Manual de Estruturas Mistas Conceitos bsicos para utilizao no CYPECAD

ndice

1. Pilares 3 2. Vigas metlicas e mistas 5

Dimensionamento de vigas mistas 7 3. Lajes Mistas 8

Dimensionamento de Lajes Mistas 10 4. Clculo da estrutura: 13

Estruturas mistas Com o CYPECAD possvel calcular estruturas mistas ao/concreto, utilizando pilares metlicos, vigas metlicas, vigas mistas e lajes mistas. Os pilares e as vigas sero calculados e verificados pela norma selecionada (em nosso caso a NBR8800 ou a NBR 14762) enquanto as lajes mistas e vigas mistas sero sempre calculadas com o Eurocode 4. 1. Pilares Para lanar pilares metlicos no CYPECAD primeiramente devemos estar na guia inferior entrada de pilares, em seguida acessar o menu superior Introduo > Pilares, pilares-paredes e elementos de fundao > Novo pilar. Nesta etapa estaremos visualizando a seguinte janela:

Agora vamos clicar sobre o cone que representa o pilar ao lado do nmero 1 ao clicar temos 4 opes: a primeira representando pilares circulares, retangulares e por ltimo colunas metlicas.

Ao clicar em uma das duas disposies veremos que a sesso do pilar desapareceu dando lugar ao nome do perfil metlico que est sendo utilizado, para selecionar o perfil clique sobre o nome do perfil. Ser exibida a seguinte janela para seleo do perfil:

Para trocar o perfil clique sobre o boto na rea Perfil. Na rea Disposio podemos definir como ser introduzida esta coluna,

ex: caixa dupla soldada, meio perfil etc. Na rea Atributos podemos definir presilhas, cordes de solda,

espaamentos etc, lembrando que os atributos s estaro disponveis quando uma das opes de disposio for habilitada.

Clicando sobre o boto perfil temos a seguinte janela:

Aqui temos uma srie de dados que podem ser selecionados: Material: Permite selecionar o material dos perfis, laminados, soldados ou dobrados Dados do perfil: Existem duas opes:

em srie de obra : Com esta opo selecionada temos uma biblioteca pr-definida onde possvel selecionar perfis j cadastrados. editvel Nesta opo possvel selecionar o tipo de perfil e definir suas dimenses e caractersticas.

Srie de perfis: Aqui podemos definir qual o tipo de perfil, I, W, U etc. Perfil selecionado: Aqui vamos selecionar o perfil da srie que ser utilizado. Os botes Manuteno da Biblioteca e Perfis da obra servem exclusivamente para cadastrar novas bibliotecas e criar novas sries de perfis. Pressione o boto Aceitar e realize o lanamento da coluna em sua obra. 2. Vigas metlicas e mistas Para lanar as vigas v a guia inferior Entrada de pavimento e ao menu superior Vigas/Paredes > Entrar Viga ser exibida a janela de Viga Atual. Selecione a ltima famlia de vigas, esta famlia representa as vigas metlicas. Existem duas opes dentro desta famlia a primeira representando as vigas metlicas e a segunda as vigas mistas.

Clicando na primeira opo temos novamente o boto com o nome do perfil metlico que est sendo utilizado, ao clicar sobre este boto iremos retornar a mesma janela de pilares para seleo do perfil. Esta viga ser calculada de acordo com a norma selecionada e o material utilizado (8800 ou 14762).

Clicando sobre a segunda opo Vigas mistas temos a seguinte janela:

Podemos utilizar perfis de ao (do tipo I) laminados ou soldados sob laje de concreto colaborante atravs da utilizao de conectores. Podemos ver novamente o boto de seleo de perfil mas com uma informao adicional, os conectores. Clicando sobre este boto temos a seguinte janela:

possvel selecionar o tipo de perfil I que ser utilizado e seus conectores

Abaixo temos os conectores que podem ser cadastrados clicando-se no sinal de adio ao lado da bitola do conector. No cadastro teremos a seguinte janela:

