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Prof. Marcos Alberto Ferreira da Silva ESTRUTURAS MISTAS DE AÇO E CONCRETO PALESTRA TÉCNICA ESTRUTURAS MISTAS DE AÇO E CONCRETO Prof. Marcos Alberto Ferreira da Silva Rio de Janeiro, 2016 Qual o sistema estrutural mais adequado para a minha obra? ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Qual o sistema estrutural mais adequado para a minha obra? Concreto Armado Concreto Protendido Estrutura Metálica Alvenaria Estrutural Estrutura de Madeira ESCOLHA DO SISTEMA CONSTRUTIVO ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Qual o sistema mais adequado? Decisão tomada "com base nas necessidades da obra e nas características de cada sistema". Analisar o maior número possível de aspectos representativos da obra. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Qual o sistema mais adequado? Priorizar as características mais importantes e também as desejáveis. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos JAMAIS COMPARAR O CUSTO DIRETO DOS INSUMOS. SEMPRE COMPARAR A RELAÇÃO CUSTO-BENEFÍCIO. Qual o sistema mais adequado? ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Sistema formado por elementos mistos de aço e concreto Qual o sistema mais adequado? Solução econômica e racional para o sistema estrutural de edifícios de múltiplos pavimentos. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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. Qual o sistema mais adequado? Estruturas Híbridas: elementos estruturais de diferentes materiais compondo a mesma estrutura; trabalham independentes. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Pilares e vigas de aço. Núcleo de C.A. Estrutura de cobertura em aço e pilares de concreto armado. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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. ELEMENTOS MISTOS AÇO-CONCRETO ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Existem diversas maneiras de fazer com que o perfil de aço trabalhe em conjunto com o concreto. COMO GARANTIR O COMPORTAMENTO MISTO? A interação aço-concreto pode ser mecânica, a partir da utilização de conectores de cisalhamento, mossas, saliências, etc, ou por atrito. COMO GARANTIR O COMPORTAMENTO MISTO? ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos “Deve-se garantir que os dois materiais se deformem como um único elemento”. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Os elementos mistos podem ser: Vigas Mistas Lajes Mistas Pilares Mistos Treliças Mistas Pisos Mistos TIPOS DE ELEMENTOS MISTOS 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. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Pino com cabeça (stud bolt) Perfil U Os conectores de cisalhamento são dimensionados para o fluxo de cisalhamento longitudinal entre a seção de momento máximo e momento nulo. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Outros tipos de conectores – não previstos pelas normas brasileiras Referente ao processo construtivo das vigas mistas, pode-se ter: Sistema escorado. Sistema não escorado. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Processos construtivos das vigas mistas 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. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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. Exemplos vigas mistas ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Exemplos vigas mistas ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Vigas mistas: exemplos de utilização ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Vigas mistas: exemplos de utilização 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. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Em fase de pré-dimensionamento..... 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. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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. Exemplos lajes mistas ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Vigas mistas: exemplos de utilização 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; ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Lajes com forma de aço incorporada http://www.colaborante.pt/files/estudos/48dd05e6e4b24.jpg http://www.colaborante.pt/files/estudos/48dd05e6e4b24.jpg 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 umtubo de aço. Revestidos: concreto envolvendo totalmente os perfis de aço. Parcialmente revestidos: concreto envolvendo parcialmente os perfis de aço. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Exemplos pilares mistos 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. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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 ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Exemplos treliça mista Exemplos treliça mista ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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 Exemplos pisos mistos convencionais ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Exemplos pisos mistos de pequena altura Exemplos pisos mistos de pequena altura ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Exemplos pisos mistos de pequena altura ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Exemplos pisos mistos de pequena altura ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos Sistema Estrutural em Elementos Mistos Exemplos de Sistema estrutural de Edifícios com elementos mistos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos E no Brasil, como as “coisas” andam? ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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 aço- concreto, 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. Conclusões/Considerações Finais ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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. Conclusões/Considerações Finais “O emprego de elementos mistos constitui não só uma opção de sistema estrutural, mas também de processo construtivo”. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos - 480h ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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. CONTEÚDO PROGRAMÁTICO ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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 esforçoscombinados. • Elementos submetidos a forças transversais localizadas. • Aberturas em almas de vigas de aço. • Critérios para projeto. • Exemplo de projeto. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 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. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos 10 – METODOLOGIA DA PESQUISA CIENTÍFICA – 20h. Ementa: • Metodologia científica. • Projeto de pesquisa. • Procedimentos metodológicos. • Aspectos normativos. • Pesquisa. • Monografia. ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS METÁLICAS Projeto e Detalhes Construtivos FIM. OBRIGADO PELA ATENÇÃO. “Tríplice e FraTernal abraço”