1_-_Introducao-Estruturas_mistas

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IntroduoIntroduo

Mdulo: Projeto e dimensionamento de estruturas mistas ao-concreto

Prof. Luciana Maria Bonvino Figueiredo Pizzo

Ps graduao em Engenharia de Estruturas

Critrio de Avaliao

Sero realizadas 2 atividades, uma referente a cada aula. Elas iro compor a nota da disciplina da seguinte maneira:

NF = (N1 + N2)/2

N1 nota do exerccio 1

N2 nota do exerccio 2

As atividades sero realizadas em sala de aula

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Contatos

E-mail: [email protected]

Ao enviar um e-mail, coloque no item Assunto:

Turma - Cidade - Disciplina Nome e sobrenome do aluno

Exemplo:

Turma 15 Tatu Metodologia Maria da F

Turma 23 Unilins Estruturas Mistas Joo Coragem

Skype: lmpizzo

Tel: (16) 9766 5543 (Vivo)

(14) 9133 0939 (Claro)

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 adotada pela norma brasileira;

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Elementos mistos

6 Prof. Luciana Pizzo

Introduo Elementos mistos: dois materiais trabalhando

solidariamente em um mesmo elemento estrutural.

Vigas

Trelias

Lajes

Pilares

Elementos mistos ao-concreto: o ao utilizado na forma de perfis laminados, dobrados ou soldados, que trabalham em conjunto com o concreto simples ou armado

Estruturas mistas de ao e concreto

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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

8Prof. Luciana Pizzo

Introduo Vigas mistas


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Vigas mistas: exemplos de utilizao

IntroduoExemplos de elementos mistos




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Trelias mistas Alternativa s lajes nervuradas para grandes vos


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Introduo Lajes mistas

Concreto moldado in loco sobre forma de ao


Forma trapezoidal Forma reentrante





Forma trapezoidal Forma reentrante

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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


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tubo deao

concreto

tubo de ao 1) Preenchido2) Revestido3) Parcialmente revestido

(1)

(1)

(2)


Pilares mistos


(1)

(1)

(2)


Pilares mistos

Parcialmente revestido

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Estruturas mistas


Introduo

Aspectos para o uso de estruturas mistas

Arquitetnico

Econmico

Funcionalidade

Flexibilidade

Montagem

Diretrizes para a escolha

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Introduo Aspectos arquitetnicos:

Grandes vos;

Lajes de pequena espessura;

Pilares mais esbeltos;

Maior flexibilidade no projeto.

Econmicos:

Perfis mais leves mantendo-se o vo ou maiores vos mantendo o perfil;

Reduo da altura total dos edifcios;

Velocidade de execuo: Menos custos diretos e com impostos

Menor custo de financiamento

Antecipao do retorno de capital



Introduo Funcionalidade:

Proteo ao fogo: mesmo princpio das estruturas em Concreto Armado 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

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


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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 aoNcleo e lajes em concreto armado

Fotos: Arq. Joo Diniz

Ligaes mistas

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Introduo Ligaes em estruturas de ao

Introduo

i K

R

ult

Comportamento M x das ligaes M

R- Momento resistente

Ki- Rigidez rotacional na fase

inicial do carregamento

ult

- Capacidade rotacional

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Introduo

flexvel

semi-rgida

rgida

Comportamento M x das ligaes

Lig.1

viga

Lig.2

Ligao 1 - Resitncia total

Ligao 2 - Resistncia parcial

Introduo

Ligaes mistas

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Introduo Ligaes mistas


Comparao do comportamento M- de ligao com chapa de topo com e sem a laje de concreto armado

10 20 30 (mrad)40

Ligao mista

(kN.m)

100

200

300

Ligao em ao

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Normas

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Normas:

NBR 8800:1986 apenas vigas mistas biapoiadas

Reviso da NBR 8800:2008

Vigas mistas biapoiadas, contnuas e semicontnuas

Pilares mistos

Lajes mistas

Ligaes mistas

Brasi

l

IntroduoElementos mistos: normas


Norma NBR 8800:2008

Vigas mistas - Anexo O

Pilares mistos - AnexoP

Lajes mistas - Anexo Q

Ligaes mistas - Anexo R

IntroduoElementos mistos: normas

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Materiais

Aos com qualificao estrutural:

Resistncia ao escoamento: fy 450 MPa Relao entre resistncia ruptura e ao escoamento: fu/fy 1,18 Mdulo de elasticidade: Ea=200.000 MPa Coeficiente de Poisson: a=0,3 Coeficiente de dilatao trmica: a=1,2 x 10-5 oC-1 Massa especfica: a=7.850 kg/m3

Aos sem qualificao estrutural

Peas e detalhes de menor importncia

Devem ser adotados os seguintes valores:

fy= 180 MPa fu= 300 MPa

NBR 8800:2008Elementos mistos: normas


Conectores de cisalhamento

Pino com cabea: Norma AWS D1.1:2002

Normalmente: 22,2 mm Ao ASTM A 108: fy=345 MPa e fu=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 14762

Galvanizao com zinco em ambas as faces para proteo


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Concreto

Densidade normal: Mdulo de elasticidade tangente: (fck MPa) Mdulo de elasticidade secante:

Coeficiente de Poisson: c=0,2 Coeficiente de dilatao trmica: c= 10-5 oC-1 Peso especfico:

c=24 kN/m3 sem armadura e c=25 kN/m3 com armadura

Baixa densidade: Mdulo de elasticidade secante: (fck MPa) Coeficiente de Poisson: c=0,2 Peso especfico:

c 15 kN/m3 sem armadura


ckci f600.5E =cics E85,0E =

ck

5,1c

ccs f1005,40EE

==

Comportamento conjunto

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Para que um elemento estrutural ao-concreto seja considerado MISTO necessrio que haja o comportamento conjunto entre os componentes da seo transversal.

