Estruturas mistas ao-concreto - EcivilUFES ? Em vigas de ao isoladas, o escorregamento na interface

  • Published on
    26-Aug-2018

  • View
    212

  • Download
    0

Transcript

23/10/20131Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoEstruturas mistas ao-concretoProf. Fernanda CalenzaniUniversidade Federal do Esprito SantoCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoVigas mistas ao-concretoUniversidade Federal do Esprito Santo23/10/20132Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoA transmissoparcial ou total dos esforos cisalhantes longitudinais, garantida pela utilizao de conectores de cisalhamento oupelo embutimentodo perfil.Tipos de Vigas MistasCurso de Estruturas Mistas Ao e Concreto- Moldada in-loco Laje de concreto macia onde os conectores so soldados diretamente mesa superior do perfil e incorporados laje;- Mista moldada in-loco com frma de ao incorporada, onde os conectores so soldados Atravs da frma de ao mesa do perfil;Tipos de lajes usadas nas Vigas Mistas23/10/20133Curso de Estruturas Mistas Ao e Concreto laje contendo elementos pr-fabricados e moldados in loco. Neste caso, as vigotas so espaadas da largura das lajotas cermicas de enchimento, apiam-se na mesa superior das vigas metlicas e os conectores so soldados a esta mesa nos intervalos entre as vigotas- Pr-moldada Tipos de lajes usadas nas Vigas MistasCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoEm vigas de ao isoladas, o escorregamento na interface ao-concreto permitido e formam-se duas linhas neutras. A resistncia da laje no plano de flexo da viga no considerada.No caso de interao parcial, ocorre a formao de duas linhas neutras, porm com escorregamento relativo inferior ao da viga isolada. E, por fim, no caso de interao total considera-se que o deslocamento relativo na interface possa ser desprezado e assim ocorre a formao de apenas uma linha neutra.Interao total e parcial em vigas mistas23/10/20134Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoNa interao parcial, o estado limite ltimo que governa o dimensionamento est relacionado ao colapso da conexo Na interao total, o estado limite ltimo que prevalece est relacionado ao esgotamento da resistncia da seo mista flexo.Interao total e parcial em vigas mistasCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoUm aspecto importante no dimensionamento de estruturas mistas a verificao da condio durante a construo, pois o concreto necessita de um perodo, para atingir a sua resistncia de projeto, e as solicitaes impostas durante esta fase podem ser diferentes da situao definitiva.O peso prprio do concreto normalmente substancial e, por isto, muitas vezes, a dimenso necessria do perfil de uma viga mista pode ser determinada pela sua capacidade de resistir isoladamente s solicitaes durante a construo.Construes Escorada e No Escorada23/10/20135Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoTodos os esforos sero resistidos pela seo mistaAs deflexes tambm sero as da seo mista; portanto, menores que da seo isolada. No h necessidade de verificao na situao de construoConstruo EscoradaCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoDurante a fase de construo, os perfis de ao das vigas mistas devem ser dimensionados para resistir a todos os esforosAps a cura do concreto, o carregamento acidental ser resistido pela seo mista, no entanto, ocorre uma sobreposio das tenses aplicadas antes e depois da cura do concreto.Construo No Escorada23/10/20136Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoOs estados limites ltimos possveis no sistema misto so devidos aatuao do momento fletor e da fora cortante. Porm, como amesa superior do perfil de ao encontra-se continuamente unida laje pelos conectores, no pode ocorrer a flambagem lateral comtoro (FLT). Alm disso, mesmo que a mesa superior estejacomprimida, sua flambagem local (FLM) no representa umaestado-limite ltimo.Portanto, nas vigas mistas biapoiadas, o estado limite ltimo paramomento fletor est associado apenas flambagem local da alma(FLA).Estados limites ltimos para Construo EscoradaCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoAs vigas de ao devem possuir resistncia para suportar todas as aes que aparecem antes da cura. Devem ser verificados os estados limites de FLT, FLM e FLA.Geralmente, nas vigas internas, as formas proporcionam conteno lateral contnua, mas nas vigas de extremidade, devem ser tomados cuidados especiais como, por exemplo, fix-las forma ou viga adjacente (Castro e Silva e Fakury, apostila UFMG). A viga de ao calculada assumindo-se que esteja lateralmente travada pela frma, se esta