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  • Projeto e dimensionamento de estruturas mistas de ao e concreto Engenharia de Estruturas Luciana Pizzo
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  • Mini Currculo Engenheira Civil pela Escola de Engenharia de So Carlos USP; Mestre e Doutora em Engenharia de Estruturas EESC- USP; Atuao profissional: desenvolvimento de projetos de estruturas de edifcios em concreto armado, ao e alvenaria estrutural; J foi professora da UFSCar, PUC-Minas e UNICEP
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  • Objetivos Gerais O aluno dever, ao final da disciplina, estar a apto a projetar e propor solues utilizando estruturas mistas Especficos Para que o objetivo geral seja atendido, o aluno dever ter adquirido as seguintes capacidades: Compreender o comportamento conjunto do ao e do concreto nos elementos mistos; Compreender a filosofia de clculo dos elementos mistos adota pela norma brasileira;
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  • 4 Introduo Estruturas mistas: o ao utilizado na forma de perfis laminados, dobrados ou soldados, que trabalham em conjunto com o concreto simples ou armado Reflexes: Qual a diferena entre um elemento misto e um elemento em concreto armado? Como escolher o melhor material estrutural? Conceito de elemento misto
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  • 5Prof. Luciana Pizzo Introduo Qual o melhor material estrutural? Conceito de elemento misto Material estrutural AoMadeiraConcreto Depende do contexto Explorar vantagens e desvantagens Estruturas mistas Estruturas Hbridas
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  • 6Prof. Luciana Pizzo Introduo Ao e concreto so materiais complementares O concreto eficiente na compresso e o ao, na trao. O concreto, como revestimento, restringe a flambagem do perfil de ao. Concreto atua como proteo contra a corroso e o fogo. Ao oferece ductilidade ao concreto. Aspectos para o uso de estruturas mistas Arquitetnico Econmico Funcionalidade Flexibilidade Montagem Diretrizes para a escolha
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  • 7Prof. Luciana Pizzo Introduo Aspectos arquitetnicos: Grandes vos Lajes de pequena espessura Pilares mais esbeltos Maior flexibilidade no projeto Econmicos: Reduo da altura total dos edifcios: ganho de rea livre Maiores vos mantendo a altura das vigas: necessidade de grandes reas livres Pavimentos adicionais com a mesma altura total do edifcio Velocidade de execuo: Menos custos diretos e com impostos Menor custo de financiamento Antecipao do retorno de capital Diretrizes para a escolha
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  • 8Prof. Luciana Pizzo Introduo Funcionalidade: Proteo ao fogo: mesmo princpio das estruturas em C. A. onde o concreto protege o ao Flexibilidade - servios: Estruturas adaptveis Modificaes de utilizao do edifcio Modificaes e manutenes sem violar a privacidade de outros ocupantes Facilidade de execuo das instalaes eltricas, hidrulicas e etc. Montagem: Steel deck serve como plataforma de trabalho Forma permanente Forma metlica contribui para a estabilidade Rapidez e simplicidade na construo Controle de qualidade mais eficaz Diretrizes para a escolha
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  • 9Prof. Luciana Pizzo Introduo Mtodos construtivos Tradicionalmente, utiliza-se dois mtodos construtivos, cada um com aspectos positivos e negativos. Diretrizes para a escolha CONVENCIONAL EM CONCRETO + + Liberdade de forma + Fcil manuseio + Boa resistncia trmica - Tempo com execuo de formas e cimbramentos - Sensvel a foras de trao CONSTRUO METLICA + Elevada relao resistncia-peso + Sistema industrializado + Grande preciso dimensional - Baixa resistncia ao fogo - Requer treinamento de mo de obra CONSTRUO MISTA + eficiente + Grande capacidade resistente + Grande rigidez + Redistribuio plstica
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  • 10Prof. Luciana Pizzo Introduo Em funo do tipo de associao de elementos estruturais e materiais temos: Estruturas em concreto armado Estruturas em ao Estruturas hbridas Estruturas mistas Estruturas em concreto armado e em ao Estruturas hbridas: Composta por elementos em ao, mistos, em concreto armado, madeira, etc... Estruturas mistas: Composta por elementos mistos Classificao das estruturas
