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IDENTIFICAÇÃO DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS
Nos edifícios usuais, os elementos estruturais que compõem o sistema estrutural global podem ser divididos didaticamente em lajes, vigas e pilares ou a união destes elementos que devem ter resistência mecânica, estabilidade, rigidez, resistência à fissuração e a deslocamentos excessivos para poderem contribuir de modo efetivo na resistência global do edifício. Se forem necessários, para melhorar a resistência às ações do vento, podem ser dispostos painéis verticais constituídos por pilares paredes ou elementos de contraventamento vertical como as diagonais.
LAJES MISTAS
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Dimensionamento
A altura total da laje mista (h) deve ser maior ou igual a 90mm e a espessura de concreto sobre a fôrma (hc) deverá ser de no mínimo 50 mm (fig. 2);
- em função da escassez de fabricantes de fôrmas incorporadas ao concreto, há pequena variedade de perfis, de tal forma que podemos estimar para as lajes, alturas médias de 120 mm a 150mm;
- armaduras de distribuição e de combate à retração devem ser colocadas a uma distância mínima de 20mm do topo da laje, com área mínima equivalente a 0,1% da área de concreto acima da fôrma.
Devem ser considerados os seguintes estados limites:
Antes da cura do concreto submetida ao peso próprio da fôrma, do concreto fresco e sobrecarga mínima de 1,00kN/m2 ou 2,2 kN/m2 perpendicular às nervuras:
- flexão e cisalhamento vertical da fôrma de aço segundo as recomendações de resistência da NBR 14762;
- flecha da fôrma limitada a 20mm ou vão/180.
- área da fôrma de aço como armadura positiva resistente ao momento fletor. Se necessário, aplicar armadura adicional;
- cisalhamento longitudinal na interface dos materiais, dependente da aderência entre eles;
- cisalhamento vertical e punção para cargas concentradas;
- flecha da fôrma limitada ao vão/350;
- deslizamento relativo de extremidade e fissuração excessiva no concreto segundo as recomendações da NBR 6118.
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Figura 2
Montagem e Fixação
- nivelamento correto da mesa superior da viga de aço, de modo a obter um perfeito contato entre a fôrma e a viga;
- remoção de ferrugem, rebarbas, respingos de solda e de oleosidades em geral;
- remoção da pintura e umidade nas proximidades da região de soldagem.
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CONECTORES DE CISALHAMENTO
Cuidados na Fixação dos Conectores
- Evitar a presença de umidade na soldagem do conector, sendo conveniente que a aplicação dos conectores seja feita logo após a montagem da fôrma de aço, evitando a possibilidade de acúmulo de água entre os painéis e a face superior das vigas de aço;
- Os conectores não devem ser soldados através de mais de um painel de fôrma.
- A espessura total da fôrma de aço não deve exceder 1,25 mm para fôrmas galvanizadas e 1,50 mm no caso de fôrmas não galvanizadas.
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Dimensionamento
Devem ser considerados os seguintes estados limites:
- esmagamento do concreto em contato com o conector;
- ruptura do conector submetido ao cisalhamento longitudinal.
VIGAS MISTAS
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As vigas mistas podem ser simplesmente apoiadas ou contínuas. As simplesmente apoiadas contribuem para a maior eficiência do sistema misto, pois a viga de aço trabalha predominantemente à tração e a laje de concreto à compressão. Com relação ao método construtivo, pode-se optar pelo não escoramento da laje devido à necessidade de velocidade de construção. Por outro lado, o escoramento da laje pode ser apropriado caso seja necessário limitar os deslocamentos verticais da viga de aço na fase construtiva.
Dimensionamento
Devem ser considerados os seguintes estados limites:
– construções não escoradas, antes da cura do concreto submetida ao peso próprio dos materiais, concreto fresco, sobrecarga construtiva, operários e equipamentos:
- a viga de aço isolada deve ser verificada à flexão e cisalhamento vertical segundo as recomendações de resistência da NBR 8800;
- flecha da viga de aço, que será uma parcela da deformação total da viga mista.
– após o concreto atingir 0,75fck, submetida às ações de cálculo atuantes no pavimento:
- flexão da viga mista e cisalhamento da viga de aço. O procedimento de verificação depende da posição da linha neutra na seção transversal da viga mista – passando pela alma, pela mesa do perfil de aço ou pelo concreto;
- tensão na mesa inferior da viga de aço;
- flecha, utilizando a inércia da seção transformada, somada à flecha residual da viga de aço.
Para construções escoradas, apenas as verificações após a cura do concreto serão necessárias.