possuir rigidez suficiente e estiver adequadamente ligada a ela, como o caso de frmas de ao de nervuras transversais ao eixo da viga, (Queiroz, 2001).Estados limites ltimos para Construo no Escorada23/10/20137Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoFlecha excessivaA soma da flecha do perfil de ao, pa, isolado sujeito cargapermanente nominal aplicada antes da cura, com a flecha da vigamista, vm, sujeita combinao rara de aes aplicadas aps a curano deve exceder L/350, sendo L o vo da viga. Alm disso, a parcelavm no deve exceder 15 mm quando houver paredes de alvenariasobre ou sob o piso analisado.Estados limites de servioCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoVibraes excessivasA ABNT NBR 8800:2008 apresenta uma recomendao prtica quenem sempre adequada. Consiste na aplicao de limites para odeslocamento das vigas de piso, conforme a seguir: 20 mm para pisos sujeitos atividades de caminhada apenas, 9 mm para pisos sujeitos atividades rtmicas (dana ouginstica) ou prticas de esportes pouco repetitivas, 5mm para os pisos acima citados, porm com prticas deesportes muito repetitivas.Estados limites de servio23/10/20138Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoConectores de cisalhamentoCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoA resistncia dos conectores normalmente analisada por meio de ensaios tipo push out cujo esquema est apresentado abaixo. As mesas de um pequeno perfil I de ao so conectadas a duas lajes de concreto tambm pequenas. As lajes so colocadas em cima de uma chapa da mquina de ensaio de compresso e a carga aplicada na extremidade superior do perfil de ao. O deslizamento entre o perfil de ao e as duas lajes medido em muitos pontos. O deslizamento mdio plotado versus a carga em um pino com cabea, onde pode ser determinada a carga de falha do conector.Conectores de cisalhamento23/10/20139Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoEnsaios de push out necessitam ser feitos para um intervalo deresistncia do concreto, pois a resistncia do concreto influencia o modode falha bem como a carga de falha. Outra propriedade que pode serobtida deste tipo de ensaio a capacidade de deslizamento, u.Segundo o EN 1994-1-1, u o mximo deslizamento no nvel de carga PRk, normalmente no intervalo de falha da curva carga versus deslizamento.Conectores de cisalhamentoCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoDe acordo com o EN 1994-1-1, um conector pode ser considerado dtil, se u > 6 mm.Os conectores rgidos apresentam ruptura frgil, isto , no apresenta patamar de escoamento, enquanto os conectores flexveis apresentam este patamar e consequentemente apresenta ruptura dctil.O uso de conectores flexveis conduz a um projeto mais simples.Conectores de cisalhamento23/10/201310Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoA distribuio das tenses cisalhantes em uma viga biapoiada prxima ao modelo de fora cortante para este tipo de viga. Isto , esforo mximo nos apoios variando lineramente e esforo nulo no meio do vo.Com a capacidade de deformao dos conectores flexveis antes da ruptura possvel considerar uma redistribuio das tenses do conector mais solicitado (prximo ao apoio) ao menos solicitado (no meio do vo). Pode-se ento projetar o conector e seu espaamento constantes ao longo do voConectores de cisalhamentoCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoNo caso da anlise elstica em que todos os componentes da viga mista estejam trabalhando sob tenses elsticas, conveniente que o espaamento entre conectores seja diferenciado ao longo da viga, concentrando-os nos apoios e nas regies de carga concentrada.Nos casos possveis de anlise rgido-plstica, em vigas mistas submetidas aes uniformemente distribudas, pode-se considerar espaamento constante entre conectores, desde que estes sejam dcteis, isto sejam capazes de retribuir as tenses.A NBR 8800 (2008) s trata de conectores dcteis, tipo pino com cabea e perfil U laminado ou formado a frioConectores de cisalhamento23/10/201311Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoNo caso de conectores dcteis, quando a resistncia mxima atingida, ocorre a deformao e a transferncia do esforo para o conector vizinho, e assim por diante dos apoios para o meio do vo, admitindo-se plastificao total dos conectores. Desta maneira, pode-se projetar o conector e seu espaamento constantes ao longo de todo o vo.Conectores de cisalhamentoCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoConector tipo pino com cabeaDesenvolvido na dcada de 40, consiste de um pino especialmente projetadopara funcionar como um eletrodo de solda por arco eltrico e ao mesmo tempo,aps a soldagem, como conector de cisalhamento, possuindo uma cabea comdimenses padronizadas para cada dimetroNa prtica, apenas o dimetro de 19 mm utilizado em estruturas. Seroconsiderados apenas os conectores dutis, ou seja, aqueles cujo comprimentoseja superior a quatro vezes o dimetro, portanto, igual ou superior a 76 mm.23/10/201312Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoConector tipo pino com cabeaO ao utilizado na fabricao dos pinos o ASTM A-108 grau 1020. Deve-seespecific-lo para ser produzido com resistncia trao mnima de 415 MPa elimite de escoamento no inferior a 345 MPa.Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoResistncia de um Conector tipo pino com cabea=)2.()1.(21EqfARREqEfAQcsucscspgcscckcsRdAcs = rea do conectorEc = mdulo de elasticidade do concretofck = resistncia caracterstica do concretoOs conectores tipo pino com cabea podem alcanar sua mxima carga quando oconcreto ao seu redor falha, ou, se o concreto for mais resistente, quando o corpo doconector falha por cisalhamento. Portanto, a resistncia QRd de um pino com cabeadeve ser tomada como o menor entre os valores obtidos pelas Eqs. (1) e (2)23/10/201313Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoResistncia de um Conector tipo pino com cabea=)2.()1.(21EqfARREqEfAQcsucscspgcscckcsRdfucs = resistncia ruptura do ao do conectorRg = coeficiente para considerao do efeito de atuao de grupos de conectoresRp = coeficiente para considerao da posio do conectorCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoConector tipo pino com cabeaO comportamento de conectores colocados dentro de nervuras das frmas de ao muito mais complexo que o dos colocados em lajes macias, sendo influenciado por diversos fatores. Esses fatores podem provocar uma reduo da resistncia nominal dos conectores, da a necessidade de incorporao dos coeficientes Rp e Rg na segunda frmulaDeve-se tomar para o coeficiente Rg os seguintes valores: a) 1,00, para um conector soldado em uma nervura de frma de ao perpendicular ao perfil deao; para qualquer nmero de conectores em uma linha soldados diretamente no perfil deao; para qualquer nmero de conectores em uma linha soldados atravs de uma frma deao em uma nervura paralela ao perfil de ao e com relao bf/hf igual ou superior a 1,5;Resistncia de um Conector tipo pino com cabea23/10/201314Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoConector tipo pino com cabeab) 0,85, para dois conectores soldados em uma nervura de frma de ao perpendicular aoperfil de ao; para qualquer nmero de conectores soldados atravs de uma frma de aoem uma nervura paralela ao perfil de ao e com relao bf/hf inferior a 1,5.c) 0,7, para trs ou mais conectores soldados em uma nervura de frma de aoperpendicular ao perfil de ao.Resistncia de um Conector tipo pino com cabeaCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoConector tipo pino com cabeaRp deve ter os seguintes valores :-1,00 para conectores soldados diretamente no perfil de ao; havendo nervuraparalelas ao perfil, pelo menos 50% da mesa deve ter contato com concreto;-0,75 para conectores soldados em laje mista com nervuras perpendicularesao perfil e . Para conectores soldados em uma forma comnervuras paralelas ao perfil;- 0,60 para conectores soldados em laje mista com nervuras perpendicularesao perfil emmemh 50.50mmemh Resistncia de um Conector tipo pino com cabea23/10/201315Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoConector tipo pino com cabeaResistncia de um Conector tipo pino com cabeaRg RpLaje Macia - 1,0 1,0Laje Mista com nervuras orientadas paralelamente1,0 0,750,85 0,75Laje Mista com Nervuras orientadas perpendicularmente (nmero de conectores ocupando a mesma nervura)1 1,0 0,6*2 0,85 0,6*3 ou mais 0,7 0,6*Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoResistncia de um conector tipo pino com cabea23/10/201316Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoResistncia de um conector tipo pino com cabeaCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoResistncia de um conector tipo pino com cabeaEstudos feitos nos EUA mostram que a resistncia esttica total de um pinocom cabea pode ser desenvolvida se a relao d/t (dimetro doconector/espessura da chapa a qual forem soldados) for menor que 2,7,entretanto, o EN 1994-1-1 utiliza o limite de 2,5. Essa regra impede o uso depinos com cabea como conexo de cisalhamento em lajes mistas. Ensaios comcargas repetitivas mostraram que para a mesa sujeita a tenso de traoalternadas, d/t no pode ser superior a 1,5.23/10/201317Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoDisposies para o