estruturas - np2

7/14/2019 Estruturas - NP2

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UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP

ARQUITETURA E URBANISMO – 5º PERÍODO/NOTURNO

Andreia Borges Machado A9911A-4

Eduardo Fernando Cardoso B04256-7

Kelly Rezende Alves B040DJ-5

Sâmela Vieira Silva Evangelista B035DC-4

ESTRUTURAS NA CONSTRUÇÃO CIVIL

Goiânia, 2013



Andreia Borges Machado A9911A-4

Eduardo Fernando Cardoso B04256-7

Kelly Rezende Alves B040DJ-5

Sâmela Vieira Silva Evangelista B035DC-4

ESTRUTURAS NA CONSTRUÇÃO CIVIL

Trabalho apresentado como requisito parcial

para obtenção de aprovação na disciplina de

Sistemas Estruturais – Conceitos para cálculo,

no Curso de Arquitetura e Urbanismo, na

Universidade Paulista – UNIP.

Prof. Alberto Boaventura

Goiânia, 2013



SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO (SEÇÃO PRIMÁRIA)........................................................... 4

2 DESENVOLVIMENTO (SEÇÃO PRIMÁRIA)............................................... 5

2.1 SEÇÃO SECUNDÁRIA................................................................................. 5

2.1.1 Seção terciária............................................................................................ 5




3 CONCLUSÃO (SEÇÃO PRIMÁRIA)............................................................ 6

REFERÊNCIAS............................................................................................. 7

APÊNDICE A – Título do apêndice............................................................ 8

ANEXO A – Título do anexo....................................................................... 9



1. INTRODUÇÃO



2. ESTRUTURA

A estrutura pode ser classificada como a parte resistente de uma construção cuja

função básica é o transporte de esforços.

2.1. ELEMENTOS ESTRUTURAIS BÁSICOS

2.1.1. LAJES

As lajes são elementos de forma laminar (placas) dispostos geralmente no plano

horizontal. Submetidos fundamentalmente a esforços de flexão e cargas normais ao seu plano

médio (na maioria dos casos).

Fig. 01 – Laje

2.1.2. VIGAS

As vigas são elementos de barras, dispostos geralmente no plano horizontal e são mais

rígidas que as lajes. Submetidas principalmente a esforços de flexão e a esforços cortantes e

cargas normais ao seu eixo (na maioria dos casos).

Fig. 02 – Viga



2.1.3. PILARES

Os pilares são elementos de barras, dispostos na vertical (também chamados de

colunas, principalmente em estruturas metálicas). Submetidos a esforços predominantemente

de compressão e cargas predominantemente no sentido axial.

Fig. 03 – Pilar

3. TIPOS DE ESTRUTURAS (MATERIAIS)

3.1. MADEIRA

A madeira é um material não homogêneo com muitas variações. Além disto, existem

diversas espécies com diferentes propriedades. Sendo assim, é necessário o conhecimento de

todas estas características para um melhor aproveitamento do material. Os procedimentos para

caracterização destas espécies de madeira e a definição destes parâmetros são apresentados

nos anexos da Norma Brasileira para Projeto de Estruturas de Madeira, NBR 7190/97.

Conhecer as propriedades físicas da madeira é de grande importância porque estas

propriedades podem influenciar significativamente no desempenho e resistência da madeira

utilizada estruturalmente.

Podem-se destacar os seguintes fatores que influem nas características físicas da

madeira:

• espécie da árvore;

• o solo e o clima da região de origem da árvore;• fisiologia da árvore;



• anatomia do tecido lenhoso;

• variação da composição química.

Devido a este grande número de fatores, os valores numéricos das propriedades da

madeira, obtidos em ensaios de laboratório, oscilam apresentando uma ampla dispersão, que

pode ser adequadamente representada pela distribuição normal de Gauss.

Entre as características físicas da madeira, cujo conhecimento é importante para sua

utilização como material de construção, destacam-se:

• umidade;

• densidade;

• retratibilidade;

• resistência ao fogo;

• durabilidade natural;

• resistência química.

Outro fator a ser considerado na utilização da madeira é o fato de se tratar de um

material ortotrópico, ou seja, com comportamentos diferentes em relação à direção de

crescimento das fibras. Devido à orientação das fibras da madeira e à sua forma de

crescimento, as propriedades variam de acordo com três eixos perpendiculares entre si:

longitudinal, radial e tangencial.

Fig. 04 - Eixos principais da madeira em relação à direção das fibras.

3.1.1. CLASSIFICAÇÃO DAS MADEIRAS NA CONSTRUÇÃO

Madeiras maciças: madeira bruta ou roliça, madeira falquejada, madeira serrada.

