Estudo comparativo de viabilidade para grandes vãos de ...
16
213 v. 3, n. 2, p. 213-228, ago./dez. 2017 Estudo comparativo de viabilidade para grandes vãos de sistema misto aço e concreto: vigas mistas com laje com forma de aço incorporada e vigas mistas com laje treliçada preenchida com bloco de poliestireno expandido Alvaro Ferreira Graduando em Engenharia Civil pelo Centro Universitário Izabela Hendrix (CEUNIH), [email protected] Andreia Venina de Souza Graduando em Engenharia Civil pelo Centro Universitário Izabela Hendrix (CEUNIH), [email protected] Elizeth Rodrigues Machado Mestre em Engenharia de Estruturas pela UFMG, Docente na PUC Minas (PUCMG), [email protected] Resumo O presente artigo teve por objetivo fazer um estudo comparativo entre dois sistemas mistos aço e concreto para vigas aplicadas para vencer grandes vãos: vigas mistas com lajes com forma de aço incorporada e vigas mistas com laje treliçada preenchida com bloco de poliestireno expandido (EPS), destacando a ação mista proporcionada por conectores de cisalhamento do tipo pino com cabeça (stud bolt). A metodologia utilizada consistiu no dimensionamento de vigas mistas simplesmente apoiadas de um pavimento fictício conforme prescrições da norma brasileira NBR8800:2008 e dados de catálogos de fabricantes das lajes em estudo. As vigas foram analisadas em quatro casos: dois casos com lajes com forma de aço incorporada, para construção escorada e não escorada; e outros dois com lajes treliçadas preenchidas com blocos de EPS, para construção escorada e não escorada. A análise dos resultados obtidos possibilitou comparar os dois sistemas mistos, para construção escorada e não escorada, do ponto de vista econômico em sua aplicação para grandes vãos. Foi possível concluir que tanto para construção escorada quanto não escorada, o sistema de viga mista com laje treliçada é mais leve em relação ao sistema de viga mista com forma de aço incorporada, o que pode gerar economia de materiais. Palavras-chave: Estruturas mistas. Vigas mistas. Laje pré-fabricada com viga treliçada. Laje com forma de aço incorporado. Stud bolt.
Transcript of Estudo comparativo de viabilidade para grandes vãos de ...
213
v. 3, n. 2, p. 213-228, ago./dez. 2017
Estudo comparativo de viabilidade para grandes vãos de
sistema misto aço e concreto: vigas mistas com laje com
forma de aço incorporada e vigas mistas com laje treliçada
preenchida com bloco de poliestireno expandido
Alvaro Ferreira
Graduando em Engenharia Civil pelo Centro Universitário Izabela Hendrix (CEUNIH),
Andreia Venina de Souza
Graduando em Engenharia Civil pelo Centro Universitário Izabela Hendrix (CEUNIH),
Elizeth Rodrigues Machado
Mestre em Engenharia de Estruturas pela UFMG, Docente na PUC Minas (PUCMG),
Resumo O presente artigo teve por objetivo fazer um estudo comparativo entre dois sistemas mistos
aço e concreto para vigas aplicadas para vencer grandes vãos: vigas mistas com lajes com
forma de aço incorporada e vigas mistas com laje treliçada preenchida com bloco de
poliestireno expandido (EPS), destacando a ação mista proporcionada por conectores de
cisalhamento do tipo pino com cabeça (stud bolt). A metodologia utilizada consistiu no
dimensionamento de vigas mistas simplesmente apoiadas de um pavimento fictício conforme
prescrições da norma brasileira NBR8800:2008 e dados de catálogos de fabricantes das lajes
em estudo. As vigas foram analisadas em quatro casos: dois casos com lajes com forma de
aço incorporada, para construção escorada e não escorada; e outros dois com lajes treliçadas
preenchidas com blocos de EPS, para construção escorada e não escorada. A análise dos
resultados obtidos possibilitou comparar os dois sistemas mistos, para construção escorada e
não escorada, do ponto de vista econômico em sua aplicação para grandes vãos. Foi possível
concluir que tanto para construção escorada quanto não escorada, o sistema de viga mista com
laje treliçada é mais leve em relação ao sistema de viga mista com forma de aço incorporada,
o que pode gerar economia de materiais.
Palavras-chave: Estruturas mistas. Vigas mistas. Laje pré-fabricada com viga treliçada. Laje
com forma de aço incorporado. Stud bolt.
214
v. 3, n. 2, p. 213-228, ago./dez. 2017
1 Introdução
Em 1894, surgiram as primeiras estruturas utilizando vigas metálicas revestidas com concreto
nos Estados Unidos. De acordo com Griffis (1994) entre 1920 e 1930 foram construídos os
primeiros edifícios altos como o Empire State Building e o Chrysler Building. Estas
construções evidenciaram vantagens das estruturas mistas como a proteção contra a ação do
fogo e da corrosão (CALDAS, 2004).
