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Projeto e dimensionamento de estruturas mistas de aço e concreto

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Apresentação em tema: "Projeto e dimensionamento de estruturas mistas de aço e concreto"— Transcrição da apresentação:

1 Projeto e dimensionamento de estruturas mistas de aço e concreto
Engenharia de Estruturas Luciana Pizzo

2 Mini Currículo Engenheira Civil pela Escola de Engenharia de São Carlos – USP; Mestre e Doutora em Engenharia de Estruturas – EESC-USP; Atuação profissional: desenvolvimento de projetos de estruturas de edifícios em concreto armado, aço e alvenaria estrutural; Já foi professora da UFSCar, PUC-Minas e UNICEP

3 Objetivos Gerais Específicos
O aluno deverá, ao final da disciplina, estar a apto a projetar e propor soluções utilizando estruturas mistas Específicos Para que o objetivo geral seja atendido, o aluno deverá ter adquirido as seguintes capacidades: Compreender o comportamento conjunto do aço e do concreto nos elementos mistos; Compreender a filosofia de cálculo dos elementos mistos adota pela norma brasileira;

4 Conceito de elemento misto
Introdução Estruturas mistas: o aço é utilizado na forma de perfis laminados, dobrados ou soldados, que trabalham em conjunto com o concreto simples ou armado Reflexões: Qual a diferença entre um elemento misto e um elemento em concreto armado? Como escolher o melhor material estrutural?

5 Introdução Qual o melhor material estrutural?
Conceito de elemento misto Introdução Qual o melhor material estrutural? Depende do contexto Explorar vantagens e desvantagens Estruturas mistas Estruturas Híbridas Prof. Luciana Pizzo

6 Introdução Aço e concreto são materiais complementares
Diretrizes para a escolha Introdução Aço e concreto são materiais complementares O concreto é eficiente na compressão e o aço, na tração. O concreto, como revestimento, restringe a flambagem do perfil de aço. Concreto atua como proteção contra a corrosão e o fogo. Aço oferece ductilidade ao concreto. Aspectos para o uso de estruturas mistas Arquitetônico Econômico Funcionalidade Flexibilidade Montagem Prof. Luciana Pizzo

7 Introdução Aspectos arquitetônicos: Econômicos: Grandes vãos
Diretrizes para a escolha Introdução Aspectos arquitetônicos: Grandes vãos Lajes de pequena espessura Pilares mais esbeltos Maior flexibilidade no projeto Econômicos: Redução da altura total dos edifícios: ganho de área livre Maiores vãos mantendo a altura das vigas: necessidade de grandes áreas livres Pavimentos adicionais com a mesma altura total do edifício Velocidade de execução: Menos custos diretos e com impostos Menor custo de financiamento Antecipação do retorno de capital Prof. Luciana Pizzo

8 Introdução Funcionalidade: Flexibilidade - serviços: Montagem:
Diretrizes para a escolha Introdução Funcionalidade: Proteção ao fogo: mesmo princípio das estruturas em C. A. “onde o concreto protege o aço” Flexibilidade - serviços: Estruturas adaptáveis Modificações de utilização do edifício Modificações e manutenções sem violar a privacidade de outros ocupantes Facilidade de execução das instalações elétricas, hidráulicas e etc. Montagem: Steel deck serve como plataforma de trabalho Forma permanente Forma metálica contribui para a estabilidade Rapidez e simplicidade na construção Controle de qualidade mais eficaz Prof. Luciana Pizzo

9 Introdução Métodos construtivos
Diretrizes para a escolha Métodos construtivos Tradicionalmente, utiliza-se dois métodos construtivos, cada um com aspectos positivos e negativos. CONVENCIONAL EM CONCRETO + Liberdade de forma + Fácil manuseio + Boa resistência térmica - Tempo com execução de formas e cimbramentos - Sensível a forças de tração CONSTRUÇÃO METÁLICA + Elevada relação resistência-peso + Sistema industrializado + Grande precisão dimensional - Baixa resistência ao fogo - Requer treinamento de mão de obra CONSTRUÇÃO MISTA + eficiente + Grande capacidade resistente + Grande rigidez + Redistribuição plástica Prof. Luciana Pizzo