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  • 11Prof. Luciana Pizzo Introduo Estruturas hbridas: elementos estruturais de diferentes materiais compondo a mesma estrutura Classificao das estruturas Coberturas de ao e pilares em C. A. Pilares e vigas de ao Ncleo e lajes em concreto armado Fotos: Arq. Joo Diniz
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  • 12Prof. Luciana Pizzo Introduo Estruturas mistas: dois materiais trabalhando solidariamente em um mesmo elemento estrutural para resistir a aes externas com maior eficincia. Tabuleiros mistos de madeira e concreto Pontes de pequenos vos: sem estruturas auxiliares (vigas e transversinas) Classificao das estruturas madeira rolia madeira serrada
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  • 13Prof. Luciana Pizzo Introduo Dois materiais trabalhando solidariamente em um mesmo elemento estrutural. Elementos mistos: Lajes Vigas Trelias Pilares Pisos / pavimentos Estruturas mistas de ao e concreto
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  • 14Prof. Luciana Pizzo Introduo Lajes mistas Concreto moldado in loco sobre forma de ao Exemplos de elementos mistos Forma trapezoidal Forma reentrante
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  • 15Prof. Luciana Pizzo Introduo Lajes mistas Concreto moldado in loco sobre forma de ao Exemplos de elementos mistos
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  • 16Prof. Luciana Pizzo Introduo Vigas mistas as vigas mistas de ao e concreto consistem de um componente de ao simtrico, com uma laje (macia moldada no local, mista ou com pr-laje de concreto pr-moldada), ACIMA DE SUA FACE SUPERIOR, havendo LIGAO MECNICA POR MEIO DE CONECTORES DE CISALHAMENTO entre o componente de ao e a laje de tal forma que ambos funcionem como um conjunto para resistir flexo. Exemplos de elementos mistos
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  • 17 Prof. Luciana Pizzo Introduo Vigas mistas Exemplos de elementos mistos
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  • 18 Prof. Luciana Pizzo Vigas mistas Laje parcialmente pr-fabricada Laje totalmente pr-fabricada Laje pr-moldada protendida Introduo Exemplos de elementos mistos
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  • 19 Prof. Luciana Pizzo Vigas mistas: exemplos de utilizao Introduo Exemplos de elementos mistos
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  • 20 Prof. Luciana Pizzo Vigas mistas: exemplos de utilizao Introduo Exemplos de elementos mistos
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  • 21 Prof. Luciana Pizzo Vigas mistas: exemplos de utilizao Introduo Exemplos de elementos mistos
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  • 22 Prof. Luciana Pizzo Trelias mistas Alternativa s lajes nervuradas para grandes vos Introduo Exemplos de elementos mistos
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  • 23 Prof. Luciana Pizzo Trelias mistas Alternativa s lajes nervuradas para grandes vos Introduo Exemplos de elementos mistos
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  • 24 Prof. Luciana Pizzo Trelias mistas Alternativa s lajes nervuradas para grandes vos Introduo Exemplos de elementos mistos
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  • 25Prof. Luciana Pizzo Introduo Pilares mistos Perfis de ao revestidos ou preenchidos com concreto de qualidade estrutural Tipos: Preenchidos: concreto no interior de um tubo de ao Revestidos: concreto envolvendo totalmente os perfis de ao Parcialmente revestidos: concreto envolvendo parcialmente os perfis de ao Exemplos de elementos mistos
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  • 26 Prof. Luciana Pizzo 1)Preenchido 2)Revestido 3)Parcialmente revestido (1) (1)* (1) (3) (1)* (2) (1)* (2) Introduo Exemplos de elementos mistos Pilares mistos
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  • 27 Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de pisos mistos Pisos mistos convencionais
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  • 28 Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de pisos mistos Pisos mistos de pequena altura
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  • 29 Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de pisos mistos Pisos mistos de pequena altura
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  • 30 Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de pisos mistos Pisos mistos de pequena altura
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  • 31 Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de pisos mistos Pisos mistos de pequena altura
