APLICAÇÃO DOS AÇOS INOXIDAVEIS DUPLEX NA CONSTRUÇÃO CIVIL: ESTUDO EM VIGAS MISTAS DE CONCRETO MURFOR Autores: Lanes, P.G.; Dias, F.M.; Dutra, J.F.; Guimarães, I.F. Local: Centro Universitário do Leste de Minas Gerais Endereço Postal: Bairro: Bom Jardim, rua: Dália 1076, Ipatinga- MG E-mail: poly_lanes@hotmail.com As vigas mistas aço-concreto são consideradas um dos sistemas estruturais mais eficientes utilizados na construção civil. A combinação de perfis de aço e concreto visa aproveitar as vantagens de cada material. As vigas são ligadas por meio de conectores de cisalhamento que têm como objetivo proporcionar uma melhor trabalhabilidade dos materiais, ressaltando que as vigas mistas possuem um melhor comportamento estrutural quando comparadas com o comportamento de cada material isolado. Nesse contexto, essa pesquisa procura estudar o sistema misto e aplicar a armadura Murfor nas vigas para reforçar as mesmas quanto a sua resistência à tração na flexão. A armadura Murfor é um aço galvanizado e aplicado nas juntas horizontais das alvenarias. Este tipo de aço é revestido por uma fina camada de zinco que faz a proteção do aço contra a corrosão. Para tanto, foi realizada neste estudo a manufatura de vigas mistas utilizando a armadura Murfor e vigas sem a adição da armadura Murfor. Posteriormente as vigas foram submetidas a ensaios e então analisadas suas respectivas características mecânicas. Após os ensaios fez-se um comparativo dos valores obtidos. Os resultados do estudo apontam que as vigas com a adição da armadura Murfor tiveram um melhor desempenho. A combinação do concreto com a armadura Murfor proporcionou uma melhor trabalhabilidade quando comparado aos resultados obtidos com a viga de concreto estrutural simples. O que pode ter ocorrido devido o aço utilizado reforçar as vigas quanto a sua resistência à tração na flexão. Conclui-se então que as vigas mistas tiveram um melhor funcionamento, aumento de resistência e diminuição de fissuras, o que comprova sua viabilidade como um dos sistemas estruturais mais eficientes. Palavras-chave: Vigas Mistas, Concreto, Murfor. 10338
INTRODUÇÃO Os materiais aço e concreto são muito utilizados na construção civil, seja de forma separada ou em conjunto formando um sistema misto cuja interação entre o concreto e o perfil de aço pode-se dar por meios mecânicos, por atrito ou por simples aderência. Estes materiais possuem características mecânicas diferentes, porém complementares, o concreto possui boa trabalhabilidade quando submetido a esforços de compressão, e o aço tem uma boa resistência á esforços de tração, o que torna uma junção viável. Além disso, os sistemas mistos possibilitam uma redução das proteções contra incêndio e corrosão do aço, pela presença do concreto, gerando economia para a obra. As vigas mistas são empregadas nas construções de pontes, indústrias e edifícios e são constituídas pela associação de um perfil metálico (geralmente perfil I ) e uma laje de concreto. Com isso a utilização do aço é cada vez maior. Muitas são a s vantagens da aplicação do sistema misto aço-concreto, por isso o profissional deve estar familiarizado com as características de cada material, para haver uma boa aplicação do sistema. Nesse contexto, essa pesquisa procura estudar o sistema misto, e aplicar a armadura Murfor em uma viga, a armadura Murfor, que é um aço galvanizado e terá como finalidade aumentar a resistência à tração na flexão, e posteriormente após os ensaios necessários analisar os resultados encontrados nas vigas com Murfor e nas vigas com concreto estrutural simples. MATERIAIS E MÉTODOS A principal abordagem do estudo é experimental, onde foram manufaturadas vigas com utilização do concreto juntamente com a armadura Murfor. A armadura Murfor foi disponibilizada pela empresa Arcelor Mittal e os materiais para o concreto pelo Unileste. Primeiramente o traço estabelecido foi de 1 : 2,7 : 3,7 : 0,6. Este traço tem como referência Chaves e Malite (2010) onde a resistência estabelecida foi de 25 MPa. Ao reproduzir o traço em laboratório o valor de resistência á compressão apresentou inferior ao elaborado de 25 MPa. Sendo assim, calculou-se o traço 1 : 1,72 : 2,7 : 0,57 calculado pela autora seguindo as normas da ABCP, utilizando o 10339