10 Classificação das estruturas
Introdução Em função do tipo de associação de elementos estruturais e materiais temos: Estruturas em concreto armado Estruturas em aço Estruturas híbridas Estruturas mistas Estruturas em concreto armado e em aço Estruturas híbridas: Composta por elementos em aço, mistos, em concreto armado, madeira, etc... Estruturas mistas: Composta por elementos mistos Prof. Luciana Pizzo

11 Classificação das estruturas
Introdução Estruturas híbridas: elementos estruturais de diferentes materiais compondo a mesma estrutura Pilares e vigas de aço Núcleo e lajes em concreto armado Coberturas de aço e pilares em C. A. Fotos: Arq. João Diniz Prof. Luciana Pizzo

12 Introdução Estruturas mistas:
Classificação das estruturas Estruturas mistas: dois materiais trabalhando solidariamente em um mesmo elemento estrutural para resistir a ações externas com maior eficiência. Tabuleiros mistos de madeira e concreto Pontes de pequenos vãos: sem estruturas auxiliares (vigas e transversinas) madeira roliça madeira serrada Prof. Luciana Pizzo

13 Estruturas mistas de aço e concreto
Introdução Dois materiais trabalhando solidariamente em um mesmo elemento estrutural. Elementos mistos: Lajes Vigas Treliças Pilares Pisos / pavimentos Prof. Luciana Pizzo

14 Introdução Lajes mistas Concreto moldado in loco sobre forma de aço
Exemplos de elementos mistos Introdução Lajes mistas Concreto moldado in loco sobre forma de aço Forma trapezoidal Forma reentrante Prof. Luciana Pizzo

15 Introdução Lajes mistas Concreto moldado in loco sobre forma de aço
Exemplos de elementos mistos Introdução Lajes mistas Concreto moldado in loco sobre forma de aço Prof. Luciana Pizzo

16 Introdução Vigas mistas
Exemplos de elementos mistos Introdução Vigas mistas “as vigas mistas de aço e concreto consistem de um componente de aço simétrico, com uma laje (maciça moldada no local, mista ou com pré-laje de concreto pré-moldada), ACIMA DE SUA FACE SUPERIOR, havendo LIGAÇÃO MECÂNICA POR MEIO DE CONECTORES DE CISALHAMENTO entre o componente de aço e a laje de tal forma que ambos funcionem como um conjunto para resistir à flexão.” Prof. Luciana Pizzo

17 Introdução Vigas mistas Exemplos de elementos mistos
Prof. Luciana Pizzo

18 Introdução Vigas mistas Exemplos de elementos mistos
Laje pré-moldada protendida Laje parcialmente pré-fabricada Laje totalmente pré-fabricada Prof. Luciana Pizzo

19 Introdução Vigas mistas: exemplos de utilização
Exemplos de elementos mistos Vigas mistas: exemplos de utilização Prof. Luciana Pizzo

20 Introdução Vigas mistas: exemplos de utilização
Exemplos de elementos mistos Vigas mistas: exemplos de utilização Prof. Luciana Pizzo

21 Introdução Vigas mistas: exemplos de utilização
Exemplos de elementos mistos Vigas mistas: exemplos de utilização Prof. Luciana Pizzo

22 Introdução Treliças mistas
Exemplos de elementos mistos Treliças mistas Alternativa às lajes nervuradas para grandes vãos Prof. Luciana Pizzo

23 Introdução Alternativa às lajes nervuradas para grandes vãos
Exemplos de elementos mistos Treliças mistas Alternativa às lajes nervuradas para grandes vãos Prof. Luciana Pizzo

24 Introdução Alternativa às lajes nervuradas para grandes vãos
Exemplos de elementos mistos Treliças mistas Alternativa às lajes nervuradas para grandes vãos Prof. Luciana Pizzo