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  • 32 Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de pisos mistos Pisos mistos de pequena altura: De Nardin
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  • 33 Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de pisos mistos Pisos mistos de pequena altura: De Nardin
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  • 34 Prof. Luciana Pizzo Pilar misto piso= viga + laje Viga mista Laje mista Associao de elementos mistos Introduo Sistema estrutural em elementos mistos
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  • 35Prof. Luciana Pizzo Introduo Sistema estrutural de Edifcios com elementos mistos Exemplos de utilizao
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  • 36Prof. Luciana Pizzo Introduo Grosvenor Place (Sidnei Austrlia, 1988) Altura total: 180 m Pavimentos: 45 Pilares mistos revestidos Exemplos de utilizao
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  • 37Prof. Luciana Pizzo Introduo Latitude Building (Sidnei Austrlia, 1990) Altura total: 201 m Pavimentos: 55 Pilares mistos preenchidos de seo circular Exemplos de utilizao http://jimmyhaedir.blogspot.com/2007/03/development-of-composite-columns.html
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  • 38Prof. Luciana Pizzo Introduo Forrest Centre (Perth Austrlia, 1990) Altura total: 110 m Pavimentos: 30 Pilares mistos preenchidos de seo retangular Exemplos de utilizao
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  • 39Prof. Luciana Pizzo Introduo Westralia Square (Perth Austrlia, 1990) Altura total: 87 m Pavimentos: 19 Pilares mistos preenchidos de seo retangular Exemplos de utilizao
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  • 40Prof. Luciana Pizzo Introduo Casselden Place (Melbourne Austrlia, 1992) Altura total: 166 m Pavimentos: 43 Pilares mistos preenchidos de seo circular 95 cm concreto C70 Lajes mistas com steel deck Processo construtivo: perfis tubulares posicionados e fixados para 6 pavimentos, concreto bombeado para o interior do perfil, por aberturas na base do pilar Exemplos de utilizao
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  • 41Prof. Luciana Pizzo Introduo Republic Plaza (Singapura Singapura, 1996) Altura total: 280 m Pavimentos: 66 Pilares mistos preenchidos Exemplos de utilizao
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  • 42Prof. Luciana Pizzo Introduo Ed. Commerzbank (Frankfurt Alemanha, 1997) Altura total: 259 m 56 pavimentos Trs grandes pilares preenchidos de seo triangular formam um triangulo eqiltero de 60m de lado Trelias ligadas a cada um dos pilares sustentam cada pavimento Vigas mistas e lajes mistas Exemplos de utilizao
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  • 43Prof. Luciana Pizzo Millennium Tower (Viena ustria, 1999) Altura total: 202 m Pavimentos: 51 rea de piso: 38000 m 2 Custo: 145 milhes de euros Tempo de execuo: 8 meses 2 a 2,5 pavimentos por semana Utilizao: comercial e residencial Introduo Exemplos de utilizao
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  • 44Prof. Luciana Pizzo Pilares mistos Ncleo de concreto Slim floor piso misto Laje de concreto 42,3 m Prtico misto 42,3 m 33,05 m Introduo Exemplos de utilizao Millennium Tower (Viena ustria, 1999)
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  • 45Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de utilizao Millennium Tower (Viena ustria, 1999)
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  • 46Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de utilizao Cheung Kong Center (Hong Kong, 1999) Altura total: 289 m 63 pavimentos Pilares mistos preenchidos
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  • 47Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de utilizao ARES Tower (Viena ustria, 2001) Altura total: 92 m Pavimentos: 30 Tempo de execuo: Pilares e trelias mistas Tempo de execuo: 9 meses
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  • 48Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de utilizao Shopping Center Iso Omena (Helsinki Finlndia, 2001) Lajes alveolares pr-moldadas com 50 cm de espessura Vigas metlicas Pilares preenchidos Fechamento: painis pr-fabricados tipo sanduche
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  • 49Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de utilizao International Finance Center I e II (Hong Kong, 2003) Altura total: 420 m 88 pavimentos Ncleo em C.A., pilares perimetrais mistos Trelias entre 6 e 8 pav.