cimento CPIII RS 40. Foi verificado através do teste de resistência á compressão axial o valor de 30 MPa para o traço. Materiais Foram utilizados os seguintes materiais confecção do concreto. Água Cimento Agregado graúdo Agregado miúdo A seguir é apresentada na tabela 1 a quantidade de cada material utilizado. Tabela 1 Quantidade de material utilizado na confecção dos CP s Fonte: A autora, (2014). Água Cimento Agregado graúdo Agregado miúdo 7,23 L 12,57 kg 33,45 kg 21,69 kg Para confecção das vigas foi utilizado: Água Cimento Agregado graúdo Agregado miúdo Armadura Murfor MÉTODO Confecção dos corpos-de-prova Para confecção dos corpos-de-prova foi determinada a composição granulométrica dos agregados graúdos e miúdos, e todo o procedimento foi realizado de acordo com a NBR 248 (2003). De acordo com o traço adotado, foram separadas as quantidades já estabelecidas de cada material e realizado a confecção do concreto para o preenchimento de 14 corpos-de-prova. Foram realizados ensaios de resistência compressão axial nos corpos-de-prova cilíndricos, medindo 10 cm por 20 cm, seguindo a NBR 5739 (2007) que prescreve o 10340
método de ensaio pelo qual devem ser ensaiados à compressão os corpos-de-prova de concreto, e para a moldagem e cura dos mesmos foi utilizada a NBR 5738 (2008). Os testes foram feitos nas datas de 3, 7 e 28 dias, e em cada dia de ensaio foram utilizados três corpos-de-prova. Em seguida foram analisados os dados coletados e verificado o fck (resistência característica do concreto á compressão). Ensaio das vigas na flexão Para o desenvolvimento da pesquisa foram confeccionadas seis vigas. Foram realizados os mesmos procedimentos feitos na confecção dos corpos-de-prova para a elaboração do concreto com o traço 1 : 1,72 : 2,7 : 0,57. As vigas foram divididas em dois grupos: 1 grupo: Para o primeiro grupo de vigas com a armadura Murfor, foram feitas três vigas Concreto-Murfor, onde o Murfor foi colocado abaixo da linha neutra da viga, para verificar assim, a sua eficiência na zona de tração, demonstrado figura 1. Figura 1 Viga Concreto-Murfor. Fonte: A autora, 2014. 2 grupo: Para o segundo grupo de vigas foram confeccionadas três vigas com concreto estrutural simples, sem nenhum tipo de armadura. Estas amostras serão adotadas como padrão. A viga é demonstrada na figura 2. 10341
Figura 2 Viga de concreto estrutural simples. Fonte: A autora, 2014. Todas as vigas foram submetidas a ensaios de flexão, seguindo a NBR 12142 (2010) que determina a resistência à tração na flexão em corpos-de-prova prismáticos, com seção transversal padronizada de 50 cm x 15 cm. Segundo as determinações da NBR 12142 (2010), a distância entre os apoios e as extremidades da viga é de 2,5 cm. Devido incapacidade da máquina utilizada e falta de aparatos não foi possível ensaiar a viga com quatro apoios, porém foram adaptadas as distâncias e utilizado três apoios, como mostrado na figura 3. Figura 3 Distâncias estabelecidas de acordo com a norma 12142 (2010) Fonte: A autora, 2014. Os ensaios foram realizados para análise experimental da capacidade mecânica das vigas e teve o acompanhamento do técnico Marcones Soares Maria para realização dos ensaios no laboratório. A figura 4 apresenta uma viga antes e após o ensaio. 10342
Figura 4 Ensaio de Flexão Fonte: a Autora, 2015 RESULTADOS E DISCUSSÃO Ensaios de resistência a compressão axial No ensaio de resistência a compressão axial simples, realizado com o traço 1 : 2,7 : 3,7 : 0,6 que tem como referência Chaves e Malite (2010), o concreto obteve os seguintes valores, demonstrados na tabela 2. Tabela 2 Resistência á compressão axial do 1 traço adotado Fonte: A autora, 2015. Resistência á compressão axial simples Idade 03 dias 07 dias 28 dias CP1 (MPa) 5,68 8,62 15,53 CP2 (MPa) 5,47 6,67 16,53 CP3 (MPa) 5,73 5,03 15,89 Média: 16,68 6,77 16,10 Analisando a tabela 2 observa-se que a resistência média encontrada em 28 dias de cura foi aproximadamente de 16,10 MPa, valor este abaixo do estabelecido 10343
de 25 MPa. Portanto, o 1 traço analisado não foi adotado no prosseguimento da pesquisa. Para o traço 1 : 1,72 : 2,7 : 0,57 o concreto obteve as resistências á compressão, que estão dispostas na tabela 3. Tabela 3 Resistência á compressão axial do 2 traço adotado Fonte: A autora, 2015 Resistência á compressão axial simples Idade 03 dias 07 dias 28 dias CP1 (MPa) 9,84 20,50 31,93 CP2 (MPa) 8,82 17,41 31,98 CP3 (MPa) 15,16 17,37 26,85 Média: 11,27 18,43 30,25 Na tabela 3 pode-se observar que o fck (resistência característica do concreto á compressão) do 2 traço adotado atingiu os resultados esperados, sendo o valor médio de 30,25 MPa aos 28 dias. Ensaio de resistência a tração na flexão No ensaio de resistência á tração na flexão das vigas de concreto estrutural simples foram obtidas as seguintes resistências, demonstradas na tabela 4. Tabela 4 Resistência á tração na flexão das vigas de concreto estrutural simples aos 28 dias. Fonte: A autora, 2015. Resistência á tração na flexão CP1 (MPa) CP2 (MPa) CP3(MPa) 3,40 4,30 3,06 Média: 3,69 MPa Observa-se na tabela 4 que a resistência média encontrada nas vigas de concreto estrutural simples foi aproximadamente de 3,69 MPa. 10344
