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Uma pesquisa teórico-experimental sobre o sistema misto obtido com vigas de pff com seção caixão, considerando o uso de laje de concreto maciça e conectores de cisalhamento do tipo pino com cabeça e perfil. O objetivo é comparar a eficiência das vigas utilizando diferentes tipos de conectores e analisar a interação entre aço e concreto. Ao longo do documento, são apresentados conceitos importantes como a força resistente de cálculo, a área do perfil de aço, a largura efetiva da laje de concreto, a resistência de cálculo de um conector, a resistência ao escoamento do aço da armadura, entre outros.
Tipologia: Teses (TCC)
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Não perca as partes importantes!
Fernanda dos Santos Guimarães Janielle Rodrigues Pinheiro Patrícia Franco de Vasconcelos Pedro Henrique de Castro Resende
Governador Valadares 2010
Trabalho de conclusão de curso apresentado como requisito para a obtenção do grau de bacharel em Engenharia Civil e Ambiental pela Faculdade de Engenharia da Universidade Vale do Rio Doce Orientador: Oton Silva Soares
Governador Valadares 2010
Fernanda dos Santos Guimarães:
Dedico aos meus pais e irmãos pela compreensão e força, aos meus amigos e parentes pela paciência, ao meu namorado pelo apoio e por sempre incentivar a lutar pelos meus sonhos.
Janielle Rodrigues Pinheiro:
Dedico esse trabalho a Deus que sempre se manteve fiel ao meu lado, aos meus pais e meus irmãos por terem me apoiado e me dado forças para concluir essa caminhada.
Pedro Henrique de Castro Resende:
Dedico a Deus, aos meus amigos e à minha família pela compreensão e apoio incondicional para a realização desse trabalho.
Patrícia Franco de Vasconcelos:
Dedico à minha família pelo apoio e incentivo na realização desse trabalho, e a Deus que tem me sustentado nessa caminhada.
“Para realizar grandes conquistas devemos não apenas agir, mas também sonhar; não apenas planejar, mas também acreditar." Anatole France
The structural system of steel and concrete mixed with cold-formed profile has great potential because it is a low cost solution. Another benefit of the mixed system worth noting is that the steel has high resistance when subjected to tension and the concrete when subjected to compression. Furthermore, the use of steel structures is considered an environmental advantage, primarily by reducing the amount of wood and be reusable. The purpose of this study is to enhance the study of composite beams with cold-formed profile, developing a theoretical and experimental means of bending tests and compare the efficiency of the beams using different types of connectors. The connectors were studied cold-formed channel profile and pin-type head.
Keywords: Composite beams. Cold-formed profile. Shear connector.
Figura 01 – Conectores engastados: detalhes da seção e dos conectores de cisalhamento ............................................................................................................. 26
Figura 02 – Corpo de prova dos ensaios “push-out” ................................................. 26
Figura 03 – Esquema de ensaio das vigas .............................................................. 27
Figura 04 – Ensaio de uma viga mista ...................................................................... 27
Figura 05 – Distâncias simplificadas entre os pontos de momento nulo em uma viga contínua ou semicontínua ......................................................................................... 30
Figura 06 – Distribuição de tensões em vigas mistas de alma cheia sob momento positivo (Interação completa) ................................................................................... 33
Figura 07 – Distribuição de tensões em vigas mistas de alma cheia sob momento positivo (Interação parcial) ....................................................................................... 33
Figura 08 – Comportamento das vigas mistas na interface aço-concreto ................. 35
Figura 09 – Tipos de fissuração causada pelo conector em laje ............................... 37
Figura 10 – Exemplos de conectores tipo pino com cabeça e perfil U formado a frio .................................................................................................................................. 39
Figura 11 – Ilustração do valor a ser tomado para emh ............................................. 43
Figura 12 – Dimensões das vigas mistas .................................................................. 46
Figura 13 – Conector barra redonda L ...................................................................... 47
Figura 14 – Conector do perfil U formado a frio ........................................................ 47
Figura 15 – Teste de resistência a tração ................................................................. 48
Figura 16 – Viga mista com conectores barra redonda L .......................................... 51
Figura 17 – Viga mista com conectores U formados a frio ........................................ 52
Tabela 01 – Vigas, tipos de interação e carregamento ............................................. 24
Tabela 02 – Características dos corpos de prova ..................................................... 48
Tabela 03 – Custo dos conectores de cisalhamento ................................................. 60
Tabela 04 – Custo das vigas mistas.......................................................................... 60
Gráfico 01 – Relação força-deslocamento nos conectores ....................................... 38