Madeiras industrializadas: madeira compensada, madeira laminada (ou micro

laminada) e colada, madeira recomposta.

3.2. AÇO

O aço é uma liga formada basicamente dos elementos ferro (Fe) e carbono (C), comteor máximo de 1,7%. Outros elementos químicos são adicionados para modificar as



características mecânicas do aço, de acordo com sua utilização. Estas adições também são

feitas em baixas porcentagens, por exemplo: manganês 1,65%, cobre 0,60%, etc.

Na natureza, o elemento ferro é encontrado na hematita, minério de ferro em

abundância no Brasil. O carbono acha-se na composição do carvão mineral. A fabricação do

aço é iniciada num forno especial, chamado “alto forno”, onde o minério de ferro e o carvão

mineral são levados a temperaturas bem elevadas (1500ºC). Aí, inicia-se o processo de

fabricação que dará origem ao aço, naturalmente, após uma seqüência de operações

siderúrgicas.

A primeira usina siderúrgica de porte construída no Brasil, foi a Companhia

Siderúrgica Nacional (CSN), situada na cidade de Volta Redonda, inaugurada em 1946. Até

então, a produção de aço do país era insignificante. Nossas construções em Estruturas

Metálicas dependiam quase que totalmente, da importação de perfis. As poucas obras

metálicas existentes na época podiam ser resumidas em pontes ferroviárias, feitas pelos

ingleses, coberturas de pequeno porte e construções especiais, pouco freqüentes, como o

viaduto Santa Efigênia em São Paulo.

A CSN foi construída com assistência técnica da “United States Steel”, na época da

Segunda Guerra Mundial. O programa da empresa visava à fabricação de diversos

produtos siderúrgicos, em especial, os perfis metálicos. Assim, foi introduzido no Brasil o

“padrão americano” de perfis. Isto acarretou a adoção de normas de fabricação de aço de

origem americana, unidades inglesas para as dimensões dos perfis, etc.

As principais Usinas Siderúrgicas brasileiras são a CSN, Cosipa, Usiminas, Belgo-

Mineira, Cofavi (Companhia Ferro e Aço Vitória), Açominas, etc.

A produção das siderúrgicas visa atender toda a demanda nacional nas diferentes áreas

de consumo. Assim, algumas siderúrgicas atendem, por exemplo, a indústria naval, a indústria

automobilística, outras atendem a construção civil, etc.

3.2.1. PROPRIEDADES DO AÇO

• Ductilidade: é a capacidade do material de se deformar sob a ação de cargas sem se

romper. Quanto mais dúctil o aço, maior será a redução de área ou o alongamento antes da

ruptura. A ductilidade tem grande importância nas estruturas metálicas, pois permite a

redistribuição de tensões locais elevadas. As barras de aço sofrem grandes deformações antes

de se romper, o que na prática constitui um aviso da presença de tensões elevadas;

• Fragilidade: é o oposto da ductilidade. Os aços podem ter características deelementos frágeis em baixas temperaturas;



• Resiliência: é a capacidade do material de absorver energia mecânica em regime

elástico;

• Tenacidade: é a capacidade do material de absorver energia mecânica com

deformações elásticas e plásticas;

• Dureza: é a resistência ao risco ou abrasão. A dureza pode ser medida pela

resistência que sua superfície se opõe à introdução de uma peça de maior dureza;

• Resistência à Fadiga: é a capacidade do material suportar aplicações repetidas de

carga ou tensões. É usualmente expressa como um limite de tensão que causa a falha sob

condições de esforços repetidos. Esta tensão pode ocorrer em regime elástico.

3.2.2. ESTRUTURAS ESPACIAIS

As primeiras aplicações de estruturas espaciais foram em cúpulas. Na antiguidade

estas eram construídas de pedras naturais, sendo a madeira somente utilizada a partir da Idade

Média (séc. V a XV). As primeiras estruturas reticuladas surgiram na França e na Alemanha

nos séc. XVIII e XIX.

O uso do aço nestas estruturas tem como primeiro registro uma cúpula construída no

ano de 1811 por BELLANGE e BRUNET. As abóbadas em aço surgem apenas em 1892 com

FLOPPL. O primeiro protótipo de estruturas tridimensionais pré-fabricadas foi feito por

Alexander Graham Bell, o famoso inventor do telefone que, em 1906, juntamente com alguns

colegas, fundou a “Aerial Experiment Association” para tentar construir kits de torres e

biplanos de estruturas tridimensionais pré-fabricadas. Bell construiu vários protótipos destas

estruturas com barras de mesmo comprimento, ligadas por nós bastante simples e

padronizados. Ele referiu-se a estas estruturas como de “extraordinária resistência”. Foi ele,

provavelmente, o primeiro engenheiro a mostrar como se podem fabricar estruturas simples,

leves e resistentes, dando-se atenção especial à possibilidade de redução de custos com a sua

industrialização.

