MEIRA (2018) - Projeto de Pórtico Rolante para Aplicação em Estaleiro Especializado em Construção Naval com Madeira

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UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ 
 
 
 
CÉSAR AUGUSTO ALVES DE MEIRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROJETO DE UM PÓRTICO ROLANTE PARA APLICAÇÃO EM ESTALEIRO 
ESPECIALIZADO EM CONSTRUÇÃO NAVAL COM MADEIRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Itajaí 
2018
 
 
CÉSAR AUGUSTO ALVES DE MEIRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROJETO DE UM PÓRTICO ROLANTE PARA APLICAÇÃO EM ESTALEIRO 
ESPECIALIZADO EM CONSTRUÇÃO NAVAL COM MADEIRA 
 
 
 
 
 
 
Trabalho de Iniciação Cientifica solicitado para a 
obtenção do título de Engenheiro Mecânico pelo 
Curso Superior de Engenharia Mecânica do Centro 
de Ciências Tecnológicas da Terra e do Mar pela 
Universidade do Vale do Itajaí. 
Orientador(a): Daniel Fabricio Bruns, MSc. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Itajaí 
2018 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A Jesus, meu amigo, meu Senhor e meu Deus. 
 
 
AGRADECIMENTOS 
Que Deus, o Pai do Senhor Jesus Cristo, receba a honra e a glória que lhe são devidas. A Ele 
minha eterna gratidão e dedicação, pois foi a graça dEle que me permitiu concluir esse 
projeto. Não tenho motivos para ser elogiado, não tenho razão para me orgulhar. Tudo me foi 
dado, tudo pertence a Ele. 
Agradeço aos meus pais por investirem em minha educação, por me apoiarem em todo o 
tempo, me dando animo e sendo também a minha motivação para prosseguir. Minha profunda 
admiração aos meus pais que se sacrificaram de diversas maneiras para que eu pudesse 
concluir meus estudos. 
Agradeço a minha namorada e futura esposa Amanda Fuckner que me apoiou e me 
incentivou, que esteve comigo durante os finais de semana me incentivando e dando todo o 
suporte para o desenvolvimento desse projeto. 
Agradeço aos amigos, colegas de trabalho e pessoas próximas que me incentivaram e me 
apoiaram, vocês foram vitais para o desenvolvimento desse trabalho, principalmente nos 
momentos de dificuldade. Obrigado por serem amigos fiéis e me incentivarem nos momentos 
em que pensei em desistir. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ó profundidade da riqueza, tanto da sabedoria como do conhecimento de Deus! Quão 
insondáveis são os seus juízos, e quão inescrutáveis, os seus caminhos! Quem pois conheceu 
a mente do SENHOR? Ou quem foi o seu conselheiro? Ou quem primeiro deu a Ele para que 
lhe venha a ser restituído? Porque dEle, e por meio dEle, e para Ele são todas as coisas. A 
Ele, pois, a glória eternamente. Amém! (Romanos 11.33-36) 
 
 
 
RESUMO 
MEIRA César Augusto Alves de. Projeto de um Pórtico Rolante Para Aplicação em Estaleiro 
Especializado em Construção Naval com Madeira. Itajaí, 2017. 187f. Trabalho de Iniciação 
Científica (Graduação em Engenharia Industrial Mecânica) – Centro de Ciências 
Tecnológicas da Terra e do Mar, Universidade do Vale do Itajaí, Itajaí, 2018. 
 
A atividade de construção naval com madeira na região de Itajaí está estabelecida há anos, 
porém, o método de construção de embarcações de madeira, tem se mantido o mesmo, sendo 
caracterizado como um processo empírico por não se valer de projeto. A falta de 
planejamento não está limitada somente ao processo de construção, antes se estende a toda 
estrutura que compõe esses estaleiros, resultando em movimentação excessiva e inadequada 
de materiais, problema este que contribui para o aumento do preço das embarcações. Soma-se 
a isto, a baixa demanda, e o resultado é a possível extinção dos estaleiros tradicionais que 
trabalham com madeira, o que acarretaria em uma perda inestimável de conhecimentos e no 
desaparecimento de profissões exclusivas da área. O transporte e a movimentação de carga 
fazem parte do ciclo de vida de qualquer produto, tal área afeta diretamente o custo para a 
produção do mesmo. Essa pesquisa apresenta o projeto de um equipamento de elevação e 
transporte de cargas, a saber, um pórtico rolante para aplicação em um estaleiro de construção 
naval com madeira, com a intenção de otimizar a logística interna. O projeto foi realizado 
utilizando-se dos meios de pesquisa bibliográfica e de campo, como também está de acordo 
com a norma NBR 8400 que trata do dimensionamento de equipamentos para transporte e 
elevação de carga. Além do dimensionamento por meio das verificações recomendadas pela 
norma e pelas equações de resistência dos materiais, foi realizada a modelagem 3D da 
estrutura do pórtico utilizando o software Inventor. Através do modelo realizaram-se analises 
referentes ao comportamento das vigas, bem como análise de elementos finitos, por meio das 
quais foi possível prever o comportamento da estrutura nas condições de carregamento 
especificadas, além disso, as análises comprovaram os cálculos realizados e contribuíram para 
uma maior precisão nos resultados obtidos. 
 
Palavras-chave: Pórtico rolante. Norma NBR 8400. Inventor. Elementos finitos. Construção 
naval com madeira. 
 
 
ABSTRACT 
MEIRA César Augusto Alves de. Design of a Gantry Crane for Application in Shipyard 
Specialized in Shipbuilding with Wood. Itajaí, 2018. 187s. Universidade do Vale do Itajaí, 
Itajaí, 2018. 
 
 
The shipbuilding with wood activity in the Itajaí region has been established for years, 
however, the construction method of wooden vessels, has remained the same, being 
characterized as an empirical process for not using project. The lack of planning is not 
limited only to the construction process, but extends to the to all structures that make up these 
yards, resulting in excessive and inadequate movement of materials, a problem that 
contributes to the increase in the price of vessels. Adding to this the low demand, the result is 
the possible extinction of traditional wood working shipyards, which would result in an 
invaluable loss of knowledge and the disappearance of professions unique to the area. 
Transport and cargo handling are part of the life cycle of any product, such an area directly 
affects the cost to produce it. This research intends to design an equipment of elevation and 
transport of loads, namely, a gantry crane for application in a construction shipyard with 
wood, with the intention to optimize the internal logistics of the same one. The project was 
carried out using bibliographical and field research resources, as well as in accordance with 
the NBR 8400 standard, which deals with the dimensioning of equipment for transportation 
and lifting. In addition to the sizing through the checks recommended by the standard and the 
resistance equations of the materials, 3D modeling of the gantry structure was performed 
using the Inventor software. The analysis of the behavior of the beams as well as finite 
element analysis were carried out through the model, through which it was possible to predict 
the behavior of the structure under the specified loading conditions. In addition, the analyzes 
proved the calculations and contributed to an accuracy in the results obtained. 
 
Keywords: Gantry crane. Standard NBR 8400. Inventor. Finite elements. Shipbuilding with 
wood. 
 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
Figura 1 - Árvore do processo de construção artesanal ............................................... 18 
Figura 2 - Cronograma do processo de construção ...................................................... 19 
Figura 3 - Pórtico uni viga ...........................................................................................21 
Figura 4 - Pórtico dupla viga........................................................................................ 21 
Figura 5 - Semipórtico rolante ..................................................................................... 22 
Figura 6 - Vigas principais de um pórtico dupla viga. ................................................. 22 
Figura 7 - Pernas de um pórtico dupla viga. ................................................................ 23 
Figura 8 - Talha de cabo de aço ................................................................................... 23 
Figura 9 - Esquema de truque com duas rodas ............................................................ 24 
Figura 10 - (a) Perfil estrutural I; (b) Perfil estrutural H. .............................................. 25 
Figura 11 - Barra sujeita a uma força axial .................................................................... 26 
Figura 12 - Tração e compressão ................................................................................... 27 
Figura 13 - Forças opostas agindo na direção transversal o corpo ................................ 27 
Figura 14 - Momento de inércia ..................................................................................... 29 
Figura 15 - Classificação das vigas de acordo com o tipo de apoio .............................. 31 
Figura 16 - Diagramas de força cortante e momento fletor ........................................... 32 
Figura 17 - Casos de carga de flexão em vigas. ............................................................. 32 
Figura 18 - Esforço de flexão ......................................................................................... 33 
Figura 19 - Propriedades em função da geometria ........................................................ 34 
Figura 20 - Tipos de fixação de colunas ........................................................................ 36 
Figura 21 - Módulo de Resistência Polar ....................................................................... 38 
Figura 22 - Duração de utilização dos equipamentos de levantamento ......................... 44 
Figura 23 - Acelerações e tempos de acelerações médios ............................................. 45 
Figura 24 - Coeficiente dinâmico horizontal ................................................................. 46 
Figura 25 - Comprimento de suspensão de carga “l”..................................................... 48 
Figura 26 - Fatores de concentração de tensões ............................................................. 54 
Figura 27 - Sensibilidade ao entalhe q ........................................................................... 55 
Figura 28 - Nomenclatura dos cabos de aço .................................................................. 58 
Figura 29 - Sistema de cabeamento gêmeo de 4 cabos .................................................. 60 
Figura 30 - Esquema do tambor ..................................................................................... 62 
Figura 31 - Nomenclatura dos mancais.......................................................................... 65 
Figura 32 - Tipos de rolamentos .................................................................................... 66 
Figura 33 - Identificação de eletrodos segundo a AWS................................................. 69 
Figura 34 - Graus de resistência para parafusos métricos .............................................. 72 
Figura 35 - Caminhos para solução de problemas ......................................................... 74 
Figura 36 - Exemplo de análise de elementos finitos .................................................... 75 
Figura 37 - Sistema de cabeamento gêmeo com 4 cabos ............................................... 82 
Figura 38 - Propriedades do cabo de aço Warrington-Seale 6x41 ................................. 83 
Figura 39 - Dimensões do moitão .................................................................................. 84 
 
