ESTRUTURAS MISTAS DE AÇO E CONCRETO. Prof. Marcos Alberto Ferreira da Silva

Transcrição

1 ESTRUTURAS MISTAS DE AÇO E CONCRETO Prof. Marcos Alberto Ferreira da Silva

2 PALESTRA TÉCNICA ESTRUTURAS MISTAS DE AÇO E CONCRETO Prof. Marcos Alberto Ferreira da Silva Rio de Janeiro, 2016

3 Qual o sistema estrutural mais adequado para a minha obra?

4 Qual o sistema estrutural mais adequado para a minha obra? Concreto Armado Concreto Protendido Estrutura Metálica Alvenaria Estrutural Estrutura de Madeira

5 Qual o sistema mais adequado? ESCOLHA DO SISTEMA CONSTRUTIVO Decisão tomada "com base nas necessidades da obra e nas características de cada sistema".

6 Qual o sistema mais adequado? Analisar o maior número possível de aspectos representativos da obra. Priorizar as características mais importantes e também as desejáveis.

7 Qual o sistema mais adequado? JAMAIS COMPARAR O CUSTO DIRETO DOS INSUMOS. SEMPRE COMPARAR A RELAÇÃO CUSTO-BENEFÍCIO.

8 Qual o sistema mais adequado? Sistema formado por elementos mistos de aço e concreto Solução econômica e racional para o sistema estrutural de edifícios de múltiplos pavimentos.

9 Qual o sistema mais adequado? Estruturas de Concreto Armado: vigas, pilares e lajes são constituídas por concreto de qualidade estrutural e barras de aço (armadura) adequadamente dimensionadas e detalhadas, imersas no concreto simples. Estruturas Metálicas: vigas e pilares são perfis laminados, soldados ou formados a frio, adequadamente dimensionados, cuja união é feita pelas ligações, que podem ser soldadas ou parafusadas.

10 Estruturas Híbridas: elementos estruturais de diferentes materiais compondo a mesma estrutura; trabalham independentes. Pilares e vigas de aço. Núcleo de C.A. Estrutura de cobertura em aço e pilares de concreto armado.

11 ELEMENTOS MISTOS AÇO-CONCRETO Formados pela combinação de perfis de aço e concreto estrutural de forma que os materiais trabalhem conjuntamente para resistir aos esforços solicitantes, visa aproveitar as vantagens de cada um deles.

12 COMO GARANTIR O COMPORTAMENTO MISTO? Existem diversas maneiras de fazer com que o perfil de aço trabalhe em conjunto com o concreto. A interação aço-concreto pode ser mecânica, a partir da utilização de conectores de cisalhamento, mossas, saliências, etc, ou por atrito.

13 COMO GARANTIR O COMPORTAMENTO MISTO? Deve-se garantir que os dois materiais se deformem como um único elemento.

14 QUAL A ORIGEM DOS ELEMENTOS MISTOS? Surgiram da necessidade de proteção dos perfis de aço contra a ação do fogo e da busca por maior rigidez destes elementos. Devido à crescente utilização, critérios para dimensionamento e verificação desses elementos foram incorporados às normas técnicas.

15 TIPOS DE ELEMENTOS MISTOS Os elementos mistos podem ser: Vigas Mistas Lajes Mistas Pilares Mistos Treliças Mistas Pisos Mistos

16 VIGAS MISTAS A viga mista é composta por um perfil I unido à laje de concreto por conectores de cisalhamento, os quais podem ser do tipo pino com cabeça (stud bolt) ou em perfil U. Pino com cabeça (stud bolt) Perfil U

17 Os conectores de cisalhamento são dimensionados para o fluxo de cisalhamento longitudinal entre a seção de momento máximo e momento nulo.

18 Outros tipos de conectores não previstos pelas normas brasileiras

19 Processos construtivos das vigas mistas Referente ao processo construtivo das vigas mistas, pode-se ter: Sistema escorado. Sistema não escorado.

20 Sistema não Escorado: em construções não escoradas a viga de aço isolada deve ser dimensionada para as cargas de construção (peso do concreto e sobrecarga construtiva); antes da cura do concreto.

21 Sistema Escorado: Já para as construções escoradas, apenas as verificações após a cura do concreto são necessárias, uma vez que o perfil de aço praticamente não tem solicitação até a retirada do escoramento.

22 Exemplos vigas mistas

23 Exemplos vigas mistas

24 Vigas mistas: exemplos de utilização

25 Vigas mistas: exemplos de utilização

26 Qual a maior vantagem da viga mista? O aumento na resistência e na rigidez pela associação dos elementos de aço e de concreto permite reduzir a altura da viga, sendo esta uma das grandes vantagens proporcionadas pelas vigas mistas.

27 Em fase de pré-dimensionamento...

28 LAJE MISTA Laje mista é um elemento que se utiliza de formas permanentes nervuradas de aço. A forma metálica deve ser capaz de transmitir o cisalhamento na interface aço-concreto garantindo o trabalho misto.

29 A solidarização entre o aço e o concreto pode ser mecânica, a partir da utilização de conectores de cisalhamento, saliências, mossas, etc, ou por atrito gerado pelo confinamento do concreto em formas reentrantes.

30 Exemplos lajes mistas

31 Vigas mistas: exemplos de utilização

32 Dentre as vantagens advindas do uso de lajes com fôrma de aço incorporada estão: A fôrma de aço substitui as armaduras de tração; Elimina a utilização de fôrmas de madeira; Reduz a necessidade de escoramentos; A fôrma de aço pode servir de plataforma de trabalho nos andares superiores e proteção aos operários em serviço nos andares inferiores;

33 As fôrmas de aço são leves, de fácil manuseio e instalação; O uso de fôrmas de aço facilita a execução das diversas instalações e a fixação de forros.

34 Lajes com forma de aço incorporada

35 PILARES MISTOS Perfis de aço revestidos ou preenchidos com concreto de qualidade estrutural. Em função da disposição do concreto na seção mista, os pilares mistos podem ser classificados em: Preenchidos: concreto no interior de um tubo de aço. Revestidos: concreto envolvendo totalmente os perfis de aço. Parcialmente revestidos: concreto envolvendo parcialmente os perfis de aço.

36 Exemplos pilares mistos

37 Pilares mistos preenchidos São constituídos de perfis metálicos, comumente tubulares ou retangulares preenchidos com concreto. Não há a necessidade da utilização de formas e armaduras, sendo esta a principal vantagem deste tipo de elemento misto.

38 Pilares mistos revestidos São constituídos por perfis metálicos revestidos integralmente por concreto. A principal desvantagem desse tipo de elemento misto é que requer o uso de formas para a concretagem, no entanto pode adquirir a forma que se desejar.

39 Pilares mistos parcialmente revestidos Caracterizados pelo não envolvimento por completo da seção metálica com o concreto. Podem dispensar as fôrmas se a concretagem for feita na horizontal, executando o preenchimento de um dos lados e, em seguida, o preenchimento do outro lado.

40 TRELIÇA MISTA Treliças que apoiam em sua parte superior uma laje de concreto, o comportamento misto é desenvolvido usando conectores de cisalhamento. Utilizada em vão livres grandes. Conector de cisalhamento

41 Exemplos treliça mista

42 Exemplos treliça mista

43 PISO MISTO O termo pisos mistos de pequena altura é utilizado para descrever um tipo de sistema no qual as vigas são embutidas na altura da laje de concreto. A aparência compacta, fruto do embutimento da viga no concreto da laje, é a principal característica deste tipo de piso.

44 Pode ser utilizada uma laje mista ou alveolar, ambas apoiadas na viga. No caso da laje alveolar, os painéis pré-fabricados são posicionados na viga de aço e, posteriormente, pode ser executada uma capa de concreto consolidando painéis de concreto e viga de aço ou somente o preenchimento do espaço existente entre as mesas do perfil de aço.

45 Com o avanço das tecnologias de laminação de perfis, foi desenvolvido (em 1997) um perfil laminado assimétrico com mesa inferior mais larga que a superior; na mesa superior foram executadas ranhuras na face externa para melhorar a aderência com o concreto. Perfil usado nos pisos mistos de pequena altura

46 Exemplos pisos mistos convencionais

47 Exemplos pisos mistos de pequena altura

48 Exemplos pisos mistos de pequena altura

49 Exemplos pisos mistos de pequena altura

50 Exemplos pisos mistos de pequena altura

51 Sistema Estrutural em Elementos Mistos

52 Exemplos de Sistema estrutural de Edifícios com elementos mistos

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71 E no Brasil, como as coisas andam?

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76 Conclusões/Considerações Finais Nas estruturas mistas é possível explorar as melhores características de cada material tanto em vigas e pilares, quanto nas lajes. A utilização de elementos mistos e, por consequência, de sistemas mistos açoconcreto, amplia consideravelmente o conjunto de soluções em concreto armado e em aço. Os elementos mistos possibilitam a redução das dimensões da seção, ampliando as áreas livres e reduzindo as forças verticais que chegam nas fundações.

77 Conclusões/Considerações Finais Além da variedade de opções e combinações possíveis para as estruturas mistas, em relação às estruturas em concreto armado verifica-se a possibilidade de dispensar fôrmas e escoramentos, reduzindo custos. Por outro lado, em relação às estruturas de aço, as estruturas mistas permitem reduzir o consumo de aço estrutural e substituindo parte dele pelo concreto, que tem menor custo. O emprego de elementos mistos constitui não só uma opção de sistema estrutural, mas também de processo construtivo.