Fig.05 - Bell com a provável primeira estrutura espacial pré-fabricada.



O primeiro sistema com aplicação comercial, utilizado para cobrir edifícios industriais,

e de maior sucesso mundial até hoje, é o sistema MERO. Desenvolvido durante os anos de

1942-43 em Berlim por uma pequena equipe de colaboradores do Eng. Max

Mengeringhausen.

Este sistema utiliza conexões que permitem a união de até 18 barras sem causar

excentricidade na ligação. O sucesso e as vantagens que o sistema MERO trouxe induziu a

que diversos novos sistemas fossem desenvolvidos. Atualmente existem dezenas de sistemas

patenteados e de uso comercial no mundo. Um dos primeiros pesquisadores a se interessar

pelo estudo mais aprofundado destas estruturas foi o Prof. Z. S. MAKOWSKI. A partir do

início da década de 50, seus inúmeros estudos e publicações fizeram com que ele se tornasse

uma das grandes referências mundiais neste tema.

Durante muitos anos, o uso destas estruturas como alternativa estrutural foi

prejudicado pela falta de uma solução que permitisse uma avaliação mais precisa dos esforços

internos − ou pelo menos confiável − já que, por serem de hiperestaticidade elevada, somente

métodos aproximados poderiam ser utilizados. Apenas nas três últimas décadas, com o

advento dos computadores, é que estas estruturas passaram a ser mais utilizadas.

O uso das estruturas espaciais concentra-se, nos dias atuais, basicamente nas

coberturas. Em pisos, este tipo de estrutura, combinada com laje de concreto, já foi utilizado

mostrando-se como uma boa alternativa à laje nervurada − somando-se aí a possibilidade de

pré-fabricação de todo o piso e também propiciando redução das forças nos pilares oriundas

do peso próprio da laje. Em pontes também há registros do uso dessas estruturas.

A beleza intrínseca a estas estruturas faz com que elas também sejam utilizadas sem

finalidade estrutural como, por exemplo, em ornamentos de fachadas. Observa-se também a

sua utilização como uma alternativa de estrutura auxiliar com o objetivo de ‘esconder’

instalações elétricas e de refrigeração em coberturas.

3.3. CONCRETOO concreto é um material resultante da mistura íntima e proporcionada de um

aglomerante (cimento), agregados miúdos, agregados graúdos e água. É considerado o

material mais importante na construção civil e possui várias aplicações além da estrutural, tais

como: revestimento, pavimentos, paredes, canalizações, fundações, etc. É necessário o

conhecimento dos materiais que compõem o concreto, além do aperfeiçoamento dos métodos

de cálculo, para que se possa aproveitar melhor as características do produto.

3.3.1. PROPRIEDADES DO CONCRETO



Do conhecimento das propriedades do concreto, depende a correta utilização deste

material para cada tipo de obra. Assim é que determinadas propriedades são imprescindíveis

para certos tipos de obras, porém são dispensáveis para outras. Por exemplo: a

impermeabilidade do concreto é qualidade essencial para obras hidráulicas, porém não é tão

importante nas estruturas de edifícios.

Massa específica: É uma propriedade importante nos cálculos do peso próprio da

estrutura, varia de acordo com o processo de execução (adensamento, tipo de agregados e

quantidade de vazios).

- concreto armado: 2,4t/m³

- concreto leve: 1,9t/m³

- concreto pesado: 3,5 a 5,5 t/m³

Resistência mecânica: É a principal propriedade dos concretos, é influenciada por

diversos fatores:

- relação água/cimento: a maioria dos defeitos na resistência mecânica do concreto são

causados pelo excesso de água colocado a fim de facilitar o amassamento. A influência desta

relação é representada pela quantidade de água não necessária à hidratação do cimento e que

irá evaporar, deixando vazios no interior, os quais serão diretamente responsáveis pela queda

da resistência.

- idade: quanto maior a idade do concreto, maior sua resistência mecânica.

Durabilidade: A durabilidade do concreto é relacionada com o fator água/cimento. Há

tabelas determinadas por pesquisadores que limitam esta relação em concretos, dependendo

das dimensões da peça e do tipo de exposição. É também importante obter uma

trabalhabilidade adequada, operações perfeitas de amassamento, adensamento e cura.