 
Figura 40 - Dimensões das ranhuras do tambor ............................................................. 85 
Figura 41 - Dimensões das ranhuras selecionadas ......................................................... 86 
Figura 42 - Vista em corte do tambor ............................................................................ 87 
Figura 43 - Diagramas de M e V do tambor .................................................................. 88 
Figura 44 - Diagrama de corpo livre da posição 2 ......................................................... 90 
Figura 45 - Junção do eixo com o tambor ...................................................................... 91 
Figura 46 - Diagrama de corpo livre para o eixo fixo .................................................... 91 
Figura 47 - Catálogo de mancais.................................................................................... 93 
Figura 48 - Dimensões da chaveta ................................................................................. 95 
Figura 49 - União soldada flange / tambor .................................................................... 97 
Figura 50 - Arranjo inicial da estrutura .......................................................................... 99 
Figura 51 - Diagrama de corpo livre viga principal solicitada na vertical ................... 100 
Figura 52 - Nomenclatura de dimensões do perfil ....................................................... 101 
Figura 53 - Carga posicionada na extremidade da viga principal ................................ 102 
Figura 54 - Diagramas das vigas de ligação ................................................................ 103 
Figura 55 - Diagramas devido a força peso da viga principal ..................................... 106 
Figura 56 - Diagramas devido a força de inércia horizontal ........................................ 109 
Figura 57 - Diagramas devido a força de inércia horizontal na viga principal ............ 111 
Figura 58 - Dimensionamento das pernas do pórtico .................................................. 115 
Figura 59 - Definições de simulação............................................................................ 119 
Figura 60 - Posições críticas do carro guincho ............................................................ 120 
Figura 61 - Força de inércia em posições criticas ........................................................ 120 
Figura 62 - Força devido ao movimento do carro guincho .......................................... 121 
Figura 63 - Forças do vento e de inércia ...................................................................... 121 
Figura 64 - Forças atuantes sobre as pernas - eixos x e z ............................................ 122 
Figura 65 - Forças sobre as pernas desconsiderando forças horizontais...................... 123 
Figura 66 - Tensões normais máximas ........................................................................ 124 
Figura 67 - Deslocamento da estrutura ........................................................................ 124 
Figura 68 - Estrutura reforçada .................................................................................... 125 
Figura 69 - Perfil quadrado vazado .............................................................................. 125 
Figura 70 - Tensão de torção nos pontos críticos em MPa .......................................... 126 
Figura 71 - Tensões máximas ...................................................................................... 127 
Figura 72 - Deslocamentos .......................................................................................... 128 
Figura 73 - Força sobre as pernas no eixo z .................................................................129 
Figura 74 - Tensões normais máximas e mínimas (azul claro).................................... 130 
Figura 75 - Tensões normais máximas ........................................................................ 131 
Figura 76 - Junção aparafusada viga principal / viga de ligação ................................. 132 
Figura 77 - Junção aparafusada da viga principal com a viga de ligação .................... 133 
Figura 78 - Momento fletor atuante sobre junção aparafusada .................................... 133 
Figura 79 - Área da seção resistente ............................................................................ 134 
Figura 80 - Junção aparafusada – viga de ligação / pernas .......................................... 134 
 
 
Figura 81 - Junção aparafusada da viga principal com a viga de ligação .................... 135 
Figura 82 - Momento fletor atuante sobre junção aparafusada .................................... 135 
Figura 83 - Solda perna / chapa de ligação .................................................................. 136 
Figura 84 - Solda na parte superior da estrutura de reforço ......................................... 137 
Figura 85 - Solda na estrutura de reforço ..................................................................... 137 
Figura 86 - Configurações da malha de elementos ...................................................... 138 
Figura 87 - Configuração do carregamento ................................................................. 138 
Figura 88 - Tensão de von Misses ............................................................................... 139 
Figura 89 - Tensão de von Misses máxima sobre a viga principal .............................. 139 
Figura 90 - Tensão de von Misses – viga de ligação ................................................... 140 
Figura 91 - Tensão de Von Misses – união soldada .................................................... 141 
Figura 92 - Tensão de Von Misses – estrutura de reforço ........................................... 141 
Figura 93 - Tensão máxima de Von Misses ................................................................. 142 
Figura 94 - Gráfico de convergência............................................................................ 143 
Figura 95 - Comparação de deformações obtidas ........................................................ 143 
Figura 96 - Deslocamento máximo – viga principal .................................................... 144 
Figura 97 - Gráfico de convergência - deslocamento .................................................. 144 
Figura 98 - Compressão na parte superior da viga principal ....................................... 145 
Figura 99 - Alongamento na parte inferior da viga principal ...................................... 145 
Figura 100 - Diametro de rodas ..................................................................................... 146 
Figura 101 - Dimensões da roda selecionada................................................................. 147 
Figura 102 - Dimensões e motor redutor ....................................................................... 147 
 
 
Quadro 1 - Benefícios e limitações de um equipamento de movimentação de carga ... 20 
Quadro 2 - Valores de período de oscilação .................................................................. 47 
Quadro 3 - Vantagens e desvantagens MIG/MAG ........................................................ 69 
 
 
LISTA DE TABELAS 
Tabela 1 - Propriedades mecânicas de aços estruturais ................................................ 25 
Tabela 2 - Propriedades mecânicas de aços estruturais ................................................ 25 
Tabela 3 - Classes de utilização do equipamento ......................................................... 40 
Tabela 4 - Estado de carga............................................................................................ 40 
Tabela 5 - Estado de tensões ........................................................................................ 41 
Tabela 6 - Classificação da estrutura dos equipamentos em grupos ............................ 42 
Tabela 7 - Classes de funcionamento ........................................................................... 42 
Tabela 8 - Estado de solicitação dos mecanismos ........................................................ 43 
Tabela 9 - Grupos dos mecanismos .............................................................................. 43 
Tabela 10 - Valores de coeficiente aerodinâmico .......................................................... 49 
Tabela 11 - Valores de q ................................................................................................. 50 
Tabela 12 - Valores de FSr ............................................................................................. 50 
Tabela 13 - Valore mínimos de Q .................................................................................. 59 
Tabela 14 - Diâmetro da polia ou do tambor em função do cabo de aço ....................... 59 
Tabela 15 - Valores de H1 .............................................................................................. 61 
Tabela 16 - Valores de H2 .............................................................................................. 62 
Tabela 17 - Vida de mancais recomendada para diversas classes de máquinas ............. 67 
Tabela 18 - Símbolos de solda a arco e a gás ................................................................. 70 
Tabela 19 - Ciclo de funcionamento .............................................................................. 79 
Tabela 20 - Especificações moitão curto ........................................................................ 84 
Tabela 21 - Dimensões das ranhuras do tambor ............................................................. 86 
Tabela 22 - Dimensões do tubo mecânico selecionado .................................................. 86 
Tabela 23 - Informações técnicas motor W22 ................................................................ 94 
Tabela 24 - Relações do tambor em função do diâmetro ............................................... 95 
Tabela 25 - Especificações do redutor do mecanismo de elevação................................ 95 
Tabela 26 - Dimensões da chaveta redutor..................................................................... 95 
Tabela 27 - Propriedades mecânicas viga perfil W 610 x 125 ..................................... 101 
Tabela 28 - Propriedade mecânicas do perfil W 410 x 75 ........................................... 104 
Tabela 29 - Propriedades mecânicas do perfil W 530 x 109 ........................................ 105 
Tabela 30 - Dimensões e material das vigas ................................................................ 118 
Tabela 31 - Lista de peças ............................................................................................ 161 
Tabela 32 - Lista de conjuntos prontos......................................................................... 162 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 15 
1.1 Problematização .......................................................................................................... 15 
1.2 Objetivo Geral ............................................................................................................ 16 
1.3 Objetivos Específicos ................................................................................................. 16 
1.4 Justificativa ................................................................................................................. 16 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .............................................................................18 
2.1 Método de construção naval tradicional ................................................................... 18 
2.2 Movimentação de materiais ....................................................................................... 19 
2.3 Pórticos Rolantes ........................................................................................................ 20 
2.3.1 Funcionamento e componentes ..................................................................................... 22 
2.3.2 Tipos de perfis de vigas e materiais .............................................................................. 24 
2.4 Resistência dos materiais ........................................................................................... 25 
2.4.1 Tensão normal .............................................................................................................. 26 
2.4.2 Tração e Compressão .................................................................................................... 27 
2.4.3 Tensão de cisalhamento ................................................................................................ 27 
2.4.4 Momento e momento fletor .......................................................................................... 28 
2.4.5 Momento estático .......................................................................................................... 28 
2.4.6 Momento de inércia da área e raio de giração .............................................................. 29 
2.4.7 Vigas ............................................................................................................................. 30 
2.4.8 Flexão ........................................................................................................................... 33 
2.4.9 Flambagem ................................................................................................................... 35 
2.4.10 Torção ........................................................................................................................... 37 
2.5 NORMA NBR 8400 .................................................................................................... 38 
2.5.1 Classe de utilização ....................................................................................................... 39 
2.5.2 Estado de carga ............................................................................................................. 40 
2.5.3 Estado de tensões .......................................................................................................... 41 
2.5.4 Classificação em grupos da estrutura dos equipamentos e seus elementos .................. 41 
2.5.5 Classificação dos mecanismos ...................................................................................... 42 
2.5.6 Classificação dos mecanismos em grupos .................................................................... 43 
2.5.7 Compatibilização entre grupos de estruturas e de mecanismos .................................... 43 
2.5.8 Casos de solicitações .................................................................................................... 44 
2.5.9 Solicitações no dimensionamento da estrutura ............................................................. 44 
 
