Profª. Angela A. de Souza ESTRUTURAS MISTAS: AÇO - CONCRETO

Profª. Angela A. de Souza

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.


ESTRUTURAS MISTAS - DESENVOLVIMENTO E

PERSPECTIVAS


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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..


Vigas Metálicas

Pilares em concreto


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 TÉCNICAS


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.


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.


Os elementos são compostos por:

- Vigas Mistas;

- Pilares Mistos;

- Lajes Mistas;

- Pavimentos ou pisos mistos;


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.



Vigas Mistas

Vigas Mistas


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...


Exemplos de flambagem em vigas


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


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.


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.


http://www.cesec.ufpr.br/etools/oe3/fotos/trelica2.jpg



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.


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.


Pilares revestidos

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.


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.


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.


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:


♦ 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;


Lajes de aço incorporada


http://www.colaborante.pt/files/estudos/48dd05e6e4b24.jpg

♦ 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.


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.


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.


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.


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.


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



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 Profª. Angela A. de Souza

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