25 Introdução Pilares mistos Tipos:
Exemplos de elementos mistos Introdução Pilares mistos “Perfis de aço revestidos ou preenchidos com concreto de qualidade estrutural” Tipos: Preenchidos: concreto no interior de um tubo de aço Revestidos: concreto envolvendo totalmente os perfis de aço Parcialmente revestidos: concreto envolvendo parcialmente os perfis de aço Prof. Luciana Pizzo

26 Introdução Pilares mistos (1) (1)* (1) (1) (3) (2) (2)
Exemplos de elementos mistos Pilares mistos (1) (1) (1)* (3) (2) (1) Preenchido Revestido Parcialmente revestido (2) Prof. Luciana Pizzo

27 Introdução Pisos mistos convencionais Exemplos de pisos mistos
Prof. Luciana Pizzo

28 Introdução Pisos mistos de pequena altura Exemplos de pisos mistos
Prof. Luciana Pizzo

29 Introdução Pisos mistos de pequena altura Exemplos de pisos mistos
Prof. Luciana Pizzo

30 Introdução Pisos mistos de pequena altura Exemplos de pisos mistos
Prof. Luciana Pizzo

31 Introdução Pisos mistos de pequena altura Exemplos de pisos mistos
Prof. Luciana Pizzo

32 Introdução Pisos mistos de pequena altura: De Nardin
Exemplos de pisos mistos Pisos mistos de pequena altura: De Nardin Prof. Luciana Pizzo

33 Introdução Pisos mistos de pequena altura: De Nardin
Exemplos de pisos mistos Pisos mistos de pequena altura: De Nardin Prof. Luciana Pizzo

34 Introdução Associação de elementos mistos
Sistema estrutural em elementos mistos Introdução Pilar misto piso= viga + laje Viga mista Laje mista Associação de elementos mistos Prof. Luciana Pizzo

35 Sistema estrutural de Edifícios com elementos mistos
Exemplos de utilização Introdução Sistema estrutural de Edifícios com elementos mistos Prof. Luciana Pizzo

36 Introdução Grosvenor Place (Sidnei – Austrália, 1988)
Exemplos de utilização Grosvenor Place (Sidnei – Austrália, 1988) Altura total: 180 m Pavimentos: 45 Pilares mistos revestidos Prof. Luciana Pizzo

37 Introdução Latitude Building (Sidnei – Austrália, 1990)
Exemplos de utilização Introdução Latitude Building (Sidnei – Austrália, 1990) Altura total: 201 m Pavimentos: 55 Pilares mistos preenchidos de seção circular Prof. Luciana Pizzo

38 Introdução Forrest Centre (Perth – Austrália, 1990)
Exemplos de utilização Forrest Centre (Perth – Austrália, 1990) Altura total: 110 m Pavimentos: 30 Pilares mistos preenchidos de seção retangular Prof. Luciana Pizzo

39 Introdução Westralia Square (Perth – Austrália, 1990)
Exemplos de utilização Westralia Square (Perth – Austrália, 1990) Altura total: 87 m Pavimentos: 19 Pilares mistos preenchidos de seção retangular Prof. Luciana Pizzo

40 Introdução Casselden Place (Melbourne – Austrália, 1992)
Exemplos de utilização Casselden Place (Melbourne – Austrália, 1992) Altura total: 166 m Pavimentos: 43 Pilares mistos preenchidos de seção 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 Prof. Luciana Pizzo

41 Introdução Republic Plaza (Singapura – Singapura, 1996)
Exemplos de utilização Republic Plaza (Singapura – Singapura, 1996) Altura total: 280 m Pavimentos: 66 Pilares mistos preenchidos Prof. Luciana Pizzo

42 Introdução Ed. Commerzbank (Frankfurt – Alemanha, 1997)
Exemplos de utilização Ed. Commerzbank (Frankfurt – Alemanha, 1997) Altura total: 259 m 56 pavimentos Três grandes pilares preenchidos de seção triangular formam um triangulo eqüilátero de 60m de lado Treliças ligadas a cada um dos pilares sustentam cada pavimento Vigas mistas e lajes mistas Prof. Luciana Pizzo