Permeabilidade e absorção: Essas propriedades são afetadas por diversos fatores:

- materiais constituintes: água (quantidade e pureza), cimento (quantidade, finura e

composição), agregados (quantidade, tipos, graduação, impurezas e umidade) e aditivos(quimicamente ativos ou inertes);

- métodos de preparação: mistura, lançamento, adensamento e acabamento;

- tratamento: idade, cura e condições de ensaio.

Deformação: O concreto se deforma sob ação de vários fatores, tais como: hidratação

do cimento, solicitação mecânica, variações hidrométricas e térmicas. As solicitações

mecânicas são responsáveis por dois tipos de deformação: imediata (aparece logo após a

aplicação do carregamento) e lenta (aparece ao longo do tempo com a manutenção docarregamento).



A variação de volumes devida às variações hidronométricas e à retração é função da

quantidade de cimento e da relação água/cimento, aparecendo então as fissuras. Várias causas

contribuem para o fissuramento da estrutura: resistência do concreto, relação entre as

resistências do concreto e do aço, variações dimensionais devidas à retração e espessura do

comprimento da armadura.

Com exceção das estruturas destinadas à contenção de água, é admissível o

aparecimento de fissuras. Elas geralmente aparecem nas zonas de tração onde são diferentes

as deformações do aço e do concreto.

- Estruturas expostas à intempéries (pontes): primeiramente se dá uma contração

(retração) e depois, expansões e contrações, que dependem das condições de exposição da

estrutura e do grau de umidade da atmosfera.

- Estruturas protegidas: há retração inicial e pequena, ou nenhuma, deformação devida

às condições atmosféricas.

- Estruturas submersas: o concreto expande quando a estrutura entra em serviço,

havendo uma soma algébrica de efeitos. Porém, quando a estrutura é esvaziada para limpeza

ou manutenção ela se comporta como estrutura exposta.

- Estruturas expostas às intempéries durante a construção, verifica-se a retração inicial,

enquanto o cimento reage.

Outro tipo de deslocamento que pode ocorrer é devido às fundações. Quando a

capacidade portante do solo não é uniforme, os recalques diferenciais podem aparecer,

causando fissuramento.

Propriedade acústica: O coeficiente de redução de ruído tem um valor típico de 0,27

para concretos normais, e de 0,45 para concretos leves. Esses valores podem variar com a

textura, porosidade e pintura da superfície.

3.3.2. CONCRETO ARMADOConcreto Armado é um material de construção resultante da união do concretosimples

e de barras de aço, envolvidas pelo concreto, com perfeita aderência entre os doismateriais, de

tal maneira que resistam ambos solidariamente aos esforços a que forem submetidos.

Para a composição do concreto armado, pode-se indicar esquematicamente:

1) cimento + água = pasta

2) pasta + agregado miúdo = argamassa

3) argamassa + agregado graúdo = concreto



4) concreto + armadura de aço = concreto armado. Nesse item pode-se fazer uma nova

subdivisão em função da forma de trabalho da armadura:

4.1 - concreto + armadura passiva = concreto armado

4.2 - concreto + armadura ativa = concreto protendido; neste caso a armadura (ou a

cordoalha) é preliminarmente submetida a esforços de tração visando melhorar o desempenho

estrutural da peça a ser concretada. Deve-se destacar a possibilidade de utilização da

“argamassa armada” (algumas vezes também chamada de “microconcreto”) que tem a mesma

origem do concreto armado só com a ausência do agregado graúdo. Normalmente, como

armação, são utilizadas as tradicionais telas soldadas. Os elementos de argamassa armada são

caracterizados pela pequena espessura - da ordem de 20 mm em média.

Atualmente, está sendo cada vez mais empregado nas estruturas o “Concreto de Alto

Desempenho” - CAD. É um concreto obtido com um aditivo superfluidificante e com a adição

de sílica ativa. O CAD é um concreto com propriedades superiores às do concreto tradicional,

sobretudo quanto à durabilidade e à resistência. Ele é mais resistente, menos poroso, mais

impermeável, mais resistente à ambientes agressivos, apresentando maior proteção para as

armaduras e possui maior durabilidade. Enquanto as resistências características (fck) dos

concretos tradicionais normalmente não ultrapassam 21 MPa, com o CAD é possível se

atingir resistências superiores a 100 MPa.

Outra alternativa existente é a possibilidade de se adicionar às misturas de argamassas

e de concretos determinadas fibras sintéticas, de materiais poliméricos (propileno), vidro (com

restrições), poliéster ou náilon, fibras de aço e carbono. Estas fibras melhoram o

comportamento dos elementos com elas fabricados, trazendo vários benefícios técnicos como:

redução da retração plástica, aumento das resistências ao impacto, à abrasão, ao fogo e à

penetração de substâncias químicas e da água. Entretanto, não possuem função estrutural e

não devem substituir as armaduras convencionais.