Denomina-se sistema misto aço e concreto àquele no qual um perfil de aço laminado, soldado
ou formado a frio, trabalha em conjunto com o concreto geralmente armado, formando um
pilar misto, uma viga mista, uma laje mista ou uma ligação mista. A interação entre o
concreto e o perfil de aço pode se dar por meios mecânicos conectores, mossas, ressaltos etc.,
por atrito, ou, em alguns casos, por simples aderência e repartição de cargas como em pilares
mistos sujeitos apenas a força normal de compressão. Uma estrutura mista é formada por um
conjunto de sistemas mistos. Os sistemas mistos são normalmente empregados na construção
de pontes e edificações (QUEIROZ, et al; 2001).
Originalmente, as vigas mistas eram constituídas com lajes planas moldadas in loco,
utilizando-se formas removíveis. Porém, nos países industrializados da América do Norte, e
da Europa no final dos anos 70, o sistema com forma de aço incorporada, ou laje mista, foi
ganhando popularidade e é hoje o sistema de laje mais difundido naqueles países (QUEIROZ,
et al; 2001).
Ainda segundo Queiroz; et al. (2001), as vigas mistas de aço e concreto, são consideradas o
sistema estrutural mais eficiente para suportar as cargas gravitacionais de pisos de edifícios,
devido, principalmente, à facilidade de construção e à redução de peso da viga de aço.
Reduções de peso da ordem de 20% a 40% podem ser atingidas em sistemas bem
dimensionados, tirando-se partido dos dois materiais básicos componentes, o aço e o
concreto. Uma vez que no limite, o sistema atingirá o ponto de máxima eficiência quando a
linha neutra estiver localizada em uma posição tal que permite que as tensões de compressão
215
v. 3, n. 2, p. 213-228, ago./dez. 2017
na flexão sejam resistidas apenas pelo concreto e o perfil de aço seja responsável por resistir
às tensões de tração.
Na comparação com as estruturas puramente metálicas, as estruturas mistas tornam-se
competitivas a partir do momento em que reduzem o consumo de aço estrutural, substituindo-
o em parte pelo concreto armado, que tem menor custo. A construção em sistema misto de
aço e concreto é competitiva para estruturas de vãos médios a elevados, caracterizando pela
rapidez de execução e pela redução do peso total da estrutura, propiciando assim fundações
mais econômicas (QUEIROZ, et al; 2001).
No Brasil, a construção mista limitou-se a alguns edifícios e pequenas pontes, entre 1950 e
1960. A partir da década de 70 e início da década de 80, a utilização de sistemas mistos
praticamente ficou estagnada, dando-se maior preferência pelo uso do concreto armado e do
concreto protendido nas edificações correntes (MALITE, 1993).
No contexto inserido, questiona-se, de forma qualitativa a viabilidade econômica de vigas
mistas em vãos de 15 metros, comparadas em dois diferentes sistemas de laje.
O pressuposto deste trabalho foi um estudo comparativo de dois sistemas de viga mista com
perfil em aço, no qual foi dimensionado e comparado o sistema de viga mista com lajes de
forma em aço incorporada e viga mista com laje treliçada, ambos em construção escorada e
não escorada, levantando os principais aspectos de eficiência estrutural bem como, aspectos
econômicos para utilização em grandes vãos, no qual espera-se que o sistema de laje com
forma em aço incorporada mostre melhor viabilidade gerando uma diferença percentual
próxima a 30% em relação ao peso da estrutura, no qual analisou-se alguns dos sistemas
construtivos existentes aplicados em uma edificação de um pavimento de uso comercial.
Esta análise foi sob a perspectiva do comportamento estrutural, mas também em termos dos
aspectos construtivos.
216
v. 3, n. 2, p. 213-228, ago./dez. 2017
2 Teoria de sistemas
Segundo Nardim (1999), em meados de 1930 já havia sido estabelecido métodos de
dimensionamento para vigas mistas que foram, em 1944, introduzidos nas normas
estadunidenses da American Association of State Highway (AASHTO), e em 1952, no
American Institute of Steel Construction (AISC).
Com relação à normatização, as prescrições para dimensionamento de vigas mistas foram
introduzidas no Brasil em 1986, na primeira versão da NBR 8800. Já as prescrições para
pilares e lajes mistas ganharam enfoque normativo a partir da publicação da NBR
14323:1999, que trata do dimensionamento de estruturas de aço em situação de incêndio. A
partir do início da vigência da segunda versão da NBR 8800 em 2008, tanto as
recomendações para vigas mistas, quanto para lajes e pilares mistos, bem como para ligações
mistas foram incorporadas (QUEIROZ, et al; 2001).
O aumento do uso de estruturas mistas pode ser atribuído a vários fatores, sendo um dos
principais a necessidade de grandes áreas livres nos pavimentos. Esta concepção gera
implicações estruturais como maiores vãos para vigas e, consequentemente, maiores
espaçamentos entre pilares e cargas verticais mais elevadas sobre os mesmos (NARDIN,
2005).