43 Introdução Millennium Tower (Viena – Áustria, 1999)
Exemplos de utilização Millennium Tower (Viena – Áustria, 1999) Altura total: 202 m Pavimentos: 51 Área de piso: m2 Custo: 145 milhões de euros Tempo de execução: 8 meses 2 a 2,5 pavimentos por semana Utilização: comercial e residencial Prof. Luciana Pizzo

44 Introdução Millennium Tower (Viena – Áustria, 1999)
Exemplos de utilização Millennium Tower (Viena – Áustria, 1999) Pilares mistos Núcleo de concreto Slim floor – piso misto Laje de concreto 42,3 m Pórtico misto 33,05 m Prof. Luciana Pizzo

45 Introdução Millennium Tower (Viena – Áustria, 1999)
Exemplos de utilização Millennium Tower (Viena – Áustria, 1999) Prof. Luciana Pizzo

46 Introdução Cheung Kong Center (Hong Kong, 1999) Altura total: 289 m
Exemplos de utilização Cheung Kong Center (Hong Kong, 1999) Altura total: 289 m 63 pavimentos Pilares mistos preenchidos Prof. Luciana Pizzo

47 Introdução ARES Tower (Viena – Áustria, 2001) Altura total: 92 m
Exemplos de utilização ARES Tower (Viena – Áustria, 2001) Altura total: 92 m Pavimentos: 30 Tempo de execução: Pilares e treliças mistas Tempo de execução: 9 meses Prof. Luciana Pizzo

48 Introdução Shopping Center Iso Omena (Helsinki – Finlândia, 2001)
Exemplos de utilização Shopping Center Iso Omena (Helsinki – Finlândia, 2001) Lajes alveolares pré-moldadas com 50 cm de espessura Vigas metálicas Pilares preenchidos Fechamento: painéis pré-fabricados tipo sanduíche Prof. Luciana Pizzo

49 Introdução International Finance Center I e II (Hong Kong, 2003)
Exemplos de utilização International Finance Center I e II (Hong Kong, 2003) Altura total: 420 m 88 pavimentos Núcleo em C.A., pilares perimetrais mistos Treliças entre 6º e 8º pav. Prof. Luciana Pizzo

50 Introdução International Finance Center I e II (Hong Kong, 2003)
Exemplos de utilização International Finance Center I e II (Hong Kong, 2003) 11/2001 02/2002 06/2002 06/2002 Núcleo de concreto no 45º pav. Prof. Luciana Pizzo

51 Introdução International Finance Center I e II (Hong Kong, 2003)
Exemplos de utilização International Finance Center I e II (Hong Kong, 2003) 11/2002 12/2002 Prof. Luciana Pizzo

52 Introdução Taipei Financial Center (Taipei – Taiwan, 2004)
Exemplos de utilização Taipei Financial Center (Taipei – Taiwan, 2004) Altura total: 508 m Pavimentos: 101 Vigas e lajes mistas Pilares mistos preenchidos até o 62º pav. Depois pilares de aço Sistema estrutural: Núcleo com 6 pilares e cada face com dois “super-pilares” até o 26º pav. viga pilar Prof. Luciana Pizzo

53 Introdução Taipei Financial Center (Taipei – Taiwan, 2004)
Exemplos de utilização Taipei Financial Center (Taipei – Taiwan, 2004) Prof. Luciana Pizzo

54 Introdução WaMu Center (Seatle – USA, 2006) Altura total: 182 m
Exemplos de utilização WaMu Center (Seatle – USA, 2006) Altura total: 182 m Pavimentos: 42 Núcleo em C.A., pilares perimetrais mistos preenchidos Detalhes do núcleo de concreto Prof. Luciana Pizzo

55 Introdução WaMu Center (Seatle – USA, 2006) Altura total: 182 m
Exemplos de utilização WaMu Center (Seatle – USA, 2006) Altura total: 182 m Pavimentos: 42 Núcleo em C.A., pilares perimetrais mistos preenchidos Lajes mistas Prof. Luciana Pizzo