Dimensionamento de vigas mistas

O clculo e o dimensionamento das vigas mistas ser realizado pelo Eurocode 4: Projeto para estruturas mistas ao-concreto. Parte 1-1: Regras gerais e regras para edifcios. O dimensionamento das vigas mistas realizado de maneira que na zona de momentos negativos o perfil metlico resista a todos os esforos e na zona positiva resista seo mista. Nos apoios de vigas mistas aplica-se um coeficiente de engastamento de 0.05 com o objetivo de reduzir os momentos negativos nos apoios e aumentar os positivos. Quanto ao clculo de flexo no necessrio indicar a largura do banzo de concreto colaborante tendo em vista que o programa j calcula este parmetro.

Em lajes macias definido como a largura eficaz definida no Eurocode 4 Em lajes macias inclinadas, nervuradas, lajes alveolares e lajes de vigotas

ser considerado como o mnimo entre a largura eficaz e a largura do banzo mais 10cm de cada lado (se no for uma viga de borda caso seja o programa calcula a largura do banzo mais 10 cm)

Para a verificao de sees para momentos positivos a largura eficaz diferente da considerada para o clculo de momentos negativos, por isso no editor de vigas o que aparece a largura eficaz na zona de momentos negativos:

Caso seja necessrio devem-se introduzir manualmente as armaduras nos apoios j que o programa ainda no realiza este dimensionamento. O programa dimensiona tambm os conectores, verificando qual dos conectores cadastrados ser utilizado. 3. Lajes Mistas O CYPECAD trabalha tambm com o clculo de lajes mistas steel deck. Para realizar o lanamento destes elementos deve-se acessar a guia inferior Entrada de pavimentos e acessar o menu superior Lajes > Dados de Lajes > Introduzir Lajes e selecionar a opo Lajes Mistas. Teremos a seguinte janela:

Nesta janela iremos definir todos os dados da chapa que ser utilizada. Antes ser importante entender alguns conceitos, o CYPECAD realiza duas etapas para o clculo de lajes mistas:

Fase de construo: Momento em que a laje est sendo construda. Fase de utilizao: Momento em que a laje j est sendo utilizada.

As lajes mistas so compostas de uma laje e de uma chapa com nervuras que serve de apoio primeira. Pode-se utilizar esta chapa de duas maneiras: Forma perdida: Na fase de construo a chapa resiste ao seu peso prprio, ao peso do concreto fresco e s cargas de construo. Na fase de utilizao unicamente a laje de concreto armado que resiste aos esforos. Chapa colaborante (comportamento misto): Na fase de construo a chapa resiste ao seu peso prprio, ao peso do concreto fresco e s cargas de construo. Na fase de utilizao considera-se que a chapa se combina estruturalmente com o concreto endurecido, atuando como armadura a trao resistindo aos momentos positivos na laje acabada. A chapa capaz de transmitir tenses na sua interface com o concreto sempre e quando houver um sistema mecnico proporcionado por deformaes na chapa (salincias ou reentrncias). A prxima etapa ser a seleo do fabricante (dependendo do tipo de forma) e a espessura da chapa. No final basta definir qual ser a altura total da laje. Clicando-se no sinal de adio possvel cadastrar novas lajes, mas lembre-se que o cadastro para cada tipo de forma diferente. A diferena crucial entre forma perdida e chapa colaborante a presena do coeficiente m-k da chapa colaborante. Abaixo segue uma janela de cadastro de uma chapa colaborante:

Nesta janela devem-se definir os principais dados geomtricos como: altura espessura, entre-eixos etc, o tipo de emenda das chapas e ainda cadastrar os dados estruturais para cada espessura de chapa criada. Os parmetros so:

Peso superficial Seo til Momento de inrcia Mdulo de resistncia Limite elstico m (*) k(*)

(*) Estes valores representam o mtodo m-k para avaliao da fora cortante longitudinal ltima em lajes mistas de ao e concreto e devem ser obtidos com o fabricante do produto.