 
2.5.10 Verificação em relação a ruptura ................................................................................... 49 
2.6 Projeto mecânico............................................................................................................... 52 
2.7 Elementos de máquinas .................................................................................................... 53 
2.7.1 Fadiga .............................................................................................................................. 53 
2.7.2 Eixo .................................................................................................................................. 55 
2.7.3 Chavetas e cubos ............................................................................................................. 56 
2.7.4 Cabos de aço .................................................................................................................... 57 
2.7.5 Polias e tambores ............................................................................................................. 61 
2.7.6 Mancais ............................................................................................................................ 65 
2.7.7 Soldagem ......................................................................................................................... 67 
2.7.8 Parafusos .......................................................................................................................... 71 
2.7.9 Motores elétricos ............................................................................................................. 72 
2.8 CAD e CAE ....................................................................................................................... 73 
2.8.1 Método de elementos finitos ........................................................................................... 74 
3 METODOLOGIA ................................................................................................................ 76 
3.1 Perspectiva da pesquisa.................................................................................................... 76 
3.2 Participantes da pesquisa ................................................................................................. 76 
3.3 Procedimentos, coleta de dados e análise dos dados ..................................................... 76 
4 DESENVOLVIMENTO ...................................................................................................... 78 
4.1 Características gerais do pórtico rolante........................................................................ 78 
4.2 Classificação dos mecanismos e da estrutura................................................................. 79 
4.3 Mecanismo de elevação .................................................................................................... 81 
4.3.1 Dimensionamento das soldas........................................................................................... 96 
4.4 Estrutura do pórtico rolante ............................................................................................ 98 
4.4.1 Pré-dimensionamento da estrutura .................................................................................. 99 
4.4.2 Dimensionamento da viga principal .............................................................................. 105 
4.4.3 Dimensionamento das vigas de ligação ......................................................................... 113 
4.4.4 Dimensionamento das pernas ........................................................................................ 115 
4.5 Análise da estrutura do pórtico rolante ........................................................................ 118 
4.5.1 Definições de simulação ................................................................................................ 118 
4.5.2 Resultados e alterações .................................................................................................. 122 
4.6 Especificação das junções do pórtico rolante ............................................................... 132 
4.7 Análise de elementos finitos ........................................................................................... 137 
4.7.1 Resultados obtidos ......................................................................................................... 138 
 
 
4.8 Sistema de translação do pórticorolante ................................................................ 146 
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 148 
 REFERÊNCIAS ........................................................................................................ 150 
 APÊNDICE A. QUESTIONÁRIO DE PESQUISA .............................................. 154 
 APÊNDICE B. LAYOUT DO ESTALEIRO DOM OSVALDO .......................... 159 
 APÊNDICE C. LISTA DE PEÇAS ......................................................................... 161 
 APÊNDICE D. DESENHOS TÉCNICOS .............................................................. 163 
 ANEXO A. CATÁLOGO CIMAF .......................................................................... 180 
 ANEXO B. CATÁLOGO ALTA INDUSTRIAL ................................................... 181 
 ANEXO C. CATÁLOGO NSK ................................................................................ 182 
 ANEXO D. CATÁLOGO WEG .............................................................................. 183 
 ANEXO E. CATÁLOGO VERTIMAX .................................................................. 185 
 ANEXO F. CATÁLOGO GH .................................................................................. 187 
 
 
 
15 
 
1 INTRODUÇÃO 
1.1 Problematização 
A história da construção naval no Brasil, pode ser traçada desde o período colonial, 
onde, durante o governo de D. Francisco de Souza, no final do século XVI foi estabelecido 
oficialmente o primeiro estaleiro do Brasil, chamado de Ribeiro das Naus (LINS et al, 2011). 
Desde então, as tecnologias avançaram e todo o processo de construção de embarcações 
passou por diversas mudanças. Tais avanços tecnológicos se tornaram essenciais para que as 
empresas do ramo naval se mantivessem competitivas no mercado, entretanto, a pesquisa 
realizada por Moreno (2014), aponta que os estaleiros de construção naval tradicionais, 
localizadas na região do Vale do Itajaí, que utilizam a madeira como matéria-prima, 
permanecem fazendo uso de processos e tecnologias obsoletas para a construção de suas 
embarcações, o que têm resultado em alto custo de produção. 
 Para Tamasauskas (2000), quando se busca a redução de custos, um dos fatores mais 
relevantes consiste na diminuição das distâncias percorridas pela matéria prima. A alteração 
do fluxo da matéria-prima é alcançado através do estudo e alteração do arranjo físico da 
empresa, porém, a movimentação do material pode ser aprimorada em função do equipamento 
utilizado para a movimentação de cargas. De acordo com Gobbo (2017), a utilização do 
equipamento de movimentação de cargas adequado, resulta em vantagens como a redução de 
custos, o aumento na capacidade produtiva e melhores condições de trabalho. 
Para Ribeiro (2012), o pórtico rolante é um equipamento de movimentação de carga, 
composto por pórticos que possuem como base uma plataforma móvel e pela viga principal. 
De acordo com Gobbo (2017), esse tipo de equipamento é normalmente utilizado em áreas 
exteriores, sendo que Ribeiro (2012) destaca que a movimentação de cargas através do 
equipamento supracitado possuí bastante liberdade em função dos movimentos de translação 
do carro e do pórtico. A implementação do pórtico rolante em uma empresa, pode trazer 
benefícios como a redução de custos com a mão de obra, o aumento da segurança para os 
colaborardes, organização do processo de construção, etc.. Com o objetivo de otimizar a 
movimentação de materiais dentro do estaleiro, esse trabalho se propõe a projetar um pórtico 
rolante, para aplicação no estaleiro Dom Osvaldo, empresa localizada em Navegantes, Santa 
Catarina, às margens do rio Itajaí-Açu. 
 
16 
 
1.2 Objetivo Geral 
Projetar um pórtico rolante para a aplicação em um estaleiro de construção naval com 
madeira localizado na Foz do Rio Itajaí-Açu. 
1.3 Objetivos Específicos 
a) Enunciar a classificação dos pórticos rolantes existentes; 
b) Identificar os componentes presentes em um pórtico rolante; 
c) Identificar os equipamentos de movimentação de materiais utilizados atualmente no 
estaleiro Dom Osvaldo; 
d) Levantar as necessidades gerais com base no caso de aplicação; 
e) Dimensionar os componentes e a estrutura do pórtico rolante; 
f) Realizar a confecção do modelo 3D do pórtico rolante; 
g) Efetuar uma simulação de elementos finitos para avaliar as tensões estrutura do 
pórtico rolante; 
1.4 Justificativa 
De acordo com Moreno (2014), os estaleiros de construção naval tradicionais que 
trabalham com madeira, localizados na região do Rio Itajaí-Açu são caracterizados pela 
tecnologia e processos obsoletos, que levam a uma grande quantidade de desperdício e 
desorganização, o que acarreta em aumento no preço final da embarcação. Somando esses 
fatores a atual baixa demanda, o resultado é o possível desaparecimento dessas empresas a 
longo prazo, trazendo uma inestimável perda de conhecimento quanto aos métodos de 
construção aplicados, conhecimentos esses que foram passados de geração em geração. Para 
Tamasauskas (2000), quando se tem por objetivo a redução de custos, um dos fatores mais 
importantes a serem considerados se trata de reduzir as distâncias percorridas pelas pessoas 
como também pelos materiais. A redução das distâncias, como também o aprimoramento na 
movimentação de materiais dentro de um estaleiro, além de reduzir custos por meio da 
eliminação do desperdício, também provê organização aos processos e segurança para a mão 
de obra. (GOBBO, 2017). A implementação do equipamento proposto pode ser utilizada para 
alteração do processo de construção atual, possibilitando a construção da casaria à parte da 
embarcação, sendo posteriormente fixada sobre o convés através do pórtico, além da 
facilidade para e elevação de cargas provida pelo equipamento em questão. Em vista disso, 
essa pesquisa busca aprimorar o processo de movimentação de materiais, provendo condições 
17 
 
para o aumento da produção da empresa, como também, aumento da segurança dos 
colaboradores. O presente estudo também se mostra um caso prático de aplicação da matéria 
de resistência dos materiais, contribuindo para a análise de estruturas sujeitas a carregamento 
complexos, podendo ser utilizada como referência em problemas similares. 
 