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  • 50Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de utilizao International Finance Center I e II (Hong Kong, 2003) 11/2001 Ncleo de concreto no 45 pav. 06/2002 02/2002
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  • 51Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de utilizao International Finance Center I e II (Hong Kong, 2003) 11/2002 12/2002
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  • 52Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de utilizao Taipei Financial Center (Taipei Taiwan, 2004) Altura total: 508 m Pavimentos: 101 Vigas e lajes mistas Pilares mistos preenchidos at o 62 pav. Depois pilares de ao Sistema estrutural: Ncleo com 6 pilares e cada face com dois super-pilares at o 26 pav. viga pilar
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  • 53Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de utilizao Taipei Financial Center (Taipei Taiwan, 2004)
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  • 54Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de utilizao WaMu Center (Seatle USA, 2006) Altura total: 182 m Pavimentos: 42 Ncleo em C.A., pilares perimetrais mistos preenchidos Detalhes do ncleo de concreto
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  • 55Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de utilizao WaMu Center (Seatle USA, 2006) Altura total: 182 m Pavimentos: 42 Ncleo em C.A., pilares perimetrais mistos preenchidos Lajes mistas
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  • 56Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de utilizao Estacionamento DEZ (Innsbruck ustria) Detalhes da laje slim floor 200 mm laje de concreto moldado in loco e 60 mm pr-laje Viga de ao: alma 165/20 mm, mesa 245/40 mm, Conector: 22 mm Montagem dos pilares a cada dois pavimentos
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  • 57Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de utilizao Estacionamento DEZ (Innsbruck ustria) 04 pavimentos Dimenses: 60 x 30 m Max. vo 10,58 m com laje slim floor de 26cm (= /40)
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  • 58Prof. Luciana Pizzo Introduo Sistema estrutural de Pontes com elementos mistos Exemplos de utilizao
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  • 59Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de utilizao Ponte "Wushan Yangtze River (Chongqing China) Vo: 460 m Largura: 19 m Sistema estrutural: arcos compostos por dois tubos na parte superior e dois na parte inferior, preenchidos com concreto C60 Dimetro dos tubos: 1220 mm e espessura de 22 mm
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  • 60Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de utilizao Ponte "Wanzhou Yangtze Railway (Chongqing China) Vo principal: 420 m Comprimento total: 1106 m Sistema estrutural: trelia em arcos rgidos e vigas flexveis composta por dois tubos na parte superior e dois na parte inferior, preenchidos com concreto C60 Dimetro dos tubos: 420 mm e espessura de 16 mm
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  • 61Prof. Luciana Pizzo Introduo No Brasil...
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  • 62Prof. Luciana Pizzo Laje nervurada plana e pilar misto preenchido Shopping Frei Caneca (So Paulo) Alcindo DellAgnese Vigas e lajes mistas Ao estrutural: 4000 t Steel deck: 800 t rea construda: 73.260 m 2 Foto: Eng. M.Sc. Raul Neuenschwande Introduo Exemplos de utilizao no Brasil
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  • 63Prof. Luciana Pizzo Taguatinga Shopping (Braslia) Vigas e lajes mistas Ao estrutural: 2343 t rea construda: 63500 m 2 Ibis Hotel Paulista (So Paulo) Vigas e lajes mistas Ao estrutural: 440 t Steel deck: 90 t rea construda: 8500 m 2 Introduo Exemplos de utilizao no Brasil
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  • 64Prof. Luciana Pizzo Edifcio New Century (SP) 18 pavimentos Vigas e lajes mistas Pilar misto revestido Ao estrutural: 2000 t Steel deck: 400 t rea construda: 34300 m 2 Hotel de Palmas - NOVOTEL (Palmas TO) Vigas e lajes mistas Ao estrutural: 532 t rea construda: 15.645 m 2 Introduo Exemplos de utilizao no Brasil