Gráfico 02 – Comparação entre a força resistente calculada e a força resistente atingida no ensaio da viga VM1 ................................................................................ 59
Gráfico 03 – Comparação entre a força resistente calculada e a força resistente atingida no ensaio da viga VM2 ................................................................................ 60
∑QRd ≥ Aa fyd (Eq. 3.1)
0,85fcd btc ≥ Aa fyd (Eq. 3.2)
Ccd = 0,85fcd ba (Eq. 3.3)
Tad = Aa fyd (Eq. 3.4)
a = (^) 0,85fTadcd b ≤ tc (Eq. 3.5)
MRd = βvm Tad d 1 + hf − a 2 (Eq. 3.6)
∑QRd ≥ 0,85 fcd btc (Eq. 3.7)
Aa fyd ≥ 0,85 fcd btc (Eq. 3.8)
Ccd = 0,85 fcd b tc (Eq. 3.9)
Cad = 12 Aa fyd − Ccd (Eq. 3.10)
Tad = Ccd + Cad (Eq. 3.11)
yp = (^) ACafad fyd tf (Eq. 3.12)
yp = tf + hw^ Cad A^ −awA fafyd^ fyd (Eq. 3.13)
MRd = βvm Cad d − yt − yc + Ccd^ t 2 c + hF + d − yt (Eq. 3.14)
∑QRd ≥ Af γaly^ a (Eq. 3.15)
∑QRd ≥ 0,85f γckc^ bt^ c (Eq. 3.16)
MRd = βvm Cad d − yt − yc + Ccd tc − a 2 + hF + d − yt (Eq. 3.17)
η = 0,85×f qRd 2cd^ ×b×tc (Eq. 4.7)
fcd = f 1,4ck (Eq. 4.8)
qRd = 0,3^ tfcs^ +0,5t γwcscs^ Lcs^ fck^ Ec (Eq. 4.9)
λ = (^) thw (Eq. 4.10)
λp = 1,10 Kvf^ y×E (Eq. 4.11)
VRd = V yPla 1 (Eq. 4.12)
VPl = 0,6 × Aw × fy (Eq. 4.13)
∑QRd = 0,85f γckc^ bt^ c (Eq. 4.14)
Ccd = 0,85f γckc^ bt^ c (Eq. 4.15)
Tad = Aa fyd (Eq. 4.16)
a = (^) 0,85fTadcd bc ≤ tc (Eq. 4.17)
MRd = βvm Tad d 1 + hf − a 2 (Eq. 4.18)
Ccd a força resistente de cálculo da espessura comprimida da laje de concreto
Tad força resistente de cálculo da região tracionada do perfil de aço
Cad a força resistente de cálculo da região comprimida do perfil de aço
Aa área do perfil de aço
Aaf área da mesa superior do perfil de aço
Aaw área da alma do perfil de aço
b a largura efetiva da laje de concreto
tc a espessura da laje de concreto
A a espessura da região comprimida da laje ou, para interação parcial, a espessura considerada efetiva
∑QRd o somatório das resistências de cálculo individuais, QRd dos conectores de cisalhamento situados entre a seção de momento positivo máximo e a seção adjacente de momento nulo
hF espessura da pré-laje pré-moldado de concreto (se não houver pré-laje hF = 0)
d altura total do perfil
yc a distância do centro geométrico da parte comprimida da seção da viga de aço até a face superior dessa viga
yt a distância do centro geométrico da parte tracionada da seção da viga de aço até a face inferior dessa viga
yp a distância da linha neutra da seção plastificada até a face superior da viga de aço
d o diâmetro do conector
γv o coeficiente de segurança para o estado limite último
hcs a altura do conector
η o número de conectores;
Aa fyd o produto da área da seção da viga de aço pela sua resistência ao
escoamento
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Os sistemas estruturais mistos estão sendo cada vez mais utilizados em âmbito internacional, devido ao seu desempenho e por se tratar de uma solução ambientalmente correta, podendo impulsionar as construções sustentáveis.
As estruturas mistas são normalmente mais esbeltas se comparadas às estruturas convencionais de concreto. Isso garante maior aproveitamento de espaço interno o que gera uma otimização de área útil.
A intensa utilização do perfil formado a frio (PFF) no Brasil fez com que se expandisse sua utilidade de tal maneira que não são mais empregados apenas em galpões industriais e coberturas, mas também como elemento de sistemas estruturais mistos. Os PFFs são usados principalmente nas construções de pequeno porte e conjuntos habitacionais, isso graças à sua grande versatilidade, leveza, facilidade de fabricação e execução.
No Brasil, até 1986, as estruturas mistas eram baseadas em normas internacionais devido à ausência de normas brasileiras que tratassem do assunto. Posteriormente, foram introduzidas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) referências normativas para esse tipo de estrutura através da norma técnica ABNT NBR 8800: 1986 (Projeto e execução de estruturas de aço em edifícios). No entanto, essas normas restringiram em regulamentar apenas os perfis soldados e laminados. Todas as normas que tratam do dimensionamento de PFF não apresentam nenhum capítulo direcionado exclusivamente às estruturas mistas. Nem a norma recentemente lançada, ABNT NBR 14762: 2010 (Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio), tampouco as normas internacionais.
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Visando incrementar os estudos de vigas mistas com PFF, foi desenvolvida nesse trabalho uma pesquisa teórico-experimental sobre o sistema misto obtido com vigas de PFF com seção caixão, considerando o uso de laje de concreto maciça e conectores de cisalhamento do tipo pino com cabeça e perfil U formado a frio.
O presente trabalho tem como objetivo principal realizar uma análise teórico- experimental de vigas mistas de aço e concreto com perfil de aço formado a frio, através de ensaios de flexão. Com o ensaio será comparado a eficiência das vigas usando-se diferentes tipos de conectores, que são o conector perfil U formado a frio e do tipo pino com cabeça.
A utilização de perfis formados a frio nos sistemas mistos tem representado uma solução de baixo custo no mercado da construção civil. Isso se deve às vantagens que esse sistema garante unindo aço e concreto, o que proporciona maior leveza à estrutura e ao mesmo tempo grande resistência à compressão.
Um aspecto importante a ser analisado para o calculo de vigas mistas de aço- concreto é a conexão adequada desses elementos, através dos conectores de cisalhamento. Esse aspecto é obtido através de ensaios em modelo isolado