3.3.3. CONCRETO ARMADO – VANTAGENS

a) Economia - o concreto se revela mais barato que a estrutura metálica, exceto em

casos de vãos muitos grandes. Em muitos casos os agregados podem ser obtidos no próprio

local da obra. Não exige mão de obra especializada.

b) Durabilidade - a resistência do concreto aumenta com o tempo.

c) Adaptação a qualquer tipo de forma.

d) Manutenção e conservação praticamente nulas.e) Resistência ao fogo.



f) Impermeabilidade.

g) Monolitismo.

h) Resistência ao desgaste mecânico (choques, vibrações).

i) Facilidade de execução (fácil emprego e manuseio).

3.3.4. CONCRETO ARMADO – DESVANTAGENS:

a) Grande peso-proprio 2500 kg / m3 (pode ser reduzido com utilização de agregados

leves)

b) Reforma e demolições difíceis ou ate impossíveis.

c) Baixo grau de proteção térmica.

d) Demora de utilização (o prazo pode ser reduzido com a utilização de aditivos).

3.4. CONCRETO PROTENDIDO

Datam do final do século passado, as primeiras experiências de uso do concreto

protendido. Foram tentativas fracassadas provocadas pelas perdas provenientes da retração e

fluência do concreto que praticamente anularam as forças iniciais de protensão. Eugene

Freyssinet (França, 1928) utilizou arames refilados de alta resistência resolvendo o problema

gerado pela perda progressiva de protensão. Hoyer, na Alemanha, fez as primeiras aplicações

práticas do concreto protendido com aderência inicial utilizando fios de alta resistência.

A primeira ponte protendida foi a de Aue, na Alemanha, projetada por Dischinger

(1936) com protensão sem aderência (cabos externos). Com os equipamentos e ancoragens de

protensão (fabricados inicialmente por Freyssinet na França em 1939 e Magnel na Bélgica em

1940), divulgou-se o uso do concreto protendido nas obras. Ulrich Finsterwalder, desenvolveu

a aplicação do protendido às pontes construídas em balanços sucessivos. Este processo foi

originalmente utilizado por Emílio Henrique Baumgart no projeto e construção da ponte de

concreto armado sobre o Rio do Peixe em Herval, Santa Catarina. No Brasil, a primeira ponte protendida foi construída no Rio de Janeiro em 1949,

projetada por Freyssinet. Inicialmente, procurava-se eliminar totalmente, as tensões normais

de tração com a protensão (protensão completa). Atualmente, existe a tendência em utilizar a

protensão parcial onde, em situações de combinações extremas de ações, permite-se a

fissuração da peça como ocorre no concreto armado. Desta forma tem-se, hoje, a unificação

do concreto armado com o concreto protendido constituindo o concreto estrutural.



3.4.1. CONCRETO PROTENDIDO – VANTAGENS

a) Emprego de aços de alta resistência. Estes aços não são viáveis no concreto armado

devido à presença de fissuras de abertura exagerada provocadas pelas grandes deformações

necessárias para explorar a sua alta resistência; além disso, em certas situações existem

dificuldades para se conseguir estas deformações. Ao mesmo tempo em que a alta resistência

constitui uma necessidade para a efetivação do concreto protendido (por causa das perdas

progressivas), ela elimina os problemas citados.

b) Eliminação das tensões de tração. Havendo necessidade, consegue-se eliminar as

tensões de tração e, portanto, a fissuração do concreto. De qualquer forma, constitui um meio

eficiente de controle de abertura de fissuras quando estas forem permitidas.

c) Redução das dimensões da seção transversal. O emprego obrigatório de aços de alta

resistência associado a concretos de maior resistência permite redução das dimensões da

seção transversal com redução substancial do peso próprio. Têm-se, assim, estruturas mais

leves que permitem vencer maiores vãos. Também, a protensão favorece a resistência ao

cisalhamento, além de reduzir a força cortante efetiva.

d) Diminuição da flecha. A protensão, praticamente, elimina a presença de seções

fissuradas. Tem-se, assim, redução da flecha por eliminar a queda de rigidez a flexão

correspondente à seção fissurada.

e) Desenvolvimento de métodos construtivos. A protensão permite criar sistemas

construtivos diversos: balanço sucessivos, pré-moldados e etc.

