estruturas mistas
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Estruturas Mistas em aço e concreto - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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ESTRUTURAS MISTAS: AÇO - CONCRETO
INTRODUÇÃO
As estruturas mistas podem ser constituídas, de um modo geral, de concreto-madeira, concreto-aço ou aço-madeira. Um sistema de ligação entre os dois materiais deve ser utilizado para assegurar a transferência de esforços, e também evitar o desprendimento vertical dos dois materiais.
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ESTRUTURAS MISTAS - DESENVOLVIMENTO E
PERSPECTIVAS
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Nas três últimas décadas, a associação aço-concreto vem sendo utilizada nos sistemas estruturais de edificações. Essa associação foi denominada - estruturas mistas. Essas se diferenciam das estruturas em concreto armado e de aço. Uma estrutura mista aço-concreto é composta por elementos mistos.Nas estruturas de concreto armado, vigas, pilares e lajes são constituídas por concreto de qualidade estrutural e barras de armadura adequadamente dimensionadas e detalhadas, imersas no concreto simples. DE
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Nas estruturas metálicas, vigas e pilares são perfis laminados, soldados, adequadamente dimensionados e detalhados, cuja junção é feita pelas ligações, que podem ser soldadas ou parafusadas.
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As estruturas mistas são formadas pela associação de perfis de aço e concreto estrutural de forma que os materiais trabalhem conjuntamente para resistir aos esforços solicitantes.Desta forma é possível explorar as melhores características de cada material tanto em vigas e pilares, quanto nas lajes.A utilização de elementos mistos e, por conseqüência, de sistemas mistos, aço-concreto amplia consideravelmente o conjunto de soluções em concreto armado e em aço. D
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De maneira geral, a crescente utilização de estruturas mistas é atribuída a diversos fatores, entre os quais a necessidade cada vez maior de grandes áreas livres por pavimento, que resulta em grandes vãos para as vigas, acréscimo de força vertical nos pilares e um maior espaçamento entre eles.
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Neste tipo de situação, os elementos mistos possibilitam a redução das dimensões da seção, ampliando as áreas livres e reduzindo as forças verticais que chegam nas fundações.
Outro aspecto importante é a necessidade de atender aos prazos de entrega da edificação, fator que requer o emprego de sistemas estruturais para os quais seja possível obter rapidez e facilidade de execução, sem grandes acréscimos no custo final da edificação.
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Também é importante a localização da edificação que, por vezes, resulta em espaço reduzido para montagem de canteiro de obras e limitações impostas pela vizinhança.
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Os avanços tecnológicos das últimas décadas colaboraram para a crescente utilização de estruturas mistas. Tais avanços possibilitaram também o surgimento de equipamentos que facilitam o transporte e posicionamento dos elementos mistos.
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Além da variedade de opções e combinações possíveis para as estruturas mistas, especificamente em relação às estruturas em concreto armado verifica-se a possibilidade de dispensar fôrmas e escoramentos, reduzindo custos com materiais e mão-de-obra, a redução do peso próprio da estrutura devido à utilização de elementos mistos estruturalmente mais eficientes e o aumento da precisão dimensional dos elementos.
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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.
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O conjunto de todos estes fatores é o grande responsável pelos avanços tecnológicos verificados nos processos construtivos. É importante frisar que o emprego de elementos mistos constitui não só uma opção de sistema estrutural, mas também de processo construtivo.O surgimento dos elementos mistos e sua associação com elementos em concreto armado e de aço, impulsionaram o surgimento das estruturas híbridas.
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É cada vez mais comum compor o sistema estrutural de uma edificação com pilares de aço, vigas mistas, núcleos ou paredes de concreto armado que garantem a estabilidade horizontal.Os primeiros elementos mistos utilizados foram as vigas, os perfis eram envolvidos com concreto, não estrutural, a fim de aumentar a resistência ao fogo..
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Vigas Metálicas
Pilares em concreto
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O dimensionamento de elementos mistos foi inserido inicialmente nas normas técnicas já existentes para elementos de aço. A norma americana para estruturas de concreto armado também incluiu o dimensionamento de pilares mistos em seu texto.A primeira "norma" criada com o objetivo de abordar exclusivamente o dimensionamento e verificação de elementos mistos foi o código europeu, que serviu de diretriz para a elaboração do texto para revisão da NBR 8800 (Projeto e execução de estruturas de aço).