56 Introdução Estacionamento “DEZ” (Innsbruck – Áustria)
Exemplos de utilização Estacionamento “DEZ” (Innsbruck – Áustria) Detalhes da laje slim floor 200 mm laje de concreto moldado in loco e 60 mm pré-laje Viga de aço: alma 165/20 mm, mesa 245/40 mm, Conector: 22 mm Montagem dos pilares a cada dois pavimentos Prof. Luciana Pizzo

57 Introdução Estacionamento “DEZ” (Innsbruck – Áustria) 04 pavimentos
Exemplos de utilização Estacionamento “DEZ” (Innsbruck – Áustria) 04 pavimentos Dimensões: 60 x 30 m Max. vão 10,58 m com laje slim floor de 26cm (= /40) Prof. Luciana Pizzo

58 Sistema estrutural de Pontes com elementos mistos
Exemplos de utilização Introdução Sistema estrutural de Pontes com elementos mistos Prof. Luciana Pizzo

59 Introdução Ponte "Wushan Yangtze River” (Chongqing – China) Vão: 460 m
Exemplos de utilização Ponte "Wushan Yangtze River” (Chongqing – China) Vão: 460 m Largura: 19 m Sistema estrutural: arcos compostos por dois tubos na parte superior e dois na parte inferior, preenchidos com concreto C60 Diâmetro dos tubos: 1220 mm e espessura de 22 mm Prof. Luciana Pizzo

60 Introdução Ponte "Wanzhou Yangtze Railway” (Chongqing – China)
Exemplos de utilização Ponte "Wanzhou Yangtze Railway” (Chongqing – China) Vão principal: 420 m Comprimento total: 1106 m Sistema estrutural: treliça em arcos rígidos e vigas flexíveis composta por dois tubos na parte superior e dois na parte inferior, preenchidos com concreto C60 Diâmetro dos tubos: 420 mm e espessura de 16 mm Prof. Luciana Pizzo

61 Introdução No Brasil... Prof. Luciana Pizzo

62 Introdução Laje nervurada plana e pilar misto preenchido
Exemplos de utilização no Brasil Laje nervurada plana e pilar misto preenchido Shopping Frei Caneca (São Paulo) Alcindo Dell’Agnese Vigas e lajes mistas Aço estrutural: 4000 t Steel deck: 800 t Área construída: m2 Foto: Eng. M.Sc. Raul Neuenschwande Prof. Luciana Pizzo

63 Introdução Taguatinga Shopping (Brasília)
Exemplos de utilização no Brasil Taguatinga Shopping (Brasília) Vigas e lajes mistas Aço estrutural: 2343 t Área construída: m2 Ibis Hotel Paulista (São Paulo) Vigas e lajes mistas Aço estrutural: 440 t Steel deck: 90 t Área construída: 8500 m2 Prof. Luciana Pizzo

64 Introdução Edifício New Century (SP)
Exemplos de utilização no Brasil Edifício New Century (SP) 18 pavimentos Vigas e lajes mistas Pilar misto revestido Aço estrutural: 2000 t Steel deck: 400 t Área construída: m2 Hotel de Palmas - NOVOTEL (Palmas – TO) Vigas e lajes mistas Aço estrutural: 532 t Área construída: m2 Prof. Luciana Pizzo

65 Introdução Hotel Caesar Park Guarulhos (São Paulo – SP)
Exemplos de utilização no Brasil Hotel Caesar Park Guarulhos (São Paulo – SP) Vigas mistas e lajes mistas com forma de aço incorporada Aço estrutural: t Área construída: m2 Prof. Luciana Pizzo

66 Introdução Elementos mistos: origem Prof. Luciana Pizzo

67 Introdução MUITO UTILIZADA NO EXTERIOR No Brasil
Elementos mistos: origem Revestimento de vigas e pilares com concreto não estrutural para fins de proteção térmica (incêndios). Primeira década do século XX - início dos estudos 1930: surge a primeira normalização para vigas mistas MUITO UTILIZADA NO EXTERIOR No Brasil Utilização modesta mas em crescimento (exceto vigas) Muitos estudos: USP, Unicamp, Ouro Preto,... Normalizações em fase de desenvolvimento (NBR 8800:2006 – texto base para revisão) Vigas mistas já constavam na versão de 1986 Prof. Luciana Pizzo