Dimensionamento de Lajes Mistas O clculo e o dimensionamento sero realizados segundo o Eurocode 4: Projeto para estruturas mistas ao-concreto. Parte 1-1: Regras gerais e regras para edifcios. As lajes mistas so aplicveis a projetos de estruturas nas quais as cargas impostas so predominantemente estticas, incluindo edifcios industriais cujas lajes podem estar submetidas a cargas mveis. Limita-se a altura total da laje mista, a espessura sobre as nervuras das chapas e a altura mnima dos parafusos ou pinos sobre as nervuras (no caso de vigas mistas). A chapa pode apoiar-se sobre vigas metlicas, vigas mistas, vigas de concreto, muros etc. Sendo necessrio um apoio mnimo que o programa atualmente no calcula. O projeto de calculo e dimensionamento realiza-se em duas fases como visto anteriormente:

a) Em fase de construo Para o calculo de resistncia da chapa leva-se em conta o peso

prprio da chapa, do concreto e das cargas de construo. Para o calculo das flechas no se leva em conta s cargas de

construo. Considera-se internamente um coeficiente de engastamento 0 das

lajes com as vigas perimetrais (vigas isostticas). Existe a opo para dimensionar a chapa no caso do no

cumprimento de algum estado limite ou ento calcular a separao entre os escoramentos sem dimensionar a chapa. Se no primeiro caso no for obtido um resultado vlido, calcula-se o espaamento entre as escoras.

b) Em fase de utilizao

Na fase de utilizao parte-se da chapa calculada na fase anterior. Como padro o programa atribui as lajes um coeficiente de

engastamento 0, para que a distribuio de cargas nas vigas onde se apia a laje se realize de acordo com a largura de banda terica e para evitar o aparecimento de momentos positivos em apoios intermedirios. Isto s possvel como j se explicou atribuindo um coeficiente de engastamento de 0, independente da rigidez das vigas, ou pr-dimensionando corretamente as vigas. Realizado um primeiro clculo e dimensionamento das vigas, o utilizador pode substituir o coeficiente de engastamento por outro (entre 0 e 1) e

repetir o clculo. Se o utilizador atribuir um coeficiente de engastamento diferente de 0, podem ocorrer duas coisas:

1. Na fase anterior obteve-se uma laje sem escoramentos (autoportante), uma

vez que se encontrou uma chapa que resiste aos esforos na fase de construo. Neste caso a laje deve ser calculada apenas com a carga adicional posterior execuo da laje, formada pelos revestimentos, paredes e pela sobrecarga uma vez que a chapa se encarrega de suportar a carga permanente da laje. A maneira que o programa leva em conta de forma aproximada somente estas cargas, aplicando coeficientes de engastamento que so calculados e aplicados internamente para lajes com continuidade. De forma orientativa considera-se que o valor do coeficiente de engastamento atribudo s lajes depende da relao entre a carga permanente da laje e a carga total, supondo um estado de cargas uniforme. O valor do coeficiente de engastamento seria: Coef. Engastamento = Coef. Engastamento do utilizador x (1 - (carga permanente laje / carga total)).

2. Na fase anterior obteve-se uma laje com escoramentos. Neste caso o

programa considera na fase de utilizao o total da carga = carga permanente + sobrecarga.

Existe a opo para dimensionar ou no a chapa. possvel optar por dimensionar a armadura positiva, mesmo que tenha selecionado a opo para dimensionar e no tenha se encontrado uma chapa na srie que cumpra os esforos. Em ambos os casos se forem armadas para momentos positivos dispensa-se colaborao da chapa.

Quando for necessrio colocar armadura, ser colocada pelo menos uma barra em cada nervura.

A resistncia de uma laje mista deve ser suficiente para suportar as aes de clculo e para assegurar que nenhum estado limite seja atingido, com base num dos seguintes modos de ruptura:

Seo crtica I. Flexo: resistncia flexo. Esta seo pode ser crtica se houver uma conexo de corte completa na interface entre a chapa e o concreto.

Seo crtica II. Corte longitudinal: resistncia ao corte

longitudinal. A carga mxima na laje determinada pela resistncia da conexo do corte. O momento ltimo de resistncia na Seo I no pode ser atingido. Esta situao definida como conexo de corte parcial.

Seo crtica III. Corte vertical e punionamento: resistncia ao

corte vertical. Esta seo s ser crtica em casos especiais, por

exemplo, em lajes espessas de vo curto com cargas relativamente elevadas.

O valor do momento fletor resistente de qualquer seo determina-se pela teoria do momento resistente plstico de uma seo com conexo completa. No que se refere rea efetiva das chapas de ao, a largura das dobras e das reentrncias das chapas deve ser desprezada, a no ser que se demonstre, por meio de ensaios, que a rea til maior. O programa calcula o valor do momento resistente positivo de uma laje mista em funo da posio da fibra neutra. Podendo estar acima da chapa ou dentro da mesma. Para o clculo do corte longitudinal determina-se o valor de clculo do esforo transverso, que em funo dos coeficientes m-k fornecidos pelo fabricante da chapa. Outros fatores devem ser levados em considerao:

Determina-se o valor de clculo do esforo transverso resistente da laje mista.

No se analisa o puncionamento perante cargas concentradas. No se analisa a fissurao em regies de momento fletor negativo. Para o clculo de flechas aplica-se o mtodo de Branson, dado que

conhecida tanto a armadura superior como a inferior (quer seja chapa, quer seja armadura positiva).

Nas opes de clculo do programa definem-se os coeficientes de flecha para a fase de construo e para a de utilizao.

Com j se disse anteriormente, o programa verifica e dimensiona para que no se superem os limites de flecha definidos para a fase de construo, aumentando a espessura da chapa ou colocando escoramentos; mas na fase de utilizao apenas se verifica a flecha, no se dimensiona a chapa, para que se cumpram os limites de flecha definidos para a fase de utilizao, uma vez que o que pode solucionar este problema um aumento da altura total da laje.

4. Clculo da estrutura: Aps pedir o clculo da estrutura sero exibidas as seguintes mensagens relativas ao clculo:

Pilares metlicos: Existem duas opes para dimensionamento:

Utilizando perfis da srie superiores ao atual: O programa ir dimensionar o perfil a partir do perfil escolhido, sendo este o mnimo ou seja, caso um perfil menor passe o programa ir manter o perfil definido pelo usurio.

Utilizando todos os perfis da srie O programa ir dimensionar os perfis da coluna utilizando todos os perfis da srie independente do perfil selecionado pelo usurio.

Vigas metlicas: Existem duas opes para dimensionamento:

Utilizando perfis da srie superiores ao atual: O programa ir dimensionar o perfil a partir do perfil escolhido, sendo este o mnimo ou seja, caso um perfil menor passe o programa ir manter o perfil definido pelo usurio.

Utilizando todos os perfis da srie O programa ir dimensionar os perfis da coluna utilizando todos os perfis da srie independente do perfil selecionado pelo usurio.

Lajes mistas: (em fase de construo) O importante desta etapa a seleo do perfil, para que sejam utilizadas escoras ou no: Selecionar um perfil que no permita que se utilizem escoras na fase de construo caso no exista nenhum perfil, ser introduzida a chapa lanada pelo usurio. Existem duas opes para dimensionamento:

Utilizando perfis da srie superiores ao atual: O programa ir dimensionar o perfil a partir do perfil escolhido, sendo este o mnimo ou seja, caso um perfil menor passe o programa ir manter o perfil definido pelo usurio.

Utilizando todos os perfis da srie O programa ir dimensionar os perfis da coluna utilizando todos os perfis da srie independente do perfil selecionado pelo usurio.

Lajes mistas com chapa colaborante: Esta opo faz referncia segunda fase, a fase de utilizao. Aqui se pode escolher manter a chapa e introduzir armaduras positivas, ou dimensionar a chapa para evitar as armaduras positivas. Temos nesta opo as mesmas das sries referentes a vigas e pilares.