NORMAS TÉCNICASD
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No Brasil, a NBR 8800/86 aborda somente o dimensionamento de vigas mistas. O dimensionamento de pilares mistos e lajes mistas, que não eram abordados pela NBR 8800, foram incluídos num dos anexos da NBR 14323/99 (dimensionamento de estruturas de aço em situação de incêndio) que aborda o dimensionamento de estruturas de aço em situação de incêndio. Atualmente após a revisão de texto, a NBR 8800 já contempla o dimensionamento de lajes mistas, vigas mistas, pilares mistos e ligações mistas.
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ELEMENTOS MISTOS
Os elementos mistos surgiram da necessidade de proteção dos perfis de aço contra a ação do fogo e da busca por maior rigidez destes elementos. Sua utilização, quer seja na forma de vigas mistas, lajes mistas ou pilares mistos, tem apresentado um grande crescimento nas últimas décadas.
Devido à crescente utilização, critérios para dimensionamento e verificação de elementos mistos foram incorporados a diversas normas técnicas, sobretudo naquelas que abordam estruturas de aço. D
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Os elementos são compostos por:
- Vigas Mistas;
- Pilares Mistos;
- Lajes Mistas;
- Pavimentos ou pisos mistos;
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VIGAS MISTAS
A viga mista é composta por um perfil I, conectado à laje de concreto por conectores. Pela figura é possível ver a forma de uma viga mista em que a laje de concreto é composta por blocos de concreto pré-moldado que recebem uma capa de concreto moldada in loco, a qual faz a junção laje-viga.
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Vigas Mistas
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Vigas Mistas
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Em construções escoradas, o elemento estrutural entra em serviço somente após a cura do concreto ou seja, após a retirada do escoramento e o desenvolvimento da ação mista, quando todas as cargas são suportadas pela seção mista. Em construções não escoradas, a viga de aço deve ser dimensionada para as cargas de construção (peso do concreto e sobrecarga construtiva). Admite-se que a viga de aço seja travada lateralmente para efeito de flambagem lateral desde que a forma tenha rigidez suficiente para tal...
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Exemplos de flambagem em vigas
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Em relação aos demais tipos de vigas mistas as revestidas total ou parcialmente por concreto e apresentam maior resistência ao fogo e maior rigidez à flexão.
Vigas mistas – totalmente revestidas em concreto
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Uma alternativa para grandes vãos são as vigas mistas treliçadas (treliças mistas aço-concreto), cujo dimensionamento também é previsto pelo texto da NBR 8800/03. As vigas mistas treliçadas são treliças metálicas com o banzo superior conectado a laje de concreto ou laje mista gerando um comportamento misto para resistir a esforços de flexão.
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A treliça metálica tem se mostrado uma solução particularmente atrativa para vãos superiores a 10m e apresenta algumas vantagens em relação às vigas mistas como, por exemplo:
• são mais leves que as vigas de alma cheia e possibilitam uma solução fácil para acomodação das instalações em geral. A forma da treliça, é variada e depende do tipo de projeto.
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PILARES MISTOS
O concreto associado ao aço compondo elementos mistos surgiu como uma alternativa simples e pouco onerosa de proteção contra o fogo e a corrosão e, portanto, sem função estrutural.
A idéia de proteção dos pilares metálicos impulsionou o surgimento dos primeiros pilares mistos aço-concreto que, desde então, evoluíram e hoje apresentam variações no arranjo e composição destes materiais.
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Existem diversos tipos de pilares mistos, que diferem entre si pela posição que o concreto ocupa na seção. Em função desta posição, os pilares mistos podem ser classificados em: parcialmente revestidos, revestidos e preenchidos. Nos pilares revestidos, o concreto envolve o perfil de aço. O pilar misto é denominado parcialmente revestidoquando o concreto é utilizado somente no preenchimento do espaço entre as mesas do perfil I. Um pilar preenchido é formado por um perfil tubular (retangular ou circular) de aço preenchido com concreto.
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Pilares revestidos
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Profª. Angela A. de Souza Pilares parcialmente revestidos
Pilares preenchidos
A crescente utilização dos pilares mistos preenchidos em países europeus, asiáticos e americanos deve-se ao grande número de qualidades resultantes deste tipo de associação de materiais.
Tais qualidades abrangem aspectos construtivos, econômicos e de comportamento estrutural tais como: alta resistência, rigidez e capacidade de absorver energia, dispensa uso de formas e possibilidade de dispensa de armaduras, economia de materiais e mão-de-obra.
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Quanto aos pilares revestidos e parcialmente revestidos, são necessárias fôrmas e barras de armadura para evitar a flexão do concreto.
Os pilares parcialmente revestidos podem dispensar as fôrmas se a concretagem for executada na horizontal, executando o preenchimento de um dos lados e, em seguida, o preenchimento do outro lado.
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LAJE MISTA
A utilização de lajes com fôrma de aço incorporada teve início no final da década de 30 nos Estados Unidos, no entanto a ação conjunta aço-concreto só passou a ser considerada em meados da década de 50, a partir de estudos desenvolvidos.
Estudos recentes tem mostrados que é viável a utilização de lajes com fôrma de aço incorporada também em estruturas de concreto armado.
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Atualmente a utilização das lajes com fôrma de aço incorporada é uma alternativa atraente porque permite a racionalização do processo construtivo e, por isso, são empregadas com sucesso em edifícios de aço, de concreto armado e em pontes,apresentando vantagens construtivas, estruturais e econômicas. Dentre as vantagens advindas do uso de lajes com fôrma de aço incorporada estão:
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♦ A fôrma de aço substitui as armaduras de tração da laje, gerando economia de tempo, material e mão-de- obra, pois os serviços de corte, dobramento e montagem das armaduras são eliminados ou reduzidos;♦ Elimina a utilização de fôrmas de madeira, que constituem uma parcela significativa do custo total de uma estrutura de concreto;
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Lajes de aço incorporada
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♦ Reduz a necessidade de escoramentos tornando o canteiro de obras mais organizado, reduzindo o tempo gasto com montagem e desmontagem dosescoramentos e retirada da fôrma;
♦ A fôrma de aço pode servir de plataforma de trabalho nos andares superiores e proteção aos operários em serviço nos andares inferiores;
♦ 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.D
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O somatório das características citadas resulta em uma notável economia na construção, reduzindo prazos, desperdício de materiais e mão de obra e Incrementando a qualidade do produto final.
Nas lajes mistas ou laje composta ou, ainda, laje com forma de aço incorporada, a fôrma de aço suporta as ações permanentes e sobrecargas construtivas antes da cura do concreto e, após a cura, o concreto passa a trabalhar estruturalmente em conjunto com a fôrma deaço que substitui, total ou parcialmente, a armadura da laje.D
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PAVIMENTO MISTO
A nomenclatura “pisos mistos” é utilizada para descrever um tipo de sistema estrutural e construtivo no qual as vigas são embutidas na altura da laje de concreto. Estes pisos mistos são formados por vigas e lajes, embutidas uma na outra. A aparência compacta, fruto do embutimento da parte da viga de aço no concreto da laje, é a principal característica deste tipo de piso.
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Com o objetivo de reduzir a altura dos pisos ou pavimentos, a comunidade técnica começou a estudar e caracterizar, na década de 1970, os pisos de pequena altura. Dentro desse contexto, pesquisadores desenvolveram um perfil de aço de seção I com dimensões menores. Sistemas construtivos formados por pórticos de aço e pisos de pequena altura foram o sistema mais utilizado para edifícios nos países nórdicos, na década de 1980. O sucesso desse tipo de pisos impulsionou o surgimento de outros tipos de seções para as vigas.D
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No piso misto de pequena altura pode ser utilizada uma laje mista ou alveolar, ambas apoiadas na viga. No caso da laje alveolar em concreto armado, 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.
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Com o desenvolvimento das tecnologias de laminação de perfis, foi lançado 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 concreto.
Perfil usada nos pisos mistos
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Pisos Mistos
Existe ainda a possibilidade da utilização de treliças espaciais suportando lajes de cobertura ou de piso. Uma solução eficiente, neste caso, é conectar a laje de concreto a parte superior da treliça desenvolvendo um sistema de piso misto aço-concreto. O edifício que emprega treliça espacial mista para compor os pavimentos, substitui as lajes nervuradas. Nesse caso, o sistema misto apresenta 20% de aumento na capacidade de carga com acréscimo de 3% no custo.
Edifício empregando Sistema de piso com treliça espacial mista para compor os pavimentos
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OBRAS COM ESTRUTURA MISTA AÇO-CONCRETO
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