3.4.2. CONCRETO PROTENDIDO – DESVANTAGENS

Problemas com armaduras ativas e desvantagens do concreto protendido.

a) Corrosão do aço de protensão. Como nos aços de concreto armado as armaduras de

protensão também sofrem com a corrosão eletrolítica. No entanto nas armaduras protendidas

apresentam outro tipo de corrosão, denominado corrosão sob tensão (stress-corrosion)

fragilizando a seção da armadura, além de propiciar a ruptura frágil. Por este motivo àarmadura protendida deve ser muito protegido.

b) Perdas de protensão. São todas as perdas verificadas nos esforços aplicados nos

cabos de protensão.

b.1) Perdas imediatas, que se verificam durante a operação de estiramento e

ancoragem dos cabos:

b.1.1) Perdas por atrito, produzidas por atrito do cabo com peças adjacentes, durante a

protensão;



b.1.2) Perdas nas ancoragens. Provocadas por movimentos nas cunha de ancoragem,

quando o esforço no cabo é transferido do macaco para a placa de apoio;

b.1.3) Perdas por encurtamento elástico do concreto.

b.2) Perdas retardadas, que ocorrem durante vários anos:

b.2.1) Perdas por retração e fluência do concreto. Produzidas por encurtamentos

retardados do concreto, decorrentes das reações químicas e do comportamento viscoso.

b.2.2) Perdas por relaxação do aço, produzidas por queda de tensão nos aços de alta

resistência, quando ancoradas nas extremidades, sob tensão elevada.

c) Qualidade da injeção de nata nas bainhas e da capa engraxada nas cordoalhas

engraxadas.

d) Forças altas nas ancoragens.

e) Controle de execução mais rigoroso.

f) Cuidados especiais em estruturas hiperestáticas.

3.5. ESTRUTURAS MISTAS

3.5.1. AÇO E CONCRETO

O desenvolvimento dos diversos sistemas estruturais e construtivos fez surgir, entre

outros, os sistemas formados por elementos mistos aço-concreto, cuja combinação de perfis

de aço e concreto visa aproveitar as vantagens de cada material, tanto em termos estruturais

como construtivos. Nas construções mistas, o concreto foi primeiramente usado, no início do

século, como material de revestimento, protegendo os perfis de aço contra o fogo e a corrosão

e embora o concreto pudesse ter alguma participação em termos estruturais, sua contribuição

na resistência era desprezada. Hoje, vigas, colunas e lajes mistas são intensamente usadas em

edifícios multi-andares no exterior e estão evoluindo no Brasil. A construção em sistema

misto é competitiva para estruturas de vãos médios a elevados, caracterizando-se pela rapidez

de execução e pela significativa redução do peso total da estrutura.

3.5.2. LAJES MISTAS

O sistema de lajes mistas consiste na utilização de uma fôrma permanente nervurada

de aço, como suporte para o concreto antes da cura e da atuação das cargas de utilização.

Após a cura do concreto, os dois materiais, a fôrma de aço e o concreto, solidarizam-se

estruturalmente, formando o sistema misto. A fôrma de aço substitui então a armadura

positiva da laje.



Fig. 06 – Laje mista

São diversas as funções das fôrmas de aço empregadas nas lajes mistas. Além de

suportarem os carregamentos durante a construção e funcionarem como plataforma de

trabalho, contraventam a estrutura, desempenhando o papel de diafragma horizontal,

distribuem as deformações por retração, evitam a fissuração excessiva do concreto,apresentam vantagens como a possibilidade de dispensa do escoramento da laje e a facilidade

oferecida à passagem de dutos e instalações. O comportamento misto é alcançado após a cura

do concreto da laje, quando a fôrma de aço transmite as tensões cisalhantes horizontais na

interface com o concreto através de ligações mecânicas fornecidas por saliência e

reentrâncias (mossas) existentes na fôrma.

3.5.3. VIGAS MISTAS

As vigas mistas resultam da associação de uma viga de aço com uma laje de concreto

ou mista, cuja ligação é feita por meio dos conectores de cisalhamento, geralmente soldados à

mesa superior do perfil. Em edifícios, o perfil mais utilizado como viga de aço é do tipo "I".

As lajes de concreto podem ser moldadas in loco, com face inferior plana ou com fôrma de

aço incorporada, ou ainda, podem ser formadas de elementos pré-fabricados.

Uma das vantagens da utilização de vigas mistas em sistemas de pisos é o acréscimo

de resistência e de rigidez propiciados pela associação dos elementos de aço e de concreto, o

que possibilita a redução da altura dos elementos estruturais, resultando em economia de

material.