PILARES MISTOS
Os pilares mistos, de maneira geral, são constituídos por um ou mais perfis de aço, preenchidos ou revestidos de concreto. A combinação dos dois materiais em pilares mistos propicia além da proteção ao fogo e à corrosão, o aumento da resistência do pilar. Essa combinação contribui para o aumento na rigidez da estrutura aos carregamentos horizontais. A ductilidade é outro ponto que diferencia os pilares mistos, os quais apresentam um comportamento mais “dúctil” quando comparados aos pilares de concreto armado.
Existem também outras vantagens, tal como a ausência de fôrmas, no caso de pilares mistos preenchidos, possibilitando a redução de custos com materiais, mãode- obra e agilidade na execução.
Os pilares mistos são classificados em função da posição em que o concreto ocupa na seção mista. A figura 7 ilustra algumas seções típicas de pilares.
Os pilares mistos revestidos caracterizam- se pelo envolvimento, por completo, do elemento estrutural em aço, conforme ilustra a figura 7(a). A presença do concreto como revestimento, além de propiciar maior resistência, impede a flambagem local dos elementos da seção de aço, fornece maior proteção ao fogo e à corrosão do pilar de aço. A principal desvantagem desse tipo de pilar é a necessidade de utilização de fôrmas para a concretagem, tornando sua execução mais trabalhosa, quando comparada ao pilar misto preenchido.
Os pilares mistos, parcialmente revestidos, caracterizam-se pelo não envolvimento completo da seção de aço pelo concreto, conforme ilustra a figura 7(b). Os pilares mistos preenchidos são elementos estruturais formados por perfis tubulares, preenchidos com concreto de qualidade estrutural, conforme a figura 7(c) e (d). A principal vantagem é que este dispensa fôrmas e armadura e é possível ainda a consideração do efeito de confinamento do concreto na resistência do pilar misto.
Dimensionamento segundo a NBR 14323:
- Os pilares mistos devem ter dupla simetria e seção transversal constante.
- A contribuição do perfil de aço em relação à resistência total do pilar misto deve estar entre 20% e 90%;
- Seções transversais preenchidas com concreto podem ser fabricadas sem qualquer armadura, exceto em situação de incêndio. Para os demais casos, a área da seção transversal da armadura longitudinal não deve ser inferior a 0,3% da área do concreto.
- Para as seções totalmente revestidas, os cobrimentos deverão estar dentro dos seguintes limites:
- 40 mm < cy < 0,3d e cy > bf/6
- 40 mm < cx < 0,4bf e cx > bf/6
- onde cy e cx são os recobrimentos nas direções x e y respectivamente
- Quando a concretagem for feita com o pilar montado, deve-se comprovar que o pilar puramente metálico resiste às cargas aplicadas antes da cura.
- Para as seções total ou parcialmente revestidas, devem existir armaduras longitudinais e transversais para garantir a integridade do concreto. As armaduras longitudinais podem ser consideradas ou não na resistência e na rigidez do pilar misto. O projeto das armaduras deve atender aos requisitos da NBR 6118.
- Os estados limites de flexo-compressão, considerando a rigidez efetiva do pilar misto, deve ser verificada, utilizando as curvas a, b e c de flambagem. A esbeltez reduzida deve ser < 2. A verificação é baseada na curva de interação entre N x M.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A seqüência construtiva de um edifício em estrutura mista aço-concreto, deve ser cuidadosamente considerada pelo engenheiro calculista e pelo engenheiro de obra. Vale ressaltar que a estabilidade e a resistência finais frente às ações horizontais do vento não são imediatamente atingidas até o endurecimento do concreto.
Podem ocorrer problemas de estabilidade do edifício se um número elevado de pavimentos for montado sem a correspondente concretagem, além de sobrecarregar os pilares de aço dos primeiros pavimentos. É por esta razão que se deve limitar o número de pavimentos por etapa de concretagem, durante a fase construtiva.
Por outro lado, se as atividades relacionadas com a montagem da estrutura metálica e a concretagem estiverem muito próximas no tempo, poderá ocorrer perda da eficiência na construção.
É preciso salientar que reduzir ao máximo possível o número de concretagem, respeitando-se os limites de resistência do pilar de aço isolado na fase de execução, é um procedimento vantajoso nesses tipos de edifícios.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
- ALVA, G. M. S. (2000). Sobre o projeto de edifícios em estruturas mistas aço – concreto. São Carlos. Dissertação (Mestrado)
Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo.
- ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1986). NBR – 8800: Projeto e execução de estruturas de aço. Rio de Janeiro.
- ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1999). NBR – 14323: Dimensionamento de estruturas de edifícios em situação de incêndio – Procedimento. Rio de Janeiro.
- MALITE, M. (1998). Vigas mistas aço-concreto: ênfase em edifícios. São Carlos – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo.
- SÁLES, J. J. (1995). Estudo do projeto e da construção de edifícios de andares múltiplos em estruturas de aço. São Carlos. 257 p. Tese (Doutorado) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo.