UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS - deciv.· aspecto construtivo das lajes mistas aplicadas tanto

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Text of UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS - deciv.· aspecto construtivo das lajes mistas aplicadas tanto

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO CARLOS

    CENTRO DE CINCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA

    DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

    LAJES MISTAS COM FRMA DE AO INCORPORADA: APLICAES, DIMENSIONAMENTO E METODOLOGIA DE ANLISE

    NUMRICA Lucas Vincius Nogueira dos Reis

    Trabalho de Concluso de Curso apresentado ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de So Carlos como parte dos requisitos para a concluso da graduao em Engenharia Civil Orientador: Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza

    So Carlos 2012

  • DEDICATRIA

    Dedico este trabalho aos meus queridos pais, aos meus irmos e acima de tudo a Jesus Cristo, que ilumina a minha vida.

  • AGRADECIMENTOS

    Ao Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza, pelos ensinamentos e orientaes ao longo desse perodo, e tambm pela sua pacincia, compreenso e dedicao. Ao Prof. Dr. Wanderson Fernando Maia, pelo auxlio prestado ao desenvolvimento dos modelos numricos. Universidade Federal de So Carlos (UFSCar), pelo incentivo e apoio. Aos amigos, pelo carinho e ateno a mim dispensados. Aos meus pais e meus irmos, pelo amor e incentivo oferecidos a mim durante todo esse tempo.

  • RESUMO

    Este trabalho tem por objetivo apresentar os principais aspectos envolvendo as lajes mistas com frma de ao incorporada. Dessa forma, essa pesquisa abrange tanto as possibilidades de aplicao desse sistema construtivo quanto as normas que prescrevem o dimensionamento do mesmo. Primeiramente, a fim de elaborar uma reviso bibliogrfica consistente, buscou-se definir o conceito de estrutura mista de ao e concreto, caracterizando o comportamento conjunto esses dois materiais e apresentando os conectores de cisalhamento mais usados. As principais vantagens desse tipo de pavimento, em relao aos convencionais, so: diminuio da espessura do pavimento, reduo da carga que chega fundao, agilidade na construo e diminuio do consumo de ao. Posteriormente, foi apresentado o dimensionamento de lajes mistas com frma de ao incorporada, conforme o anexo Q da ABNT NBR 8800:2008. Em seguida, aborda-se o aspecto construtivo das lajes mistas aplicadas tanto s estruturas de ao quanto s estruturas de concreto. No primeiro caso, foi apresentado o conceito dos pisos mistos de pequena altura e sua influncia na construo dos edifcios metlicos atuais. J no segundo caso, foram apresentados os mtodos construtivos, assim como os resultados do comportamento e da resistncia de prottipos de lajes mistas em estrutura de concreto, ensaiados na UFMG. Por ltimo, foi elaborada uma metodologia para anlise numrica de lajes mistas com frma de ao incorporada, atravs do programa numrico Ansys. Pde-se concluir desse estudo que a laje mista com frma de ao incorporada se constitui numa opo vivel em relao aos sistemas de laje convencionais, desde que sejam atendidas as recomendaes de dimensionamento e de mtodo construtivo. Ficou evidente tambm que, para incentivar a aplicao desse sistema misto em edifcios de concreto armado, ainda so necessrios estudos em escala real e numrica para caracterizar a interface entre a frma metlica e a viga de concreto.

    Palavras-chaves: estruturas mistas ao-concreto, lajes mistas ao concreto, comportamento conjunto, conectores de cisalhamento.

  • ABSTRACT

    ABSTRACT

    This study aims to present the main aspects related to composite slabs with incorporated laje mista com frma de ao incorporada. Thus, this research covers both the possibilities of this building system and the standards that prescribes the design of it. First, in order to develop a consistent literature review,was defined the concept of composite steel and concrete structures, characterizing the joint behavior between these materials, and displaying the most used shear connectors. The main advantages of this type of pavement for the conventional include: the decreasing the thickness of the deck, the load reduction that reaches the foundation, flexibility in construction and the reducing of the steel's consumption . It was subsequently presented the design of composite slabs with incorporated steel deck as Annex Q ABNT NBR 8800:2008. It was then exposed the constructive aspect of composite slabs applied to both structures as steel to concrete structures. In the first case, was presented the concept of slim floor influence on the construction of metal buildings today. In the second case, were presented the methods of construction, as well as the results of the behavior and strength of prototype composite slabs in concrete structure, tested at UFMG. Finally, was given emphasis to developing a methodology for numerical analysis of composite slabs with incorporated steel deck through numerical Ansys software. It was concluded from this study that the composite slab with incorporated steel deck constitutes a viable option compared to conventional slab systems, provided it complies with the recommendations of sizing and construction method. It also became evident that in order to encourage the application of this composite system in reinforced concrete buildings, further studies are needed in real and numerical scale to characterize the interface between steel shape and concrete beam. Key-words: steel-concrete composite structures, steel-concrete composite slabs, joint behavior, shear connectors.

  • LISTA DE ILUSTRAES

    Figura 1: Esquema da laje mista apoiada na viga de concreto ( esquerda) e na viga metlica

    ( direita)........................................................................................................................... 10 Figura 2: Exemplos de geometrias de vigas mistas .................................................................. 13

    Figura 3: Exemplos de pilares mistos ....................................................................................... 13 Figura 4: Exemplo de laje mista laje mista com frma de ao incorporada CE-75 ................. 14 Figura 5: Caracterizao do comportamento conjunto entre ao e concreto ............................ 15 Figura 6: Detalhe das mossas na frma de ao ......................................................................... 16 Figura 7: Dispositivos mecnicos de ligao: pino com cabea, perfobond e CR ................... 16

    Figura 8: Caractersticas do ensaio Push Out segundo o EUROCODE 4 ................................ 17 Figura 9: Formas de transmisso de esforos entre frma e concreto ...................................... 18

    Figura 10: Parmetros geomtricos da frma de ao ............................................................... 19 Figura 11: Deslizamento relativo entre a frma metlica e o concreto .................................... 20 Figura 12: Detalhe das armaduras da seo transversal (medidas em mm) ............................. 21 Figura 13: Fissuras observadas em alguns dos prottipos empregando concreto estrutural leve

    .......................................................................................................................................... 23 Figura 14: Frequncias naturais de um piso misto ................................................................... 25

    Figura 15: Ilustrao da aplicao de pino com cabea na extremidade da frma .................. 26 Figura 16: Prottipo de ensaio da laje mista aplicada estrutura de concreto ......................... 28 Figura 17: Detalhes da laje mista com frma de ao incorporada............................................ 30

    Figura 18: Frmas reentrantes como dispositivo de ligao .................................................... 31

    Figura 19: Modos de ancoragem de extremidade da laje mista ............................................... 31

    Figura 20: Diagrama de tenses para LNP acima da face superior da forma .......................... 33 Figura 21: Diagrama de tenses para LNP na forma metlica ................................................. 34

    Figura 22: Parmetros da laje mista com forma de ao incorporada ........................................ 36 Figura 23: Ilustrao do permetro crtico para puno ............................................................ 40 Figura 24: Sistema de piso misto com frma apoiada na mesa superior da viga ..................... 42

    Figura 25 Sistema de piso misto de pequena altura ensaiado por Ju e Kim .......................... 43

    Figura 26: Viga TEC ensaiada por Ju e Kim ........................................................................ 43 Figura 27 Frma de ao incorporada usada em um sistema Slim Floor ............................ 44 Figura 28: (a) Vista da montagem do Deck na frma da viga (b) Detalhe da seo transversal

    .......................................................................................................................................... 47

    Figura 29: Detalhe dos prottipos ensaiados por Silva et al. ................................................... 48 Figura 30- Detalhe dos prottipos ensaiados por Calixto et al. ................................................ 49 Figura 31- Dimenses das frmas metlicas utilizadas nos prottipos ensaiadas por Silva et al.

    .......................................................................................................................................... 51 Figura 32- Representao esquemtica da aplicao de carga nos prottipos ensaiados. ........ 52 Figura 33- Comportamento Carga x flecha no meio do vo. ................................................... 53 Figura 34-Relao Carga x Flecha no meio do vo dos prottipos 1, 4, 5 e 7 ......................... 54 Figura 35- Ilustrao da contribuio da armadura de reforo ao momento fletor total .......... 55

    Figura 36 Tipos de frmas estudadas por Carvalho (2005)................................................... 58 Figura 37 Malha de elementos finitos para a frma tipo C ...............................