Curso de Dimensionamento de Estruturas de Aço EAD - CBCA. Módulo2. Parte 1

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1 Curso de Dimensionamento de Estruturas de Aço EAD - CBCA Módulo2 Parte 1

2 Sumário 1ª Parte Mezaninos estruturados em Aço 2.1 Definição página Estrutura de Piso dos Mezaninos página Os vigamentos da estrutura de mezaninos página Análise da estrutura de Mezaninos página Uso de lajes página Discussão das soluções página Mezaninos com formas irregulares página 13

3 Vídeo 16 Mezaninos 2.1. Definição A palavra Mezanino é uma corruptela da palavra italiana mezzanino, que é diminutivo de mezzano, e que em português significa mediano (dic. Aurélio). Além de poder também significar uma espécie de janela, o significado que nos interessa é aquele de um pavimento colocado entre dois outros. Apesar de existirem mezaninos de concreto armado ou madeira, sua estruturação mais freqüente é em estrutura de aço. Isso acontece por duas razões: leveza e facilidade de execução, principalmente se eles forem inseridos posteriormente à execução da estrutura principal. A arquitetura dos mezaninos pode ser das mais variadas, desde um simples retângulo a formas mais complexas, como as amebóides. Os apoios do mezanino podem ser previamente determinados pelos apoios da estrutura principal, com pilares metálicos ou de concreto. Podem, ainda, ser determinados independentemente da estrutura principal, sendo neste último caso composto de pilares adequadamente locados sobre vigas da estrutura principal. Este é o caso mais comum nos mezaninos de Shopping Center, nos quais os vigamentos da estrutura principal são previamente dimensionados para suportarem cargas concentradas de valores limitados. Neste caso devem ser sempre consultados os regulamentos do Shopping, quanto à instalação de mezaninos. Normalmente, neste caso, as cargas admitidas vão de 1,0 Tf a 3,0 Tf. Esses valores vão orientar a quantidade e posicionamento dos pilares, resultando nos vãos das vigas do mezanino Estrutura de Piso dos Mezaninos Vídeo 17 Os tipos de piso A estrutura de piso dos mezaninos pode ser dos mais diversos materiais: de obra devido à necessidade de cura da capa de concreto lançada in-loco. a. lajes pré moldadas de concreto; b. painéis pré moldados de concreto protendido; c. painéis de concreto celular; d. painéis leves mistos de chapas cimentícias e madeira. e. laje steel deck a. lajes pré moldadas de concreto O uso de laje pré-moldada de concreto armado, painéis protendidos e de concreto celular, ocorre em mezaninos permanentes internos ou externos, sujeitos às intempéries. As lajes pré-moldadas são as de menor custo, porém são mais pesadas e exige mais tempo 3

4 Figura 20a b. painéis pré moldados de concreto protendido Os painéis protendidos são mais caros, porém sua instalação é muito rápida, cerca de 250 m² por dia. Necessitam de gruas para levantamento e lançamento sobre a estrutura. Figura 20c d. painéis mistos de chapas cimentícias e madeira No caso do uso deste tipo de painel é interessante que se estude seu melhor aproveitamento já que suas dimensões são padronizadas e não permitem adaptações a dimensões variadas, a não ser pelo corte dos painéis. Figura 20b c. painéis de concreto celular Os painéis de concreto celular são os mais leves entre essas três opções, podendo ser alçados e lançados sobre a estrutura metálica manualmente. Entretanto, estes painéis apresentam limitação de vão de 3 m. As lajes pré-moldadas exigem alguns cimbramentos durante a cura de sua capa, o que não ocorre com os painéis de concreto protendido e celular. Figura 20d 4

5 Nas figuras a seguir são apresentadas, como exemplo, duas soluções em que a direção adotada para os painéis pode representar maior ou menor perda de material. Análise da melhor direção de disposição dos painéis Solução1 Figura 27a Solução 2 Figura 27b 5

6 Exemplos de chapas: Painéis cimentícios e de madeira Painel Masterboard - Brasilit Produto Largura (mm) Comprimento (mm) Espessura (mm) Peso Kg/m² Masterboard Slim Masterboard Medium Masterboard Extra Tabela de Carga máxima distribuída por painel (Kg/m²) Distância entre apoios (mm) Espessura dos painéis (mm) O Painel WALL MADEIRIT resiste até 700 Kgf/m², com módulo de elasticidade na direção paralela de MPa (média). Cargas Admissíveis (Flecha Admissível L/350) Figura 27c Referências nos links: Tabela de cargas lajes alveolares protendidas Lajes Alveolares protendidas Painéis de concreto celular autoclavado Obs.: Os links apresentados acima tem caráter exclusivo de exemplificar o assunto do item 2.2., não havendo qualquer responsabilidade sobre o eventual uso destes produtos. 6

7 e. Laje de concreto moldada no local sobre forma metálica corrugada (Steel Deck) A steel deck é um tipo de laje mista aço-concreto onde a chapa de aço perfilada funciona com armação inferior e ao mesmo tempo fôrma permanente. A aderência entre o concreto e o aço é garantida pela existência de mossas e ranhuras na superfície da telha trapezoidal. Assim como as demais lajes de concreto é pesada, porém exige menos tempo de obra se comparada as lajes de concreto convencionais, pois dispensa a instalação das formas e cimbramentos, em vãos até 4,0m. De fácil instalação e com baixa taxa de desperdício de material, ainda apresenta bom comportamento em situação de incêndio e bom desempenho térmico e acústico, que, aliados à excelente qualidade de acabamento podem dispensar forros e tratamentos adicionais. Sua versatilidade e boa capacidade de carga (podem suportar até 1.000kgf/m2) ajudaram a propagar seu uso na indústria, shoppings, garagens, escolas e hospitais, entre outros. O formato ondulado das telhas ainda favorece a passagem de tubulações diversas e pode ser projetada para funcionar como mesa colaborante de um sistema de viga mista, diminuindo a taxa de aço global, sendo esta uma outra vantagem. Figura 21 7

