem e o momento estático da carga nominal não deve ser inferior a 1,5. Para o mecanismo de variação do alcance, o fator de segurança do freio é K ≥ 1,25. Os freios devem ser do tipo normalmente fechado, eletromagnéticos de sapatas ou freios a disco. A vida útil de desgaste das pastilhas de fricção deve garantir um Ciclo de Trabalho mínimo de 200.000 operações.

Adicionalmente, os redutores de engrenagens em todos os sistemas de transmissão devem ser verificados quanto à resistência à fadiga superficial e à fadiga por flexão na raiz do dente, de acordo com a norma ISO 6336. A vida útil dos rolamentos deve ser calculada para L10 ≥ 5.000 horas.

Quais os parâmetros essenciais para o dispositivo de amarração e a fundação?

A norma ISO 4301 define requisitos técnicos claros para o dispositivo de amarração e o projeto da fundação de gruas de torre. O dimensionamento do dispositivo de amarração é fundamental para a operação segura de gruas em edifícios de grande altura. A Kelude Indústrias Pesadas exige a configuração de quadros e tirantes de amarração para alturas superiores à altura livre máxima da grua.

Espaçamento das amarrações: A primeira amarração deve estar a 6 a 12 m do topo da fundação, com espaçamentos subsequentes de 6 a 9 m. A altura máxima em cantiléver (da amarração superior ao topo da grua) não deve exceder 30 m, ou conforme especificação do fabricante.

Dimensionamento dos tirantes: A esbelteza dos tirantes não deve exceder 120. Recomenda-se a utilização de perfis tubulares de secção circular (diâmetros de 102x6 a 159x8 mm), com material não inferior a Q235B (≈S235JR). As extremidades dos tirantes devem possuir tirantes roscados ajustáveis com uma gama de regulação de ±150 mm, para compensar tolerâncias de construção. A espessura das chapas de orelha nas extremidades não deve ser inferior a 12 mm, e a folga entre o diâmetro do furo do pino e o pino não deve exceder 0,5 mm.

Requisitos dos elementos de ligação: Os parafusos de ligação entre o quadro de amarração e os elementos da torre devem ser de classe 8.8 ou superior, M24, com um mínimo de 4 parafusos por superfície de amarração. A secção transversal das armaduras de ancoragem dos Elementos Embutidos deve satisfazer As ≥ 1,5 vezes o valor de cálculo da força máxima de tração do tirante, dividido pelo Limite de Escoamento da armadura. A profundidade de ancoragem dos Elementos Embutidos no concreto não deve ser inferior a 15 vezes o diâmetro da armadura, nem inferior a 200 mm.

Dimensionamento da fundação: A espessura da sapata não deve ser inferior a 1,2 m, e a Classe de resistência do concreto não deve ser inferior a C30. O valor característico da capacidade de carga do solo (fak) não deve ser inferior a 200 kPa. Quando este valor não for satisfeito, deve ser realizado um tratamento do solo ou adotada uma fundação por estacas. A taxa de armadura da sapata deve ser bidirecional e não inferior a 0,15%, com diâmetro das armaduras principais não inferior a 20 mm e espaçamento não superior a 150 mm. Os Chumbadores de Embutimento de Fundação devem ser de classe 8.8, M36 a M48, com profundidade de embutimento não inferior a 30 vezes o diâmetro do parafuso.

Para gruas de torre com mecanismo de deslocamento, é ainda necessário verificar a capacidade de carga do solo sob a fundação do trilho e a resistência à flexão do próprio trilho. O perfil do trilho deve ser selecionado entre QU70 e QU100. A tolerância da Bitola é de ±3 mm, e a diferença de altura entre os topos dos trilhos na mesma secção não deve exceder a Bitola dividida por 1500.

Betão C30 / fundação ≥ 200 kPa

No que diz respeito ao sistema de monitoramento de segurança, a grua de torre deve também cumprir os requisitos da GB/T 28264-2012 — Sistema de Monitoramento e Gestão de Segurança para Equipamentos de Elevação, monitorizando em tempo real parâmetros como capacidade de elevação, torque, alcance, altura, velocidade do vento e ângulo de rotação. Os ensaios de aceitação são realizados de acordo com a GB/T 5905-2011 — Norma de Ensaios e Procedimentos para Guindastes, executando ensaios de carga estática (1,25 vezes a carga nominal) e de carga dinâmica (1,1 vezes a carga nominal).

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· Interpretação da norma GB/T 28264 — Sistema de Monitoramento e Gestão de Segurança para Equipamentos de Elevação

· Norma GB/T 5905 — Ensaios de Guindastes: 3 tipos de procedimentos de ensaio de carga e 6 critérios de aceitação

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