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  • 65Prof. Luciana Pizzo Introduo Exemplos de utilizao no Brasil Hotel Caesar Park Guarulhos (So Paulo SP) Vigas mistas e lajes mistas com forma de ao incorporada Ao estrutural: 1.080 t rea construda: 25.421 m 2
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  • 66Prof. Luciana Pizzo Introduo Elementos mistos: origem
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  • 67Prof. Luciana Pizzo Revestimento de vigas e pilares com concreto no estrutural para fins de proteo trmica (incndios). Primeira dcada do sculo XX - incio dos estudos 1930: surge a primeira normalizao para vigas mistas MUITO UTILIZADA NO EXTERIOR MUITO UTILIZADA NO EXTERIOR No Brasil No Brasil Utilizao modesta mas em crescimento (exceto vigas) Muitos estudos: USP, Unicamp, Ouro Preto,... Normalizaes em fase de desenvolvimento (NBR 8800:2006 texto base para reviso) Vigas mistas j constavam na verso de 1986 Introduo Elementos mistos: origem
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  • 68Prof. Luciana Pizzo Revestimento de vigas e pilares com concreto no estrutural para fins de proteo trmica (incndios). Primeira dcada do sculo XX - incio dos estudos 1930: surge a primeira normalizao para vigas mistas MUITO UTILIZADA NO EXTERIOR No Brasil Utilizao modesta mas em crescimento (exceto vigas) Muitos estudos: USP, Unicamp, Ouro Preto,... Normalizaes em fase de desenvolvimento (NBR 8800:2006 texto base para reviso) Vigas mistas j constavam na verso de 1986 Introduo Elementos mistos: origem
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  • 69Prof. Luciana Pizzo Vantagens Reduo de material e cargas nas fundaes Maiores vos Reduo: da altura das vigas de ao do tempo de execuo ou eliminao de escoramentos de formas e armaduras das protees contra incndio e corroso Introduo Elementos mistos: origem
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  • 70Prof. Luciana Pizzo NBR 8800:1986 apenas vigas mistas biapoiadas NBR 14323:1999 Norma de incndio aborda o clculo de lajes e pilares mistos em temperatura ambiente Reviso da NBR 8800:2008 Vigas mistas biapoiadas, contnuas e semicontnuas Pilares mistos Lajes mistas Ligaes mistas Eurocode 4 AISC-LRFD BS 5400: parte 5 ACI 318 Brasil Introduo Elementos mistos: normas
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  • 71Prof. Luciana Pizzo Materiais Aos com qualificao estrutural: Resistncia ao escoamento: f y 450 MPa Relao entre resistncia ruptura e ao escoamento: f u /f y 1,18 Mdulo de elasticidade: E a =20500 MPa Coeficiente de Poisson: a =0,3 Coeficiente de dilatao trmica: a =12 x 10 -6 o C -1 Peso especfico: a =77 kN/m 3 Aos sem qualificao estrutural Peas e detalhes de menor importncia Devem ser adotados os seguintes valores: f y = 180 MPa f u = 300 MPa NBR 8800:2008 Elementos mistos: normas
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  • 72Prof. Luciana Pizzo Conectores de cisalhamento Pino com cabea: Norma AWS D1.1:2002 Normalmente: 22,2 mm Ao ASTM A 108: f y =345 MPa e f u =415 MPa Perfil U laminado: especificaes para aos estruturais Perfil U formado a frio: NBR 14762 Chapas com espessura maior que 3 mm Frma de ao para lajes mistas Perfil formado a frio: NBR 14962 Galvanizao com zinco em ambas as faces para proteo NBR 8800:2008 Elementos mistos: normas
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  • 73Prof. Luciana Pizzo Concreto Densidade normal: Mdulo de elasticidade secante: (f ck MPa) Coeficiente de Poisson: c =0,2 Coeficiente de dilatao trmica: c = 10 -5 o C -1 Peso especfico: c =24 kN/m 3 sem armadura e c =25 kN/m 3 com armadura Baixa densidade: Mdulo de elasticidade secante: (f ck MPa) Coeficiente de Poisson: c =0,2 Peso especfico: c 15 kN/m 3 sem armadura NBR 8800:2008 Elementos mistos: normas
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  • 74Prof. Luciana Pizzo Reflexes O uso de elementos misto amplia as possibilidade de sistemas estruturais Pode trazer vantagens estruturais e construtivas No Brasil, as normas ainda esto em fase de desenvolvimento Pesquisas no Brasil e exterior Possibilidade promissora Os materiais devem ser usados de forma a ser explorados suas melhores caractersticas: os elementos mistos so alternativas viveis Concreteiros x metaleiros Estruturas mistas ou hbridas