78 ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS - 480h

79 CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 1 MATERIAIS E SISTEMAS ESTRUTURAIS 20h. Ementa: Aço e perfis: propriedades e produtos siderúrgicos comerciais. Comportamento estrutural. Concepção estrutural. Sistemas estruturais em aço. Pré-dimensionamento das estruturas metálicas.

80 2 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS METÁLICAS 40h. Ementa: Normas técnicas. Métodos de cálculo. Ações permanentes, variáveis e excepcionais. Coeficientes de ponderação das ações e resistências. Combinações de ações. Deslocamentos máximos. Ações causadas pelo vento.

81 3 PERFIS SOLDADOS E LAMINADOS 80h. Ementa: Aços estruturais e materiais de ligação. Estabilidade e análise estrutural de acordo com a NBR 8800:2008. Efeitos de segunda ordem. Dimensionamento de elementos submetidos à tração e à compressão axial. Dimensionamento de elementos submetidos à flexão simples e composta. Dimensionamento de elementos submetidos a esforços combinados. Elementos submetidos a forças transversais localizadas. Aberturas em almas de vigas de aço. Critérios para projeto. Exemplo de projeto.

82 4 PERFIS FORMADOS A FRIO 60h. Ementa: Aços estruturais e materiais de ligação. Fabricação e padronização de perfis formados a frio. Métodos para cálculo das propriedades geométricas de perfis formados a frio. Resistência pós-flambagem e largura efetiva. Métodos para dimensionamento de barra: MLE, MSE, MRD. Instabilidade local e distorcional. Enrijecedores transversais. Dimensionamento de elementos submetidos à tração e à compressão axial. Dimensionamento de elementos submetidos à flexão simples e composta. Critérios para projeto. Exemplo de projeto.

83 5 LIGAÇÕES EM ESTRUTURAS METÁLICAS 80h. Ementa: Materiais. Dispositivos de ligações. Classificação das ligações. Ligações por contato e por atrito. Tipos de parafusos. Controle de torque. Cálculo das ligações parafusadas em perfis soldados/laminados e em perfis formados a frio. Processos de soldagem. Tipos de solda. Cálculo das ligações soldadas em perfis soldados/laminados e em perfis formados a frio. Simbologia de soldagem. Controle de qualidade das soldas. Ensaios não destrutivos. Ligações usando solda e parafuso. Dimensionamento de placas de base e chumbadores. Barras de cisalhamento. Ligações de viga de aço com elementos de concreto. Critérios para projeto. Exemplos de cálculo.

84 6 ESTRUTURAS MISTAS DE AÇO E CONCRETO 60h. Ementa: Materiais empregados. Comportamento conjunto entre aço e concreto. Conectores de cisalhamento. Dimensionamento de vigas mistas de aço e concreto. Dimensionamento de pilares mistos de aço e concreto. Dimensionamento de lajes mistas de aço e concreto. Ligações mistas. Aberturas em almas de vigas mistas de aço e concreto. Critérios para projeto. Exemplo de projeto.

85 7 ESTRUTURAS DE AÇO EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO 40h. Ementa: Segurança das estruturas de aço em situação de incêndio. Exigências de resistência ao fogo. Método simplificado de dimensionamento. Como obter resistência ao fogo das estruturas de aço. Materiais de proteção térmica. Critérios para projeto. Exemplos de cálculo.

86 8 ANÁLISE DE ESTRUTURAS 40h. Ementa: Tipos de vínculos. Modelos teóricos. Estruturas compostas por barras prismáticas. Análise matricial de estruturas. Método dos elementos finitos. Estruturas hiperestáticas. Linhas de influência. Análise de vigas, treliças, arcos, pórticos e grelhas. Softwares comerciais e livres para análise de estruturas. Exemplos de análise.

87 9 PONTES E VIADUTOS EM ESTRUTURA METÁLICA 40h. Ementa: Tipos de superestruturas de pontes e viadutos. Tipos de seção transversal. Ações a considerar. Cargas permanentes e cargas móveis. Trem tipo. Determinação de trem tipo longitudinal. Impacto vertical. Fadiga. Ligações. Exemplo de projeto de ponte com vigas de alma cheia.

88 10 METODOLOGIA DA PESQUISA CIENTÍFICA 20h. Ementa: Metodologia científica. Projeto de pesquisa. Procedimentos metodológicos. Aspectos normativos. Pesquisa. Monografia.

89 FIM. OBRIGADO PELA ATENÇÃO. Tríplice e FraTernal abraço