68 Introdução Elementos mistos: origem Revestimento de vigas e pilares com concreto não estrutural para fins de proteção térmica (incêndios). Primeira década do século XX - início dos estudos 1930: surge a primeira normalização para vigas mistas MUITO UTILIZADA NO EXTERIOR No Brasil Utilização modesta mas em crescimento (exceto vigas) Muitos estudos: USP, Unicamp, Ouro Preto,... Normalizações em fase de desenvolvimento (NBR 8800:2006 – texto base para revisão) Vigas mistas já constavam na versão de 1986 Prof. Luciana Pizzo

69 Introdução Vantagens Redução de material e cargas nas fundações
Elementos mistos: origem Vantagens Redução de material e cargas nas fundações Maiores vãos Redução: da altura das vigas de aço do tempo de execução ou eliminação de escoramentos de formas e armaduras das proteções contra incêndio e corrosão Prof. Luciana Pizzo

70 Introdução NBR 8800:1986 – apenas vigas mistas biapoiadas
Elementos mistos: normas NBR 8800:1986 – apenas vigas mistas biapoiadas NBR 14323:1999 – Norma de incêndio aborda o cálculo de lajes e pilares mistos em temperatura ambiente Revisão da NBR 8800:2008 Vigas mistas biapoiadas, contínuas e semicontínuas Pilares mistos Lajes mistas Ligações mistas Eurocode 4 AISC-LRFD BS 5400: parte 5 ACI 318 Brasil Prof. Luciana Pizzo

71 NBR 8800:2008 Materiais Aços sem qualificação estrutural
Elementos mistos: normas NBR 8800:2008 Materiais Aços com qualificação estrutural: Resistência ao escoamento: fy  450 MPa Relação entre resistência à ruptura e ao escoamento: fu/fy  1,18 Módulo de elasticidade: Ea=20500 MPa Coeficiente de Poisson: a=0,3 Coeficiente de dilatação térmica: a=12 x 10-6 oC-1 Peso específico: a=77 kN/m3 Aços sem qualificação estrutural Peças e detalhes de menor importância Devem ser adotados os seguintes valores: fy= 180 MPa fu= 300 MPa Prof. Luciana Pizzo

72 NBR 8800:2008 Conectores de cisalhamento
Elementos mistos: normas NBR 8800:2008 Conectores de cisalhamento Pino com cabeça: Norma AWS D1.1:2002 Normalmente:   22,2 mm Aço ASTM A 108: fy=345 MPa e fu=415 MPa Perfil U laminado: especificações para aços estruturais Perfil U formado a frio: NBR 14762 Chapas com espessura maior que 3 mm Fôrma de aço para lajes mistas Perfil formado a frio: NBR 14962 Galvanização com zinco em ambas as faces para proteção Prof. Luciana Pizzo

73 NBR 8800:2008 Concreto Densidade normal: Baixa densidade:
Elementos mistos: normas NBR 8800:2008 Concreto Densidade normal: Módulo de elasticidade secante: (fck MPa) Coeficiente de Poisson: c=0,2 Coeficiente de dilatação térmica: c= 10-5 oC-1 Peso específico: c=24 kN/m3 sem armadura e c=25 kN/m3 com armadura Baixa densidade: Módulo de elasticidade secante: (fck MPa) c  15 kN/m3 sem armadura Prof. Luciana Pizzo

74 Reflexões O uso de elementos misto amplia as possibilidade de sistemas estruturais Pode trazer vantagens estruturais e construtivas No Brasil, as normas ainda estão em fase de desenvolvimento Pesquisas no Brasil e exterior Possibilidade promissora Os materiais devem ser usados de forma a ser explorados suas melhores características: os elementos mistos são alternativas viáveis “Concreteiros” x “metaleiros” Estruturas mistas ou híbridas Prof. Luciana Pizzo


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