 
18 
 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
2.1 Método de construção naval tradicional 
O processo de construção naval tradicional é caracterizado pela inexistência de um 
projeto para execução, sendo a embarcação, fruto de processos empíricos baseados na 
experiencia do carpinteiro. Após a definição das principais medidas da embarcação e da 
forma do casco, é dado início ao processo de construção, que é composto por uma série de 
etapas. (LYRA, 1994). A embarcação é um produto customizado, que possui características 
especificas para atender a necessidade de um determinado cliente. O processo de montagem, 
ocorre conforme as peças são fabricadas. De maneira geral, as etapas de construção podem ser 
observadas conforme a Figura 01. (ENCONTRO NACIONAL DE PESQUISA & AÇÃO EM 
CONSTRUÇÃO NAVAL ARTESANAL, 2012). 
Figura 1 - Árvore do processo de construção artesanal 
 
Fonte: Encontro Nacional de Pesquisa & Ação em Construção Naval Artesanal (2012). 
O processo de construção das peças e a montagem na embarcação, podem ser tratados 
de maneira independente, conforme sugere a Figura 2, que apresenta um cronograma de 
fabricação e instalação das peças que compõe uma embarcação. A casaria normalmente é 
construída em compensado naval e revestida com resina poliéster reforçada com fibra de 
vidro, sendo possível a construção da mesma separadamente para posterior instalaçãosobre o 
convés. (ENCONTRO NACIONAL DE PESQUISA & AÇÃO EM CONSTRUÇÃO NAVAL 
ARTESANAL, 2012). 
 
19 
 
Figura 2 - Cronograma do processo de construção 
 
Fonte: Encontro Nacional de Pesquisa & Ação em Construção Naval Artesanal (2012). 
Lyra (1994), afirma que o processo de construção segue as seguintes etapas: 
montagem e nivelamento da quilha, fixação da roda de proa, fixação do cadaste, fixação dos 
corais, montagem da espinha, montagem das primeiras cavernas, fixação do cordeado, fixação 
do espelho de popa, montagem das fasquias, montagem das cavernas restantes, fixação da 
sobrequilha, fixação dos dormentes, fixação do tabuado do costado, fixação dos vaus, 
forração do convés e forro interno, calafetagem e por fim, acabamento e pintura. 
2.2 Movimentação de materiais 
Para Ballou (2012), a movimentação de materiais consiste em transportar pequenas 
quantidades de bens, em distâncias relativamente curtas. De acordo com Gobbo (2017, pg.6), 
“a técnica de movimentação de cargas compreende as operações de elevação, transporte e 
descarga do objeto e/ou materiais, e pode ser efetuada manualmente ou com recurso a 
sistemas mecânicos”. Moura (2015, p.16) define a movimentação como “preparação, 
colocação e posicionamento de materiais, a fim de facilitar sua movimentação e estocagem”. 
A movimentação é diferente do transporte, pois este é realizado da origem até a fábrica, sendo 
de longa distância. Quanto a movimentação de materiais, vários autores concordam que se 
trata de uma operação que acontece dentro da empresa. (MOURA, 2015). Para a realização de 
um projeto eficiente de um dispositivo de movimentação de cargas, Gobbo (2017), aponta que 
as seguintes questões devem ser levadas em conta: 
20 
 
a) O que será transportado? É necessário que se identifique todas as características da 
carga a ser transportada, sua forma, dimensões, massa total, composição química e 
etc. 
b) Onde? O local de utilização do equipamento precisa ser identificado, portanto são 
necessárias informações como presença de ventos, obstáculos, movimentação de 
pessoas e etc. 
c) Com que velocidade? O tempo necessário para realizar uma operação de transporte 
de carga precisa ser conhecido. 
d) Como? Deve-se identificar os movimentos necessários para a realização da 
operação, como rotação e translação. 
 A utilização de um sistema de movimentação de cargas resulta em benefícios, mas 
também em limitações, sendo que uma descrição breve desses itens pode ser observado 
conforme o Quadro 1 a seguir. 
Quadro 1 - Benefícios e limitações de um equipamento de movimentação de carga 
Benefícios Limitações 
Reduz custos de mão de obra, substituindo-a 
por equipamentos mecânicos 
Capital adicional investido 
Reduz custos com materiais através de uma 
movimentação mais controlada, evitando 
danos e perdas. 
Perda de flexibilidade, pois um equipamento 
é projetado para determinado tipo de carga 
que possuí características especificas 
Proporciona maior segurança, mantendo o 
local limpo e organizado diminuindo os 
riscos de acidentes. 
Vulnerabilidade a paradas visto que o 
sistema é composto por um conjunto de 
componentes mecânicos e elétricos 
Aumenta a produção através do 
aprimoramento na movimentação de 
materiais 
Custos adicionais resultantes da necessidade 
de manutenção do equipamento 
Fonte: adaptado de Dias (2007); Moura (2015). 
2.3 Pórticos Rolantes 
Para Ribeiro (2012), o pórtico rolante é um equipamento de movimentação de carga, 
que é composto por pórticos que possuem como base uma plataforma móvel, e pela viga 
principal. Segundo Dias (2007, pg.224), “os pórticos rolantes possuem uma viga elevada, 
autossustentável, sobre truques de rodas que se movimentam sobre trilhos”. Vaz (2010), 
21 
 
comenta que os pórticos rolantes podem possuir uma ou duas vigas (Figuras 3 e 4), sendo 
classificados como uni viga ou dupla viga. Esse tipo de equipamento é normalmente utilizado 
em áreas exteriores, sendo que pode levantar cargas de até 80 toneladas, com um vão que 
pode ser de até 40 metros. O comando pode ser realizado por botoeira ou por meio de uma 
cabine fixa na própria estrutura do pórtico. (GOBBO, 2017). Ribeiro (2012), destaca que a 
movimentação de cargas através do equipamento supracitado possuí bastante liberdade em 
função dos movimentos de translação do carro e do pórtico. 
Figura 3 - Pórtico uni viga 
 
Fonte: Arnikon (2017). 
Figura 4 - Pórtico dupla viga 
 
Fonte: Clescrane (2012). 
O semipórtico é uma variação do pórtico, que se distingue por possuir apenas uma 
perna, conforme pode ser observado através da Figura 5 a seguir, sendo que a outra 
extremidade da viga principal fica apoiada sobre uma estrutura que provê a devida 
sustentação. (DIAS, 2007). 
22 
 
Figura 5 - Semipórtico rolante 
 
Fonte: Clescrane (2012). 
2.3.1 Funcionamento e componentes 
A seguir são apresentados os componentes presentes em um pórtico rolante. 
a) Carro: o carro provê suporte para os mecanismos responsáveis pelo içamento da carga, 
ele é posicionado sobre a viga principal do pórtico (VAZ, 2010). De acordo com 
Gobbo (2017), ele é responsável pelo deslocamento transversal e vertical. 
b) Viga principal: Para Sobue (2005), a viga principal (Figura 6), é responsável por 
suportar o carro, dessa forma essa estrutura está sujeita às maiores solicitações de 
flexão. 
Figura 6 - Vigas principais de um pórtico dupla viga. 
 
Fonte: Almeida (2015). 
23 
 
c) Pernas: as penas (Figura 7), são responsáveis por prover apoio a parte superior do 
pórtico, sendo também determinantes quanto a altura máxima do mesmo (SOBUE, 
2005). Vaz (2010) comenta que, normalmente, a seção das vigas que compõe as 
pernas é do tipo caixão. 
Figura 7 - Pernas de um pórtico dupla viga. 
 
Fonte: Almeida (2015). 
d) Talha: a talha é o mecanismo responsável pelo içamento da carga (Figura 8), ela é 
posicionada sobre o carro. Para realizar o movimento de elevação, normalmente são 
utilizados cabos de aço. Para cessar o movimento, se faz uso de um mecanismo de 
frenagem. Uma alternativa ao carro ponte é a utilização de um trolley. (GOBBO, 
2017). 
Figura 8 - Talha de cabo de aço 
 
Fonte: Mollyn (2016). 
24 
 
e) Truques: Os truques são componentes mecânicos onde estão localizadas as rodas 
do pórtico rolante, sua função é transmitir os esforços da estrutura para o trilho. A 
Figura 9 mostra um esquema de um truque com duas rodas. (SOBUE, 2005). 
Figura 9 - Esquema de truque com duas rodas 
 
Fonte: Sobue (2005). 
2.3.2 Tipos de perfis de vigas e materiais 
Gobbo (2017) comenta que a viga principal de uma ponte rolante pode ser do tipo “I” 
laminada ou de perfil do tipo caixão, e Costa (2012) destaca que as vigas do tipo caixão são 
utilizadas em equipamentos de grande porte e com capacidade de carga elevada, e ainda 
acrescenta que também podem ser utilizadas vigas do tipo “U” em equipamentos como o 
pórtico rolante. De acordo com Brasil (1985), existem fabricantes que utilizam vigas com 
perfil do tipo tubular na viga principal de pontes rolantes, os quais alegam que há economia 
de peso em relação a outros tipos de seção, como também uma redução em espaços mortos. 
A Gerdau oferece perfis estruturais l aminados nas formas “I” e “H” (Figura 10), com 
bitolas de 150 até 610 mm. As propriedades mecânicas dos aços estruturais oferecidos pela 
Gerdau, podem ser observados nas Tabelas 1 e 2 (GERDAU, 2012). 
 
 
25 
 
Figura 10 - (a) Perfil estrutural I; (b) Perfil estrutural H. 
 
Fonte: Gerdau (2012). 
Tabela 1 - Propriedades mecânicas de aços estruturais 
Propriedades mecânicas ASTM A 562 Grau50 ASTM A 562 Grau 60 ASTM A 992 
Limite de escoamento 
(Mpa) 
345 mín. 415 mín. 345 a 450 
Limite de resistência 
(MPa) 
450 mín. 520 mín. 450 mín. 
Alongamento após 
ruptura (%) 
18 mín. 16 mín. 18 mín. 
Fonte: Gerdau (2012). 
Tabela 2 - Propriedades mecânicas de aços estruturais 
Propriedades mecânicas Aço COR 500 ASTM A 131 AH32 ASTM A 131 AH36 
Limite de escoamento 
(Mpa) 
370 mín. 315 mín. 355 mín. 
Limite de resistência 
(MPa) 
500 mín. 440 a 590 490 a 620 
Alongamento após 
ruptura (%) 
18 mín. 19 mín. 19 mín. 
Fonte: Gerdau (2012). 
Quanto ao perfil “U”, mencionado por Costa (2012), a Gerdau oferece esse tipo de 
perfil em aço ASTM A36, ASTM A572 e ASTM588 sob encomenda. 
2.4 Resistência dos materiais 
De acordo com Hibbeler (2010), a resistência dos materiais tem como objetivo o 
estudo da relação entre as cargas externas aplicadas a um corpo deformável e os esforços 
26 
 
internos que agem no mesmo. Nash (1982), acrescenta que o cálculo das deformações 
também é um dos objetivos dessa área de estudo. 
2.4.1 Tensão normal 
A tensão representada pela letra grega σ (sigma), pode ser definida como força por 
unidade de área, ou seja, ela depende desses dois fatores, a força aplicada e a área da seção do 
corpo em estudo. Considerando um caso em que uma barra de sessão transversal A, sobre a 
qual é aplicada uma força axial (força aplicada ao longo do eixo da barra) F (Figura 11), a 
tensão será dada pela força sobre a área, conforme a Equação 1. (BEER; JOHNSTON JR, 
1995). 
Figura 11 - Barra sujeita a uma força axial 
 
Fonte: adaptado de Beer e Johnston Jr (1995). 
𝜎 =
𝐹
𝐴
 (1) 
Onde: 
σ: Tensão normal, em N/mm²; 
F: Força, em N; 
A: Área, em mm². 
 
 
27 
 
2.4.2 Tração e Compressão 
Levando-se em conta uma barra onde se aplicam duas forças axiais e opostas, está é 
tracionada, quando ambas as forças se dirigirem para fora da barra. Caso ambas as forças 
estejam se dirigindo para dentro, a barra estará sendo comprimida. Os dois casos podem ser 
observados conforme a Figura 12. (NASH, 1982). 
Figura 12 - Tração e compressão 
 
Fonte: adaptado de Nash (1982). 
2.4.3 Tensão de cisalhamento 
Diferente da tensão normal, a tensão de cisalhamento é resultado de duas forças iguais 
e opostas que agem na direção transversal ao corpo (Figura 13). (BEER; JOHNSTON 
JUNIOR, 1995). 
Figura 13 - Forças opostas agindo na direção transversal o corpo 
 
Fonte: adaptado de Beer e Johnston Junior (1995). 
A tensão de cisalhamento, representada pela letra grega τ (tau), será dada pela 
resultante das forças que atuam na seção, sendo nesse caso, de intensidade F existente na 
28 
 
seção transversal do corpo (força cortante), dividida pela área da seção, resultando na 
Equação 2 a seguir. (BEER; JOHNSTON JUNIOR, 1995). 
𝜏 = 
𝐹
𝐴
 (2) 
Onde: 
σ: Tensão normal em N/mm²; 
F: Força em N; 
A: Área em mm². 
2.4.4 Momento e momento fletor 
Quando uma força é aplicada a um corpo, e essa força tende a rotaciona-lo em torno 
de um eixo, essa tendência à rotação é denominada de momento. Para que exista um 
momento, é necessário que o eixo de rotação não intercepte e nem seja paralelo a linha de 
ação da força. A tendência de uma força em girar um corpo, depende da intensidade da força e 
do braço de alavanca conforme a Equação 3. (MERIAM; KRAIGE, 2014). 
𝑀 = 𝐹 ∗ 𝑑 (3) 
Onde: 
M: Momento, em N.mm; 
F: Força, em N; 
d: Distância, em mm. 
Analogamente a força cortante, definida como a resultante das forças existentes em 
uma dada seção, o momento fletor é definido como a resultante dos momentos existentes em 
uma seção. (MERIAM; KRAIGE, 2014). 
2.4.5 Momento estático 
O momento estático de um elemento de superfície é dado pela multiplicação entre a 
área do elemento e a distância até o eixo de referência, conforme as Equações 4 e 5, a seguir. 
(MELCONIAM, 2012). 
𝑄𝑥 = 𝑦 ∗ 𝐴 (4) 
𝑄𝑦 = 𝑥 ∗ 𝐴 (5) 
29 
 
Onde: 
Q: Momento estático, em mm³; 
x e y: Distância entre a área e o eixo de referência, em mm; 
A: Área da superfície, em mm². 
2.4.6 Momento de inércia da área e raio de giração 
De acordo com Doubrere (2000), o momento de inércia de uma superfície plana em 
relação a um eixo de referência (Figura 14), é definido como o somatório dos produtos das 
áreas que compõem a superfície, pelas distâncias elevadas ao quadrado, das áreas até o eixo, 
resultando nas Equações 6 e 7. 
Figura 14 - Momento de inércia 
 
Fonte: Adaptado de Melconian (2012). 
𝐼𝑥 = ∫ 𝑦
2𝑑𝐴𝐴 (6) 
𝐼𝑦 = ∫ 𝑥
2𝑑𝐴𝐴 (7) 
Onde: 
I: Momento de inércia da área, em mm4; 
y e x: distância entre área e o eixo de referência, em mm. 
Para Melconian (2012), o momento de inércia é capaz de apontar a resistência de uma 
determinada peça, destacando que, quanto maior for seu momento de inércia, maior será a sua 
resistência. 
30 
 
Levando-se em conta uma determinada superfície como àquela representada pela 
Figura 14, o raio de giração é dado por uma distância particular entre a superfície e o eixo. 
Sendo conhecido o momento de inércia da área, é possível determinar o raio de giração 
através das Equações 8 e 9, a seguir. (MELCONIAN, 2012). 
𝑟𝑥 = √
𝐼𝑥
𝐴
 (8) 
𝑟𝑦 = √
𝐼𝑦
𝐴
 (9) 
Onde: 
r: Raio de giração, em mm; 
I: Momento de inércia da área, em mm4; 
A: Área total da superfície, em mm2. 
2.4.7 Vigas 
Para Nash (1982), uma viga pode ser definida como uma barra composta por um eixo 
plano, submetida a esforços que atuam no plano da estrutura. Meriam e Kraige (2014), 
definem a viga como uma barra prismática, submetida a cargas aplicadas na direção normal 
ao eixo da barra. As vigas podem ser classificadas de acordo com o tipo de carregamento e de 
acordo com o tipo de apoio, conforme sugere a Figura 15. (MERIAM; KRAIGE, 2014). 
 
31 
 
Figura 15 - Classificação das vigas de acordo com o tipo de apoio 
 
Fonte: Meriam e Kraige (2014). 
Uma viga pode estar sujeita a diversos tipos de carregamento, entre os quais se 
destacam: as cargas concentradas (aplicadas em ponto), cargas distribuídas (agem ao longo de 
um comprimento) e binários (de determinado momento). As cargas distribuídas, são expressas 
por unidade de comprimento. (NASH, 1982). Em virtude dos carregamentos aplicados sobre 
as vigas, estas desenvolvem força cortante interna (V) e momento fletor (M), os quais variam 
em função dos pontos estudados, logo, para se dimensionar uma viga, se faz necessário o 
conhecimento do cisalhamento e do momento fletor máximos atuantes sobre o corpo. Para a 
determinação destes esforços deve-se expressar V e M em função de uma posição aleatória x 
ao longo da viga, utilizados para a construção dos gráficos denominados diagramas de força 
cortante e momento fletor. Com o auxílio destes gráficos é possível determinar em que ponto 
se dará o momento fletor máximo e a força cortante máxima, como também, verificar a 
variação de ambos ao longo do eixo. Um exemplo dos diagramas mencionados pode ser 
observado na Figura 16. (HIBBELER, 2010). 
 
32 
 
Figura 16 - Diagramas de força cortante e momento fletor 
 
Fonte: adaptado de Hibbeler (2010). 
A Figura 17 a seguir, indica equações para cálculo do momento fletor para algumas 
condições de carregamento, como também as equações para cálculo da flecha (deformação f). 
Figura 17 - Casos de carga de flexão em vigas. 
 
Fonte: Fischer et al. (2008). 
33 
 
2.4.8 Flexão 
De acordo com Hibbeler (2010), a deformação por flexão ocorre quando um momento 
fletor é aplicado sobre uma viga. Melconian (2012), afirma que o esforço de flexão éresultado da ação de cargas cortantes que originam um momento fletor considerável. A Figura 
17 ilustra uma viga sujeita a um esforço de flexão. 
Figura 18 - Esforço de flexão 
 
Fonte: Meriam e Kraige (2014). 
Qualquer barra deformável que esteja sujeita ao efeito de um momento fletor, sofrerá o 
alongamento do material na região inferior da barra, e a compressão do material na parte 
superior, de maneira que existirá entre essas duas regiões, uma superfície neutra, onde as 
fibras da viga não estão submetidas a nenhum dos dois esforços supracitados. (HIBELLER, 
2010). 
De acordo com Nash (1982), uma viga, que possua um eixo de simetria em sua seção e 
que esteja submetida a um momento fletor estará também, sujeita a uma tensão normal. A 
tensão normal máxima é utilizada para dimensionar peças sujeitas a flexão, sendo que tal 
dimensionamento é realizado levando-se em conta a tensão normal de flexão aplicada sobre a 
fibra mais distante da seção transversal, não importando se essa fibra esteja sujeita a tração ou 
compressão. Também denominada como tensão de flexão, que pode ser calculada pela 
Equação 10. (MELCONIAN, 2012). 
𝜎𝑏 =
𝑀𝑐
𝐼
 (10) 
Em que: 
σb: Tensão normal de flexão atuando sobre a fibra mais afastada, N/mm²; 
M: Momento fletor, em N.mm; 
c: Distância máxima entre a linha neutra e a extremidade da seção, em mm; 
I: momento de inércia da área da seção transversal, calculado em torno do eixo neutro, 
em mm4. 
34 
 
A relação presente na Equação 10 entre “c” e “I” é chamada de módulo de resistência 
(W), que assim como o momento de inércia, também depende unicamente da geometria da 
peça. O momento de inércia, módulo de resistência e o raio de giração para algumas 
geometrias podem ser observados através da Figura 19 a seguir. (MELCONIAN, 2012). 
Figura 19 - Propriedades em função da geometria 
 
Fonte: Melconian (2012). 
Posto isso, a tensão de flexão pode ser determinada pela Equação 11: 
𝜎𝑏 =
𝑀
𝑊
 (11) 
Em que: 
M: momento fletor, em N.mm; 
W: Módulo de resistência, em mm³ 
De acordo com Melconian (2012), uma peça que esteja sujeita a uma força cortante, 
consequentemente, estará sob a ação de uma tensão de cisalhamento, que pode ser 
determinada através da Equação 12. 
35 
 
𝜏 =
𝑉𝑄
𝑏𝐼
 (12) 
Onde: 
τ: tensão de cisalhamento, em N/mm²; 
V: Força cortante atuante na seção, em N; 
Q: Momento estático, em mm³; 
b: Largura da seção, em mm; 
I: Momento de inércia da seção transversal, em mm4. 
2.4.9 Flambagem 
Nash (1982) afirma que uma barra prismática de aço, que esteja sujeita a uma 
compressão axial devido a uma dada carga, pode ter seu colapso por flambagem. Arivabene 
(1994) explica que isso acontece quando uma carga P possuí um valor tal, que a forma reta da 
barra deixa de ser estável. Melconian (2012), declara que quando a carga gera a instabilidade, 
ela é denominada carga crítica. Para Arrivabene (1994), quando uma peça passa do estado 
estável para instável, esse fenômeno é chamado de flambagem. Nash (1982) aponta que para a 
determinação da carga crítica, utiliza-se a Equação 13 a seguir. 
𝑃𝑐𝑟 = 
𝜋2𝐸𝐼
𝑙𝑓2
 (13) 
Em que: 
Pcr: Carga crítica, em N; 
E: Módulo de elasticidade do material, em MPa; 
I: Momento de inércia da seção transversal, em mm4; 
f: Comprimento livre de flambagem, em mm; 
π: Constante trigonométrica 3,1415; 
De acordo com o tipo de fixação nas extremidades, uma peça apresentará um dado 
comprimento livre de flambagem conforme a Figura 20 (MELCONIAN, 2012). 
 
36 
 
Figura 20 - Tipos de fixação de colunas 
 
Fonte: adaptado de Melconian (2012). 
a) Engastada e livre f = 2; 
b) Biarticulada f = ; 
c) Articulada e engastada f = 0,7; 
d) Biengastada f = 0,5. 
Para Beer e Johnston Jr (1995), o valor da tensão que corresponde à carga crítica é 
denominado tensão crítica, e é determinada pela Equação 13. Para Nash (1982), a 
determinação da carga crítica pela Equação 14 só pode ser realizada se a tensão crítica for 
menor ou igual a tensão de proporcionalidade do material. 
𝜎𝑐𝑟 =
𝜋2𝐸
(𝑙𝑓 𝑟⁄ )2
 (14) 
Em que: 
σcr: Tensão crítica, em N/mm²; 
E: Módulo de elasticidade do material, em MPa; 
r: raio de giração mínimo, em mm; 
lf: Comprimento livre de flambagem, em mm; 
π: Constante trigonométrica 3,1415... 
A relação entre o comprimento de flambagem e o raio de giração mínimo (Equação 
15) é chamado índice de esbeltez. (MELCONIAM, 2012). 
37 
 
𝜆 =
𝑙𝑓
𝑟
 (15) 
Onde: 
λ: índice de esbeltez; 
r: raio de giração mínimo, em mm; 
lf: Comprimento livre de flambagem, em mm. 
Hibbeler (2010) afirma que o índice supracitado tem a função de evidenciar a 
flexibilidade da coluna em estudo, como também é utilizado para classifica-la como 
comprida, intermediária ou curta. 
2.4.10 Torção 
Beer e Johnston Jr (1995) definem torção como a ação de conjugados que tendem a 
torcer uma peça. Nash (1982) define a torção sobre uma seção circular, como uma força 
aplicada a uma distância “d” situada no plano da seção transversal. Melconian (2012) afirma 
que uma peça está sujeita a torção quando um torque é aplicado em suas extremidades. 
Beer e Johnston Jr (1995) declaram que a tensão de cisalhamento atuante sobre uma 
peça de seção circular, pode ser determinada através da Equação 16. 
 
𝜏𝑚𝑎𝑥 =
𝑇𝑝
𝐽
 (16) 
Onde: 
τmax: tensão de cisalhamento máxima, em N/mm²; 
T: torque, em N.mm; 
r: raio do eixo, em mm; 
J: momento polar de inércia, em mm4. 
A relação “p” sobre “J” que aparece na Equação 16 é chamada módulo de resistência 
polar (Wp) e caracteriza a resistência de uma peça a torção. O momento de inércia polar e o 
módulo de resistência polar para algumas seções podem ser observados conforme a Figura 21 
a seguir. (MELCONIAM, 2012). 
 
38 
 
Figura 21 - Módulo de Resistência Polar 
 
Fonte: Melconian (2012). 
Posto isso, a tensão de cisalhamento ocasionada pela torção pode ser calculada pela 
Equação 17. 
𝜏𝑚𝑎𝑥 =
𝑇
𝑊𝑝
 (17) 
Onde: 
τmax: tensão de cisalhamento máxima, em N/mm²; 
T: torque, em N.mm; 
Wp: Módulo de resistência polar, em mm³ 
2.5 NORMA NBR 8400 
A Norma Brasileira (NBR) 8400 (1984), tem como função estabelecer os requisitos 
mínimos para o projeto de equipamentos de movimentação e levantamento de cargas, levando 
39 
 
em conta a sua estrutura e seus componentes mecânicos. A norma em questão considera os 
seguintes fatores: 
a) Solicitações e combinações de solicitações; 
b) Condições de resistência dos componentes mecânicos, com base nas solicitações 
consideradas; 
c) Condições de estabilidade a serem consideradas. 
Com o objetivo de determinar as solicitações a serem consideradas no projeto das 
estruturas do equipamento, e das tensões atuantes nos componentes da estrutura, tanto as 
estruturas, como os componentes, devem ser classificados em diversos grupos. Quanto as 
estruturas, consideram-se dois fatores: 
a) Classe de utilização; 
b) Estado da carga. 
Quanto aos componentes, consideram-se: 
a) Classe de utilização; 
b) Estado de tensões (NBR 8400, 1984). 
Para Tamasauskas (2000), o processo de classificação é complexo por envolver fatores 
internos e externos da empresa, sendo necessário prever como será a operação do 
equipamento, qual a proporção da carga máxima que será elevada e a frequência de utilização. 
2.5.1 Classe de utilização 
A classe de utilização é determinada em função da frequência de utilização do 
equipamento, ou seja, da utilização do movimento de levantamento. O processo de 
classificação, consiste em estimar um número de ciclos de levantamento quedeverá ser 
realizado. O equipamento pode ser classificado em 4 grupos distintos de acordo com a classe 
de utilização, conforme a Tabela 3. (NBR 8400, 1984). 
 