Como garantir isso???? necessrio que haja compatibilidade de

deformaes entre ao e concreto

Deformaes no concreto = deformaes no ao

Comportamento conjunto Introduo

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Comportamento conjuntoIntroduo

Parcelas de aderncia:

Adeso ou aderncia qumica

muito pequena e atua somente nos primeiros estgios de carregamento. No possvel aumentar esta parcela.

Aderncia por atrito

se manifesta quando h tendncia de deslocamento relativo ao-concreto e depende do coeficiente de atrito entre estes materiais.

Aderncia mecnica

irregularidades superficiais inerentes ao processo de laminao dos perfis, nervuras...

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E quando a aderncia no suficiente?

Elementos mistos

Deve-se prever meios de promover o comportamento conjunto nos

elementos mistos de ao e concreto


Meios de promover o comportamento conjunto

No h como aumentar a parcela relativa adeso;

possvel aumentar as parcelas de aderncia:

Mecnica: conectores de cisalhamento, mossas, salincias, etc

Por atrito


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VIGAS MISTAS

Via interao mecnica

Utilizao de conectores de cisalhamento

Comportamento conjunto Vigas mistas


Conectores de cisalhamento

Funo nas vigas


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Conectores de cisalhamento Conectores

Mossas

Ressaltos, reentrncias, salincias, ranhuras,...

Conectores normalizados

Pino com cabea Conector tipo U



Comportamento conjunto Outros tipos de conectores de cisalhamento

Vigas mistas

Barra ou arco HiltiX-HVB

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Conector tipo pino com cabea

Instalao

Comportamento conjuntoVigas mistas

(Rankovi & Dreni, 2002)Sltud bolt



Instalao


(Rankovi & Dreni, 2002)

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Comportamento

Formas de ruptura

Esmagamento do concreto

Ruptura do conector


(Rankovi & Dreni, 2002)



Fatores importantes para a resistncia do conector:

Geometria e dimenses do conector;

Resistncia dos materiais ao e concreto;

Atuao de grupos de conectores

Posio do conector dentro da laje

Metodologia mais eficiente para conhecer o

comportamento de um conector: ENSAIOS


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Fatores importantes para a resistncia do conector

Influncia do tipo de laje


Reduo da rea de concreto

Coeficiente de reduo que diminui a capacidade resistente de um conector.

Influncia da forma de ao


Conector tipo pino com cabea (ELU)


Ruptura do conector

Fora resistente de clculo por conector o menor dos valores

Rg: efeito da atuao de grupos de conectores Rp: efeito da posio do conector


cs

cckcsRd

EfA5,0Q

=

cs

ucscspgRd

fARRQ

=

fck: resistncia do concreto (kN/ cm2)Ec : mdulo de elasticidade do concreto (kN/ cm2)Acs: rea da seo transversal do conector (cm2)fucs : resistncia ltima do ao (kN/ cm2)QRd: resistncia em kNcs : coeficiente de segurana, igual 1,25

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Conector tipo pino com cabea (ELU)Rg: efeito da atuao de grupos de conectores

1,0 1 conector soldado em uma nervura de frma PERPENDICULAR ao

perfil de ao;

para qualquer nmero de conectores em uma linha soldadosDIRETAMENTE no perfil;

qualquer nmero de conectores em uma linha, soldados atravs deuma frma em uma nervura PARALELA ao perfil e com bF/hF 1,5.

0,85 2 conectores soldados em uma nervura PERPENDICULAR ao perfil;

1 conector soldado atravs de uma frma em uma nervura PARALELAao perfil e com bF/hF < 1,5.

0,70 3 ou mais conectores soldados em uma nervura PERPENDICULAR ao

perfil.


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Conector tipo pino com cabea (ELU)Rp: efeito da posio do conector

1,00 conectores soldados diretamente no perfil e, no caso de haver

nervuras PARALELAS a esse perfil, pelo menos 50% da largura da mesa em contato direto com o concreto.

0,75 conectores soldados em uma laje mista com nervuras

PERPENDICULARES ao perfil e emh 50 mm; conectores soldados atravs de uma frma de ao e embutidos em

uma laje mista com nervuras PARALELAS ao perfil.

0,60 conectores soldados em uma laje mista com nervuras

PERPENDICULARES ao perfil e emh < 50 mm.


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Perfil U laminado ou dobrado (ELU)



fck: resistncia do concreto (kN/ cm2)Ec : mdulo de elasticidade do concreto (kN/ cm2)tf: espessura da mesa (cm)tf: espessura da mesa (cm)tw: espessura da alma (cm)Lcs: comprimento do perfil QRd: resistncia em kN

( )cs

cckcswfRd

EfLt5,0t3,0Q

+

=

Lcs

tw

tf

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