Fig. 07 – Viga mista

http://www.metalica.com.br/images/stories/Id2511/caracterizacao-das-construcoes-mistas-aco-concreto-08.jpg




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.

3.5.4. 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 8 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 8(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.

Fig. 08 – Pilares mistos




Os pilares mistos, parcialmente revestidos, caracterizam-se pelo não envolvimento

completo da seção de aço pelo concreto, conforme ilustra a figura 8(b). Os pilares mistos

preenchidos são elementos estruturais formados por perfis tubulares, preenchidos com

concreto de qualidade estrutural, conforme a figura 8(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.

3.5.5. CONCRETO E MADEIRA

A exposição direta e contínua das estruturas de madeira às intempéries é um motivo de

constante preocupação, pois promove a sua deterioração e compromete a segurança dessas

construções e, conseqüentemente, de seus usuários. Uma das possibilidades para amenizar

esse inconveniente consiste em associar uma laje de concreto à mesma, gerando as chamadas

estruturas mistas de madeira-concreto, que além de garantir o aumento da vida útil das

estruturas de madeira, também é capaz de melhorar o seu comportamento mecânico.

Por permitirem que as melhores qualidades da madeira e do concreto sejam

aproveitadas, os compósitos desses materiais têm se tornado populares. De fato, a madeira é

posicionada na região tracionada da seção mista, enquanto que o concreto é usado

praticamente na compressão, obtendo-se, então, sua melhor performance em termos de

resistência e rigidez. Dessa maneira é possível obter uma seção transversal estruturalmente

eficiente, sendo rígida e leve ao mesmo tempo.

Na Fig. 09 encontra-se ilustrado o sistema misto, em que se pode observar a madeira e

o concreto interligados por um conector contínuo, feito a partir de uma chapa de aço

perfurada e galvanizada. Esse sistema de conexão é patenteado pela empresa alemã HBV

Systeme, porém há inúmeras formas de realizar essa ligação, o que será apropriadamente

discutido, mais adiante.

Fig. 09 - Estrutura mista de madeira-concreto.



Pelas suas características e particularidades, o sistema misto de madeira-concreto pode

ser empregado em obras de readequação ou revitalização, assim como em novas edificações.

Seu emprego tem sido freqüente nas readequações de edificações antigas da Europa, visando

melhorar as deficiências apresentadas pelas construções de alvenaria com piso de madeira. A

Fig. 10 mostra um detalhe da adição de uma camada de concreto em uma edificação de

alvenaria, com estrutura de piso em madeira.

Fig. 10 - Detalhe de fixação de laje de concreto em piso de madeira.

O desempenho estrutural das estruturas mistas de madeira-concreto é incentivador. Em

Ceccotti (1995) afirma-se que a capacidade de carga de um piso de madeira tradicional pode

ser dobrada e sua rigidez transversal melhorada em torno de três ou quatro vezes. Por sua vez,

em Davids (2001) se destaca que, quando comparadas às vigas de madeira e concreto com os

materiais considerados isoladamente, ou seja, sem qualquer efeito de interação, a

consideração da interação entre a madeira e o concreto resulta em um aumento de resistência

à flexão em pelo menos 40% e acréscimos na rigidez em 200% ou mais.

Em Murthy (1984) é citada a experiência com esse método, em que foram utilizados

arafusos para formar compósitos de madeira-concreto nos pisos e escadas de edifício da

National University of Singapore. Relata-se, em Ahmadi e Saka (1993), o uso de pregos de

alta resistência, como conectores, para resistirem ao cisalhamento em pisos de madeira-

concreto na região do Golfo Pérsico. Seus resultados mostraram que, a partir de uma

penetração de 11⋅d, não há quase nenhuma diferença na resistência ao cisalhamento dos

pregos e assim, fixaram essa profundidade de penetração para se obter uma resistência

suficiente. Os ensaios com as vigas produzidas mostraram que a capacidade de carga da

estrutura mista duplicou em relação a uma não composta e as flechas no meio do vão foram

reduzidas em 1/5.



Mostram-se, em Meierhofer (1993), os pormenores de um sistema de construção

europeu, baseado no conceito de estrutura mista de madeira e concreto, e é citada a construção

de setenta projetos usando esse sistema, incluindo uma capa de concreto em um piso de

madeira existente para melhorar sua rigidez e resistência. Esse autor identifica os benefícios

desses compósitos em edifícios, especialmente em pisos, como:

• Construção rápida.

• A madeira pode atuar como forro e receber outros acabamentos.

• Considerável aumento da rigidez quando comparado aos pisos de madeira

convencionais.

• Melhoria na performance acústica e relativa ao fogo.