 
40 
 
Tabela 3 - Classes de utilização do equipamento 
Classe de 
utilização 
Frequência de utilização do movimento de 
levantamento 
Número convencional de 
ciclos de levantamento Nx 
A 
Utilização ocasional não regular, seguida de 
longos períodos de repouso 
6,3 x 104 
B Utilização regular em serviço intermitente 2,0 x 105 
C Utilização regular em serviço intensivo 6,3 x 105 
D 
Utilização em serviço intensivo severo, efetuado, 
por exemplo, em mais de um turno 
2,0 x 106 
Fonte: adaptado de NBR 8400 (1984). 
2.5.2 Estado de carga 
O estado de carga é determinado em função da proporção em que o equipamento 
levanta a carga máxima ao longo de sua vida útil. O equipamento pode ser classificado em 4 
grupos (Tabela 4), os quais caracterizam a severidade do serviço. (NBR 8400, 1984). 
Tabela 4 - Estado de carga 
Estado de carga Definição 
Fração mínima da 
carga máxima 
0 (muito leve) 
Equipamentos levantando excepcionalmente a 
carga nominal e comumente cargas muito 
reduzidas 
P = 0 
1 (leve) 
Equipamentos que raramente levantam a carga 
nominal e comumente cargas da ordem de 1/3 
da carga nominal 
P = 1/3 
2 (médio) 
Equipamentos que frequentemente levantam a 
carga nominal e comumente cargas 
compreendidas entre 1/3 e 2/3 da carga nominal 
P = 2/3 
3 (pesado) 
Equipamentos regularmente carregados com a 
carga nominal 
P = 1 
Fonte: adaptado de NBR 8400 (1984). 
 
41 
 
2.5.3 Estado de tensões 
É definido de modo semelhante ao estado de carga, porém, a diferença é que ao invés 
de utilizar a fração da carga máxima, convém considerar a fração da tensão máxima (Tabela 
5). (NBR 8400, 1984). 
Tabela 5 - Estado de tensões 
Estado de tensões Definição 
Fração mínima da 
carga máxima 
0 (muito leve) 
Elemento submetido excepcionalmente à sua 
tensão máxima e comumente tensões muito 
reduzidas 
P = 0 
1 (leve) 
Elemento submetido raramente à sua tensão 
máxima, mas comumente a tensões da ordem de 
1/3 da tensão máxima 
P = 1/3 
2 (médio) 
Elemento frequentemente submetido à sua 
tensão máxima e comumente a tensões 
compreendidas entre 1/3 e 2/3 da tensão 
máxima 
P = 2/3 
3 (pesado) 
Equipamentos regularmente submetido à sua 
tensão máxima 
P = 1 
Fonte: adaptado de NBR 8400 (1984). 
2.5.4 Classificação em grupos da estrutura dos equipamentos e seus elementos 
Em função das classes de utilização (Tabela 3) e dos estados de carga (Tabela 4), 
classificam-se as estruturas ou seus elementos em grupos conforme a Tabela 6. Os elementos 
devem ser classificados em função do estado de tensão (Tabela 5). (NBR 8400, 1984) 
42 
 
Tabela 6 - Classificação da estrutura dos equipamentos em grupos 
Estado de cargas (ou 
estado de tensões 
para um elemento) 
Classe de utilização e número convencional de ciclos de levantamento (ou 
de tensões para um elemento) 
A 6,3 x 104 B 2,0 x 105 C 6,3 x 105 D 2,0 x 106 
0 (muito leve) 
P = 0 
1 2 3 4 
1 (leve) 
P = 1/3 
2 3 4 5 
2 (médio) 
P = 2/3 
3 4 5 6 
3 (pesado) 
P = 1 
4 5 6 6 
Fonte: adaptado de NBR 8400 (1984). 
2.5.5 Classificação dos mecanismos 
Para a classificação dos mecanismos, a NBR 8400 (1984), indica que deve ser levado 
em conta o tipo de serviço que será realizado, são considerados dois fatores: 
a) Classe de funcionamento: é dada pela estimativa do número diário de horas de 
funcionamento do mecanismo, essa classificação é realizada de acordo com a 
Tabela 7. 
Tabela 7 - Classes de funcionamento 
Classes de 
funcionamento 
Tempo médio de funcionamento diário 
estimado (h) 
Duração total teórica da 
utilização (h) 
V0,25 tm ≤ 0,5 800 
V0,5 0,5 < tm ≤ 1 1600 
V1 1 < tm ≤ 2 3200 
V2 2 < tm ≤ 4 6400 
V3 4 < tm ≤ 8 12500 
V4 8 < tm ≤ 16 25000 
V5 tm > 16 50000 
Fonte: adaptado de NBR 8400 (1984). 
b) Estado de solicitação: define a proporção que um mecanismo é submetido à sua 
solicitação máxima ou a frações dessa solicitação conforme a Tabela 8. 
 
43 
 
Tabela 8 - Estado de solicitação dos mecanismos 
Estado de 
solicitação 
Definição 
Fração mínima 
da carga 
máxima 
1 
Mecanismos ou elementos de mecanismos sujeitos a 
solicitações reduzidas e raras vezes a solicitações 
máximas 
P = 0 
2 
Mecanismos ou elementos de mecanismos submetidos, 
durante tempos sensivelmente iguais, a solicitações 
reduzidas, médias e máximas 
P = 1/3 
3 
Mecanismos ou elementos de mecanismos submetidos 
na maioria das vezes a solicitações próximas à 
solicitação máxima 
P = 2/3 
Fonte: adaptado de NBR 8400 (1984). 
2.5.6 Classificação dos mecanismos em grupos 
Considerando as classes de funcionamento e os estados de solicitação, classificam-se 
os mecanismos em grupos conforme Tabela 9. 
Tabela 9 - Grupos dos mecanismos 
Estados de 
solicitação 
Classes de funcionamento 
V0,25 V 0,5 V1 V2 V3 V4 V5 
1 1Bm 1Bm 1Bm 1Am 2 m 3 m 4 m 
2 1Bm 1Bm 1Am 2 m 3 m 4 m 5 m 
3 1Bm 1Am 2 m 3 m 4 m 5 m 5 m 
Fonte: adaptado de NBR 8400 (1984). 
2.5.7 Compatibilização entre grupos de estruturas e de mecanismos 
A compatibilização é necessária para relacionar a classificação da estrutura com a 
classificação dos mecanismos de modo a obter equipamentos mais coerentes. Obtém através 
da tabela da Figura 21, o valor do tempo total de duração efetiva do equipamento (te). 
Posteriormente, calcula-se para cada mecanismo, a razão entre o tempo de funcionamento do 
mecanismo (tc) e o tempo de ciclo completo (ts) conforme a Equação 18. (NBR 8400, 1984). 
𝑎𝑖 =
𝑡𝑐
𝑡𝑠
 (18) 
44 
 
Onde: 
tc: tempo de funcionamento do mecanismo, em minutos; 
ts: tempo de ciclo completo, em minutos. 
Figura 22 - Duração de utilização dos equipamentos de levantamento 
 
Fonte: NBR 8400 (1984). 
2.5.8 Casos de solicitações 
De acordo com a NBR 8400 (1984), deve-se identificar quais solicitações irão atuar 
sobre a estrutura em função da força do vento, as quais podem ser classificadas em três grupos 
distintos: 
c) Caso I – serviço normal sem vento; 
d) Caso II – serviço normal com vento limite de serviço; 
e) Caso III – solicitações excepcionais. 
2.5.9 Solicitações no dimensionamento da estrutura 
As solicitações a serem consideradas para o dimensionamento da estrutura são: 
a) Solicitações principais estáticas, atuantes sobre a estrutura do equipamento: 
As solicitações principais consideram duas situações distintas. Em um primeiro 
momento leva-se em conta o peso do próprio componente, posteriormente, deve-se considerar 
as solicitações devido às estruturas (carro guincho e outras vigas) e a carga de serviço. (NBR 
8400, 1984). 
b) Solicitações devido aos movimentos horizontais, do pórtico e do carro guincho: 
45 
 
A força de inércia resultante da movimentação de translação tanto do pórtico como do 
carro guincho é função da massa em movimento, de um coeficiente ψh e da aceleração média 
am. Ela pode ser calculada por meio da Equação 19. (NBR 8400, 1984). 
𝐹𝑡 = 𝜓ℎ𝑚𝑒𝑞𝑎𝑚 (19) 
Onde: 
Ft: força transversal em N; 
ψh: coeficiente dinâmico horizontal; 
meq: massa equivalente em kg; 
am: aceleração média em m/s². (NBR 8400, 1984). 
Conhecendo-se a velocidade de translação do componente é possível determinar a 
aceleração média e o tempo de aceleração médio do mesmo. A Figura 23 a seguir indica esses 
valores em função da velocidade que se almeja atingir. (NBR 8400, 1984). 
Figura 23 - Aceleraçõese tempos de acelerações médios 
 
Fonte: NBR 8400 (1984). 
A massa a ser considerada para o cálculo da força de inércia deve ser uma massa 
equivalente para substituir a inércia das partes móveis, excluindo a carga de serviço. (NBR 
8400, 1984). 
46 
 