8 2.3. Os vigamentos da estrutura de mezanino Vídeo 18 Os vigamentos Os vigamentos que compõem uma estrutura de mezanino são normalmente de duas espécies: a. vigamento principal b. Vigamento secundário ou nervuras. No caso de lajes, normalmente dispensa-se as vigas secundárias, apoiando-se a laje no vigamento principal. Figura23 Figura22 No caso dos painéis mistos, há necessidade de um vigamento secundário espaçados a cada mm. Neste caso deve-se estudar a melhor direção de distribuição desse vigamento para que se evitem recortes e perdas de material dos painéis. (Ver Figura 27ª/27b) Quanto às vigas de suporte da laje, elas podem ser as mais variadas: a. perfis U de chapa dobrada; b. perfis U laminados c. perfis I laminados; d. perfis I de chapa soldada; e. treliças compostas de perfis U de chapa dobrada e cantoneiras de chapa dobrada ou laminadas; f. viga vierendeel; g. viga vagão. Os perfis U são usados para vigas secundárias; os perfis I para vigas secundárias de maior vão e vigas principais. Os demais tipos, treliça, vierendeel e vagão são usados para vigas principais de grande vão (acima de 7 m), ou quando a solução em perfil I tornar-se muito pesada. Quanto aos pilares, os perfis mais utilizados são: a. perfil tubular de chapa dobrada ou estrudado; b. perfil tubular formado por dois perfis de chapa dobrada; c. perfil I e o H, sendo estes dois últimos para cargas mais elevadas Analise da estrutura de Mezaninos Este exercício visa mostrar diversas possibilidades estruturais de mezanino e seus resultados quanto a custos. Parte-se de uma mesma área de mezanino (12,0 m por 9,0 m), estruturada de diversas formas e com diversos tipos de lajes e verificam-se os custos obtidos. Os resultados dessa análise são mostrados após os desenhos a seguir: 8

9 Uso de lajes Vídeo 19 O Custo final Vamos iniciar pelo lançamento da estrutura. Por se tratar de lajes serão usadas apenas vigas principais. As possibilidades estruturais são as seguintes: a) Laje pré Vídeo 20 A laje pré a) Figura 24 a b) Figura 24 b 9

10 c) Figura 24 c d) Figura 24 d b) Laje protendida Vídeo 21 A laje alveolar a) Figura 25 a 10

11 b) c) d) Figura 25 b c d 11

12 c) Laje de painéis de concreto celular Vídeo 22 Os painéis de concreto celular a) b) c) Figura 26 a b c 12

13 d) e) f) Figura 26 d e f 13

14 d) Painel Misto (Wall ou similar) Vídeo 23 Os painéis mistos Figura 28 a b c d e f 14

15 e) Laje Steel Deck 15

16 3. Lajes de concreto celular As soluções menos econômicas ficam com as lajes de concreto celular. O resultado mais econômico, para essas lajes, se dá quando as lajes vencem o seu vão máximo de 3,00m e são apoiadas sobre cinco linhas de vigas com vãos de 4,50 m. 4. Painéis Mistos Apesar de muito usados em mezaninos, os painéis mistos (wall ou similar) não resultam em soluções muito econômicas. No entanto, é uma solução seca e rápida de ser executada e, portanto, muitas vezes vantajosa sobre as demais. Por isso seu uso é tão freqüente. Para esses painéis a solução mais econômica ocorre com lajes apoiadas com seu vão máximo de 1,25 m, sobre nervuras que vencem vãos de 4,50 m, e que, por sua vez, apóiam-se em três linhas de vigas principais com vãos de 4,00 m. No caso dos painéis mistos de madeira e chapa cimentícia, cujas dimensões encontradas no mercado têm normalmente 1200 mm por 2500 mm, estes são muito leves, da ordem de 45 kgf/m², sendo, no mínimo, metade do peso das lajes mais leves (concreto celular). Suportam cargas de até 700 kgf/m². Em compensação, esses painéis exigem uma maior quantidade de vigamento que os anteriores já que precisam ser apoiados a cada 1250 mm. Apesar disso são os elementos de piso mais usados, por serem os mais leves, de fácil manuseio e aplicação. 5. Lajes Steel Deck De uso cada vez mais frequente, ainda estão entre as lajes que apresentam maior custo unitário. Porém, tornam-se competitivas à medida que se consiga assegurar todas as vantagens do sistema construtivo ainda na etapa de projeto. Os melhores resultados são conseguidos com as vigas dispostas em vãos até 4,0m e contínuos (com apoio intermediário), lajes simplesmente apoiadas ou quando a laje funciona como mesa colaborante das vigas do vão de 9,0m, apoiada em vigas transversais a cada 3,0m Mezaninos com formas irregulares Vídeo 25 - Mezaninos com formas irregulares Apesar de não ser muito freqüente a utilização de formas irregulares em mezaninos, é possível a ocorrência de formas diferenciadas. Podemos resolver esta situação de duas maneiras: A primeira, criando uma malha regular interna com pilares e as vigas principais, deixando que as vigas secundárias, em balanço, se ocupem da resolução da forma irregular do mezanino. Figura 29b 16

17 A segunda, é utilizando pilares que acompanhem os limites do mezanino e vigas que tenham a mesma forma do perímetro do mezanino. Ocorre que esta solução implica em aplicar esforços de torção nas vigas periféricas, além da necessidade de que estas sejam calandradas, o que aumenta consideravelmente o custo desta solução. Figura 29c Figura 29c Analisar como se fossem uniformes, de acordo com o item