Nos ensaios de tração na flexão com vigas de concreto Murfor foram obtidas as seguintes resistências dispostas na tabela 5. Tabela 5 Resistência á tração na flexão das vigas Concreto - Murfor Resistência á tração na flexão CP1 (MPa) CP2 (MPa) CP3(MPa) 4,50 4,12 4,31 Média: 4,31 MPa Nota-se que a resistência média encontrada nas vigas de concreto Murfor foi aproximadamente de 4,31 MPa, demonstrando que este grupo de viga têm mais resistência á flexão, quando comparados aos resultados obtidos pelas vigas sem a adição do Murfor. As tabelas 8 e 9 apresenta os resultados dos cálculos realizados. Tabela 8 Cálculos do ensaio de Flexão na viga de concreto simples. Fonte: A autora, 2015 RESISTENCIA Á FLEXÃO CPI CPII CPIII Tabela 9 Cálculos do ensaio de Flexão na viga de Concreto- Murfor Fonte: a Autora, 2015 RESISTENCIA A FLEXÃO CPI CPII CPIII Os cálculos realizados mostram que a tensão de flexão foi maior nas vigas de concreto Murfor com média de 6,47 MPa, enquanto as vigas de concreto simples tiveram uma média de 5,56 MPa. CONCLUSÃO 10345
A junção do aço com o concreto na construção de vigas, e outros elementos (lajes, pontes) permite valorizar as características de cada material, por isso o estudo sobre vigas mistas é um importante passo para conhecer o funcionamento estrutural desse sistema e aprimorar sua aplicação na construção civil. A incorporação da armadura Murfor apresentou importantes acréscimos na resistência das vigas. Os resultados demonstram a viabilidade dessa junção, pois, as vigas com adição da armadura Murfor apresentaram melhor eficiência nos ensaios, com uma resistência média de 4,31 MPa. Os valores da Tensão de flexão nas vigas com Murfor também foram superiores com média de 6,47 MPa, o que significa que as vigas de Concreto- Murfor apresentaram mais resistência na zona de tração. Confirmando o que foi encontrado durante a pesquisa nos estudos acadêmicos e normativos citados nesta pesquisa, sobre o excelente desempenho da viga composta por aço que proporciona uma maior resistência e vida útil para a construção. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMA TÉCNICAS. NBR 8800: Projetos e execução de Estruturas de Aço de edifícios. Rio de janeiro, 2006.. NBR 248: Agregados - Determinação da composição granulométrica. Rio de janeiro, 2003.. NBR 5738: Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos-deprova. Rio de Janeiro, 2008.. NBR 5739: Concreto - Ensaios de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2007.. NBR12142: Concreto Determinação da resistência à tração na flexão de corpos-de-prova prismáticos. Rio de Janeiro, 2010. CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇÃO EM AÇO. Manual de Contrução em Aço Estruturas Mistas. vol.1-2 ª Edição. Rio de janeiro 2012. 10346
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APPLICATION OF STAINLESS STEEL DUPLEX IN CONSTRUCTION : STUDY IN BEAMS CONCRETE MIXED MURFOR ABSTRACT Currently, the composite beams of steel-structure are considered one of the most efficient structural systems, the beams are connected by means of shear connectors that are designed to provide a better workability of materials, noting that the composite beams have a better structural behavior as compared to the behavior of individual material. In this context this research was to study the types of composite beams and their shear connectors and subsequently manufacture beams in the laboratory to analyze their respective mechanical characteristics and compare the resistance of the beams with steel and no steel armor. In this study we used the Murfor armor, steel this applied to the horizontal joints of the masonry, and was used to reinforce the beams as to the tensile strength. They were then manufactured beams with Murfor armor and beams without Murfor armor, all the beams were subjected to mechanical testing and then analyzed their respective mechanical characteristics. The trials had satisfactory results, the beams with the addition of armor Murfor performed better and provided better workability compared with the simple structural concrete beam. It has concluded that the composite beams had a better operation, resistance increase and decrease of cracks, which proves its viability as one of the most efficient structural systems. Keywords: Composite Beams. Concrete. Murfor. 10348