Para a determinação do coeficiente ψh a NBR 8400 (1984) indica que deve ser 
calculado o coeficiente μ, o qual é uma relação entre a carga de serviço e a massa equivalente 
conforme indica a Equação 20. 
𝜇 =
𝑚1
𝑚𝑒𝑞
 (20) 
Onde: 
m1: massa da carga nominal em kg; 
meq: massa equivalente em kg. (NBR 8400, 1984). 
Para valores de μ maior que 1, o coeficiente dinâmico horizontal pode ser calculado 
por meio da Equação (21). 
ψℎ = √2 + 𝜇 +
1
𝜇
 (21) 
Para valores de μ menores que 1 deve-se utilizar o gráfico fornecido pela NBR 8400, 
conforme indica a Figura 24. (NBR 8400, 1984). 
Figura 24 - Coeficiente dinâmico horizontal 
 
Fonte: NBR 8400 (1984). 
O coeficiente β pode ser calculado por meio da Equação 22. 
47 
 
𝛽 =
𝑇𝑚
𝑇1
 (22) 
Em que: 
β: coeficiente 
Tm: tempo de aceleração médio em segundos; 
T1: Período de oscilação do sistema formado pela carga suspensa em segundos. 
O tempo de aceleração médio pode ser obtido através da Figura 22, em função da 
velocidade do componente. O período de oscilação pode ser calculado através da Equação 23. 
(NBR 8400, 1984). 
𝑇1 = 2𝜋√
𝑙
𝑔
 (23) 
Em que: 
l: comprimento de suspensão da carga em m; 
g: aceleração da gravidade em m/s². (NBR 8400, 1984). 
Normalmente o valor do comprimento de suspensão de carga varia de 2 a 6 metros. O 
Quadro 2 fornece alguns valores de T1 em função de “l”. (NBR 8400, 1984). 
Quadro 2 - Valores de período de oscilação 
T1 (m) 2,84 3,47 4,01 4,49 4,91 5,31 5,67 
l (s) 2 3 4 5 6 7 8 
Fonte: NBR 8400 (1984). 
A Figura 25 ilustra o comprimento de suspensão de carga: 
 
48 
 
Figura 25 - Comprimento de suspensão de carga “l” 
 
Fonte: NBR 8400 (1984). 
c) Solicitações devido a impactos climáticos, como por exemplo, a força do vento 
atuando sobre a estrutura. (NBR 8400, 1984). 
A força do vento sobre a estrutura é função da forma do equipamento e da velocidade 
do vento. Em um primeiro momento, deve-se determinar a pressão aerodinâmica que pode ser 
calculada pela Equação 24. (NBR 8400, 1984). 
𝑃𝑎 =
𝑣𝑤
2
1,6
 (24) 
Onde: 
Pa: Pressão aerodinâmica em N/m²; 
vw: velocidade limite de serviço em m/s; 
A Norma NBR 8400 (1984) recomenda que seja considerado um valor de pressão 
aerodinâmica de 250 N/m², que se refere a uma velocidade limite de serviço de 20 m/s ou 72 
km/h, caso essa velocidade seja ultrapassada deve-se cessar a operação do equipamento. 
(NBR 8400, 1984). 
A força do vento atuante sobre a superfície de uma estrutura pode ser calculada por 
meio da Equação 25. (NBR 8400, 1984). 
𝐹𝑤 = 𝐶𝐴𝑃𝑎 (25) 
Onde: 
49 
 
C: coeficiente aerodinâmico; 
A: área de superfície exposta ao vento em m²; 
Pa: Pressão aerodinâmica em N/m² 
A Tabela 10 indica valores de coeficiente aerodinâmico em função da geometria do 
componente. 
Tabela 10 - Valores de coeficiente aerodinâmico 
Tipo de viga Croqui Relação 
Coeficiente 
aerodinâmico 
Treliça composta 
por perfis 
 
- 1,6 
Viga de alma cheia 
ou viga caixão 
 
𝑙
ℎ
= 20 1,6 
𝑙
ℎ
= 10 1,4 
𝑙
ℎ
= 5 1,3 
𝑙
ℎ
= 2 1,2 
Elementos 
tubulares 
 
𝑑√
𝑃𝑎
10⁄ ≤ 1 
1,2 
𝑑√
𝑃𝑎
10⁄ > 1 
0,7 
Fonte: adaptado de NBR 8400 (1984). 
2.5.10 Verificação em relação a ruptura 
A verificação das tensões calculadas deve considerar um valor admissível de tensão 
que não deve ser ultrapassada. Essa tensão admissível é calculada levando em conta o grupo 
do mecanismo, o caso de solicitação e a tensão de ruptura do material. A tensão mencionada é 
calculada através da Equação 26. (NBR 8400, 1984). 
𝜎𝑎 =
𝜎𝑟
𝑞𝐹𝑆𝑟
 (26) 
Onde: 
σa: Tensão admissível do material em N/mm²; 
50 
 
σr: Tensão de ruptura do material em N/mm²; 
q: Coeficiente que leva em conta a possibilidade de se ultrapassar a tensão calculada, 
em função de imprevistos e a falta de precisão do cálculo; 
FSr: Fator de segurança. 
 A norma NBR 8400 (1984) fornece a Tabela 11 para valores de q. 
Tabela 11 - Valores de q 
Grupo de mecanismos q 
1 Bm 1 
1 Am 1 
2 m 1,12 
3 m 1,25 
4 m 1,4 
5 m 1,6 
Fonte: NBR 8400 (1984). 
Na Tabela 12 constam valores de FSr em função do caso de solicitação. 
Tabela 12 - Valores de FSr 
Casos de solicitação FSr 
Casos I e II 2,8 
Caso III 2 
Fonte: NBR 8400 (1984). 
Para a verificação das tensões atuante, de acordo com a NBR 8400 (1984) as seguintes 
relações devem ser observadas: 
a. Tração pura: 
1,25𝜎𝑡 ≤ 𝜎𝑎 (27) 
Onde: 
σt: Tensão de tração em N/mm²; 
σa: Tensão admissível em N/mm²; 
 
 
51 
 
b. Compressão pura: 
𝜎𝑐 ≤ 𝜎𝑎 (28) 
Onde: 
σc: Tensão de compressão em N/mm²; 
σa: Tensão admissível em N/mm²; 
c. Flexão pura: 
𝜎𝑓 ≤ 𝜎𝑎 (29) 
Onde: 
σf: Tensão de flexão em N/mm²; 
σa: Tensão admissível em N/mm²; 
d. Flexão e tração combinadas: 
1,25𝜎𝑡 + 𝜎𝑓 ≤ 𝜎𝑎 (30) 
Onde: 
σt: Tensão de tração em N/mm²; 
σf: Tensão de flexão em N/mm²; 
σa: Tensão admissível em N/mm²; 
e. Flexão e compressão combinadas: 
𝜎𝑐 + 𝜎𝑓 ≤ 𝜎𝑎 (31) 
Onde: 
σt: Tensão de compressão em N/mm²; 
σf: Tensão de flexão em N/mm²; 
σa: Tensão admissível em N/mm²; 
 
 
52 
 
f. Cisalhamento puro: 
√3𝜏 ≤ 𝜎𝑎 (32) 
τ: Tensão de cisalhamento em N/mm²; 
σa: Tensão admissível em N/mm²; 
g. Tração, flexão e cisalhamento combinados: 
√(1,25𝜎𝑡 + 𝜎𝑓)
2
+ 3𝜏2 ≤ 𝜏𝑎 (33) 
Onde: 
σt: Tensão de tração em N/mm²; 
σf: Tensão de flexão em N/mm²; 
τ: Tensão de cisalhamento em N/mm²; 
σa: Tensão admissível em N/mm²; 
h. Compressão, flexão e cisalhamento combinados: 
√(𝜎𝑐 + 𝜎𝑓)
2
+ 3𝜏2 ≤ 𝜎𝑎 (34) 
Onde: 
σc: Tensão de compressão em N/mm²; 
σf: Tensão de flexão em N/mm²; 
τ: Tensão de cisalhamento em N/mm²; 
σa: Tensão admissível em N/mm²; 
2.6 Projeto mecânico 
Segundo Shigley, (1984, p. 1) “Projeto mecânico significa projeto de objetos e 
sistemas de natureza mecânica – máquinas, produtos, estruturas, dispositivos e instrumentos.” 
Collins (2006), define projeto mecânico como a atividade de criar ou aprimorar um 
equipamento, com objetivo de desenvolver um projeto “ótimo”, levando em conta as 
restrições envolvidas no projeto. De acordo com Budynas e Nisbett (2011), o processo de 
projeto envolve as seguintes etapas: 
53 
 
1) Identificação da necessidade: consiste na percepção de que algo não está certo, 
normalmente ocasionado por uma determinada circunstância, por um indicativo, 
como por exemplo, alto nível de ruído em uma máquina. 
2) Definição do problema: envolve a identificação de todas as especificações do 
produto, como quantidade de entrada e saída, as dimensões, limitações, etc. 
3) Síntese: Também é denominada projeto conceitual, é a fase de desenvolvimento de 
esquemas, os quais devem ser investigados, quantificados e avaliados. Os 
esquemas são comparados, e aquele que resulte na melhor solução deve ser 
escolhido. 
4) Análise e otimização: essa etapa consiste na criação de modelos matemáticos com 
a intenção de avaliar a resposta do sistema quando sujeito a um sistema físico real. 
5) Avaliação: O projeto é um processo repetitivo, de maneira que é necessário 
sintetizar os componentes de um sistema, avalia-los e então, retornar à etapa 
anterior caso necessário. 
6) Apresentação: é comparada a um trabalho de venda,