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)
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