• Efetivo reforço e melhoria de antigos pisos de madeira quando combinados com uma

capa de concreto.

• Melhoria das condições de conforto e isolamento.

Em Natterer et al. (1996) detalha-se a aplicação do sistema misto de madeira-concreto

em edifícios de múltiplos pisos, em que uma laje de concreto é adicionada a um piso e

madeira, constituído por lâminas verticalmente pregadas com altura de 160 mm. As forças de

cisalhamento são absorvidas por entalhes na madeira, que são preenchidos pelo concreto, com

a adição de parafusos que são pós-tensionados após a cura do concreto. A vantagem desse

pós-tensionamento é que a folga causada pela retração do concreto é reduzida drasticamente.

Recomenda o seu emprego para vãos entre sete e quinze metros. Vigas mistas de

concreto e madeira serrada reforçada com fibras de vidro, em que foram utilizados parafusos

na ligação entre os materiais, foram ensaiadas e os resultados apresentados em Brody et al.

(1999). O objetivo do estudo foi avaliar o grau de composição da seção transversal. Os

resultados demonstraram que a rigidez real da viga mista é aproximadamente 67% da rigidez

teórica da viga, quando se considera a composição total dos materiais.

Em Van der Linden (1999) expõem-se os estudos sobre o sistema misto demadeiraconcreto, em que foram realizados ensaios com quatro diferentes tipos de conectores,

em corpos-de-prova assimétricos. O concreto utilizado enquadrou-se na classe C25, conforme

o Cap. 2 – Revisão bibliográfica 36 EUROCODE 2 (1989), com armadura mínima disposta

na parte central da laje. A madeira utilizada na confecção dos corpos-de-prova de

cisalhamento foi Spruce. Um dos sistemas de conexão ensaiados foi constituído por um

entalhe circular na madeira, com 70 mm de diâmetro e profundidade de 30 mm, no qual foi

inserido um pino obtido a partir de barras de aço trefilado para concreto armado, comdiâmetro de 20 mm. O concreto que preencheu esse entalhe diminuiu os efeitos de



embutimento na madeira. O módulo de deslizamento de serviço – que será apropriadamente

definido na seção 2.5.1 – encontrado para esse sistema foi equivalente a 494 N/mm/mm.

Esse autor produziu, ainda, 40 vigas mistas com vãos variando entre cinco e seis

metros – que representa situações freqüentes em estruturas de pisos – as quais foram

submetidas à flexão em quatro pontos. A laje de concreto foi projetada para ter a menor

espessura possível, de modo a alcançar o menor peso próprio, resultando em uma espessura

de 50 mm. As vigas de MLC tiveram uma altura de 200 mm para atender aos requisitos

normativos dos estados limites últimos e de utilização, após a fixação da largura da viga de

madeira em 100 mm e da laje de concreto em 600 mm. Todas as vigas romperam-se devido às

falhas na região tracionada da MLC, nas proximidades dos nós ou emendas dentadas, e modo

frágil.

Um modelo elasto-plástico para vigas mistas de madeira-concreto, considerando a

ductilidade do sistema de ligação, é apresentado em Frangi e Fontana (2003). Os autores

ressaltam que o deslizamento entre a mesa de concreto e a viga de madeira conduz ao efeito

de composição parcial da seção transversal. Sob flexão, a hipótese de Bernoulli não é válida

para toda a seção transversal, porém, as seções podem ainda ser consideradas planas ao

analisar os materiais independentemente. Encontraram boa concordância entre os resultados

obtidos experimentalmente e aqueles gerados a partir do modelo desenvolvido. Embora os

resultados e vantagens, anteriormente apresentados, demonstrem uma perspectiva animadora

para a aplicação do sistema misto em diversos tipos de construções, até o presente momento

não existe no Brasil nenhuma especificação normativa para o seu dimensionamento.



4. CONCLUSÃO



5. BIBLIOGRAFIA

NBR 6118:2004 – Projeto de Estruturas de concreto.

NBR 7187:2003 – Projeto de Pontes de Concreto Armado e de Concreto Protendido.

NBR 10839:1989 – Execução de Obras de Arte Especiais em Concreto Armado e Concreto

Protendido.

NBR 9062:1985 – Projeto e Execução de Estruturas de Concreto Pré-moldado.

MAGALHÃES, J.R.M.; MALITE, M. Alguns aspectos relativos ao projeto e àconstrução de estruturas metálicas espaciais. In: CONGRESSO DEENGENHARIA CIVIL DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DEFORA, 2. Juiz de Fora, 1996. Anais. Juiz de Fora, UFJF, 1996.

estruturas - np2

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