uso de lajes mistas em vigas mistas Altura hF das nervuras da frma de ao igual ou inferior a 75 mm; Largura mdia bF da msula ou da nervura situada sobre o perfil de ao deve ser igualou superior a 50 mm. Para efeito de clculo, essa largura no pode ser tomada maiorque a largura livre mnima no nvel do topo da frma; Os conectores podem ser soldados ao perfil de ao atravs da frma ou diretamente,fazendo-se furos na frma; no caso de solda atravs da frma so necessrios cuidadosespeciais para garantir a fuso completa do conector com o perfil, quando a espessurada frma for maior que 1,5 mm para frma simples e 1,2 mm no caso de uma frmasuperposta outra, ou ainda quando a soma das espessuras das camadas degalvanizao corresponder a uma massa maior que 385 g/m2; Projeo dos conectores acima do topo da frma, depois de instalados, igual ousuperior a 40 mm; Cobrimento de concreto acima do topo da frma de ao igual ou superior a 50 mm.Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoDisposies para o uso de lajes mistas em vigas mistas23/10/201318Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoConector perfil U laminado( )cscckcswcsfcsRdEfLttQ5,03,0 +=tfcs = espessura da mesa do conectortwcs = espessura da alma do conectorLcs = comprimento do perfil UResistncia de um Conector perfil U A fora resistente de clculo de um conector de cisalhamento em perfil Ulaminado, com altura da seo igual ou superior a 75 mm totalmenteembutido em laje macia de concreto com face inferior plana ediretamente apoiada sobre a viga de ao, dada por:Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoConector perfil U formado a frioA fora resistente de clculo de um conector de cisalhamento em perfil U formado a frio deve ser determinada com a frmula anterior, tomando-se as espessuras da mesa e da alma iguais espessura da chapa do conectorResistncia de um Conector perfil U laminadoObservaoOs perfis U devem ser instalados com uma das mesas assentando sobre o perfil de ao e com o plano da alma perpendicular ao eixo longitudinal desse perfil23/10/201319Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoResistncia de um Conector perfil U laminadoCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoEspaamento mximoO espaamento mximo entre linhas de centro de conectores deve serigual a oito vezes a espessura total da laje; esse espaamento tambm nopode ser superior a 915 mm no caso de lajes com frmas de aoincorporadas, com nervuras perpendiculares ao perfil de ao.Espaamento mnimoO espaamento mnimo entre linhas de centro de conectores tipo pinocom cabea deve ser igual a seis dimetros ao longo do vo da viga,podendo ser reduzido para quatro dimetros no caso da laje com frmade ao incorporada, e quatro dimetros na direo transversal ao vo daviga, e entre conectores em perfil U, a maior dimenso entre a altura e ocomprimento do conector (Lcs).Disposies construtivas para os conectores23/10/201320Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoNa superfcie de contato entre os dois materiais se desenvolve um esforohorizontal Fhd, que impede o deslizamento relativo e garante o trabalho emconjunto da viga de ao e da laje de concreto. Deve-se notar que Fhd o esforoque atua entre a seo de momento mximo (onde o deslizamento nulo) ecada seo adjacente de momento nulo (onde o deslizamento relativo mximo).O valor do esforo cortante longitudinal Fhd obtido supondo que a seo demomento mximo encontra-se totalmente plastificada, ou seja, com suaresistncia nominal esgotada.Fora atuante nos conectoresSe a linha neutra plstica (LNP) situar-se na laje de concretoFhd = Aa fydCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoO valor do esforo cortante longitudinal Fhd obtido supondo que aseo de momento mximo encontra-se totalmente plastificada, ou seja,com sua resistncia nominal esgotada.Fora atuante nos conectoresSe a linha neutra plstica (LNP) situar-se na viga de ao Fhd = 0,85 fcd b tc23/10/201321Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoVerificao dos conectores cargas concentradas Nas regies de momento fletor positivo, o nmero de conectoresnecessrios entre qualquer seo com carga concentrada e a seoadjacente de momento nulo (ambas situadas do mesmo lado,relativamente seo de momento mximo) no pode ser inferior a nP,dado por:onde:MP,Sd o momento fletor solicitante de clculo na seo da carga concentrada (inferiorao momento resistente de clculo mximo);Ma,Rd o momento fletor resistente de clculo da viga de ao isolada, para o estado-limite FLA;MSd o momento fletor solicitante de clculo mximo;n o nmero de conectores de cisalhamento a serem colocados entre a seo demomento fletor positivo solicitante de clculo mximo e a seo adjacente de momentonulo.Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoVantagens: A mesa comprimida travada pela laje e, supondo a alma do perfilcompacta, a resistncia da viga no limitada por flambagem doperfil, global ou local; A alma fica sujeita a estados de tenses menos severos, torna-se maiora possibilidade de se executar furos; Os momentos fletores e esforos cortantes so estaticamentedeterminados e no so influenciados pela fissurao, retrao e def.lenta; A anlise estrutural e o dimensionamento so rpidos e simples; A fissurao do concreto menor, j que est sujeito a trao apenasnos apoios (devido a tendncia de continuidade). Os momentostransmitidos aos pilares so baixos ou quase nulos.Vigas mistas Biapoiadas23/10/201322Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoLargura efetivaO sistema de piso com vigas mistas consiste essencialmente de uma srie de vigas T paralelas com mesa larga e delgada. A associao entre vigas e laje, por meio de conectores de cisalhamento, ocasiona uma transmisso de tenses de cisalhamento concentradas ao longo da conexo, Sendo esta responsvel pelo aumento de tensesnormais na laje naquela regio. Estas tenses diminuem gradativamentepara ambos os ladosVigas mistas BiapoiadasCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoLargura efetivaPara avaliar a rigidez efetiva das vigas de ao e determinar os valores dastenses mximas, continuando a utilizar as expresses da teoria de flexogeral, comum recorrer ao artifcio de considerar vigas mistasequivalentes, com banzos de largura reduzida.bbmxmdef=Vigas mistas Biapoiadas23/10/201323Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoLargura efetivaA determinao real da distribuio das tenses normais na mesa deconcreto seria muito laboriosa. Pesquisas baseadas na teoria daelasticidade mostraram que a relao bef/b muito complexa e dependeda relao de b com o vo L, do tipo de carregamento, das condies decontorno, da posio da seo ao longo do vo, entre outras variveis.Por isso, as normas fornecem expresses simplificadas para o clculo dalargura efetiva.Vigas mistas BiapoiadasCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoLargura efetiva NBR 8800 (2008)A largura efetiva da mesa de concreto, de cada lado da linha de centro da viga, deve ser igual ao menor dos seguintes valores:Vigas mistas Biapoiadasa) 1/8 do vo da viga mista, considerado entre linhas de centro dos apoios;b) metade da distncia entre a linha de centro da viga analisada e a linha de centro da viga adjacente;c) distncia da linha de centro da viga borda de uma laje em balano.23/10/201324Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoA presena da laje de concreto em contato com a mesa superior da vigaimpede que esta possa sofrer flambagem local ou FLT. Pode-se assumirque a mesa superior de vigas mistas biapoiadas compacta. Como amesa inferior est tracionada, caso a alma tambm seja compacta, isto ,h/tw 3,76 (E/fy)1/2, o perfil todo compacto.Pode-se utilizar a distribuio plstica de tenses. Ensaios realizadosem vigas mistas mostram que a capacidade real a momento de umaseo mista submetida a momento positivo pode ser calculadaconsiderado-se que a seo de ao esteja totalmente escoada e a laje deconcreto esteja sob a tenso de 0,85 fck.Vigas mistas BiapoiadasCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoInterao totalO momento fletor resistente determinado igualando-se as foras detrao e compresso na seo. Assumindo que a resistncia trao doconcreto seja zero.Momento Fletor ResistenteViga Mista Biapoiada Compacta23/10/201325Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoInterao total e linha neutra plstica na laje de concretoydaccd fAtbf 85,0 ydaRd fAQ Cumpridas essas condies:abfC cdcd 85,0=ydaad fAT = ++=21athdTM cfadvmRd ccdyda tbffAa =85,0Momento Fletor ResistenteViga Mista Biapoiada CompactaCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoInterao total e linha neutra plstica no perfil de aoccdyda tbffA 85,0 ccdRd tbfQ 85,0Cumpridas essas condies:ccdcd tbfC 85,0=( )cdydaad CfAC = 21adcdad CCT +=Momento Fletor ResistenteViga Mista Biapoiada Compacta23/10/201326Curso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoInterao total e linha neutra plstica na mesa superiorfydafadp tfACy =Condio: Cad Aaf fyd( ) +++= tFccdctadvmRd ydhtCyydCM 2Momento Fletor ResistenteViga Mista Biapoiada CompactaCurso de Estruturas Mistas Ao e ConcretoInterao total e linha neutra plstica na alma +=ydawydafadwfp fAfAChtyCondio: Cad Aaf fyd( ) +++= tFccdctadvmRd ydhtCyydCM 2Momento Fletor ResistenteViga Mista Biapoiada Compacta

Recommended

View more >