O emprego de estruturas mistas explora o melhor desempenho de cada material (aço e
concreto), tanto em elementos de barras, ou seja, vigas e pilares, como em lajes e ligações.
Em situações onde são exigidos grandes vãos, as estruturas mistas proporcionam seções
transversais reduzidas, o que proporciona maior área livre nos pavimentos e redução de
cargas verticais nas fundações (NARDIN, 2005).
Segundo Queiroz; et al. (2012), outra vantagem das estruturas mistas em relação às estruturas
de aço é a redução das proteções contra incêndio necessárias, devido ao fato do concreto
atuar como uma espécie de capa protetora dos perfis de aço.
217
v. 3, n. 2, p. 213-228, ago./dez. 2017
Com o aumento da produção de aço no Brasil, visando novas soluções arquitetônicas e
estruturais, houve uma necessidade de uso do sistema misto resultando um crescimento
considerável em construções de edifícios industriais, comerciais e pontes (MALITE, 2005).
No Brasil, o sistema construtivo misto vem ganhando espaço e notoriedade entre os
projetistas. Atualmente, pode-se dizer que em edifícios de múltiplos andares, a grande
maioria das vigas e das lajes são projetadas como vigas mistas e lajes mistas (QUEIROZ, et
al; 2001).
Segundo Nardin (2005), o projeto de edifícios em estruturas mistas também ganhou força
devido aos avanços tecnológicos na produção de aço e concreto, bem como no
desenvolvimento de equipamentos de maior porte que viabilizam a montagem e
posicionamento de estruturas mistas. Além disso, a possibilidade de dispensar formas e
escoramentos neste tipo de sistema e a maior precisão dimensional em relação ao concreto
armado são atrativos consideráveis.
2.1 Vigas mistas
A viga mista aço-concreto é o elemento que associa as vigas de aço com a laje de concreto,
sendo formado por um perfil de aço conectado à laje de concreto através de conectores de
cisalhamento na interface. A Figura 1 a seguir mostra os dois tipos mais usuais, sendo: o
tradicional, que é o perfil I associado com a laje de concreto apoiada na mesa superior do
perfil e ligados por conectores de cisalhamento; e o segundo o perfil I, parcial ou totalmente
preenchido com concreto.
218
v. 3, n. 2, p. 213-228, ago./dez. 2017
Figura 1 - Tipos de vigas mistas mais usuais
Fonte: Malite (1993)
As vigas mistas de aço e concreto apresentam diversas vantagens nas regiões de momento
positivo em relação às vigas de aço isoladas, uma vez que, a flambagem local da mesa e da
alma (FLM e FLA), assim como a flambagem lateral com torção (FLT), são impedidas ou
minimizadas. Além disso, a associação dos elementos aço e concreto gera um aumento da
resistência e rigidez fazendo com que diminua a altura dos elementos estruturais,
consequentemente uma redução no consumo de material.
Para obter-se um bom desempenho, a viga mista deve contar ainda com conectores de
cisalhamento, cuja principal função é transferir o fluxo de cisalhamento na interface da viga
mista e impedir a separação vertical entre o perfil de aço e lajes de concreto (QUEIROZ, et
al; 2001).
2.2 Conectores de cisalhamento
Conectores de cisalhamento são elementos metálicos utilizados em vigas mistas para garantir
o trabalho em conjunto entre vigas de aço e laje de concreto. Estes elementos estruturais
cumprem a função de transmitir o fluxo de cisalhamento longitudinal que gerando na
219
v. 3, n. 2, p. 213-228, ago./dez. 2017
interface aço e concreto, bem como a de impedir o afastamento vertical entre viga e laje,
fenômeno este conhecido como uplift (TRISTÃO, 2002).
Os conectores de cisalhamento são classificados em flexíveis e rígidos. A flexibilidade dos
conectores depende da relação entre força e deslocamento, a qual surge em resposta ao fluxo
de cisalhamento longitudinal gerado pela transferência de força entre laje de concreto e a viga
de aço. O comportamento flexível é representado pela ductilidade da relação força-
deslocamento no conector (ALVA, 2000).
Segundo Alva (2000), o comportamento dúctil dos conectores flexíveis caracteriza-se pela
redistribuição do fluxo de cisalhamento longitudinal, de modo que, sob carregamento
crescente, o conector continua a se deformar, sem romper, mesmo quando próximo de atingir
sua resistência máxima, permitindo que os demais conectores, pertencentes à mesma viga
mista, atinjam também suas resistências máximas conforme ilustrado na Figura 2.
Figura 2 - Comportamento aço-concreto em vigas mistas convencionais
Fonte: Rocha (2009).
O conector do tipo pino com cabeça também conhecido como stud bolt, é o mais usual em
vigas mistas devido à facilidade de instalação através do processo de soldagem de aplicação
por eletro fusão, conforme a Figura 3.
220
v. 3, n. 2, p. 213-228, ago./dez. 2017
Figura 3 - Procedimento de soldagem por eletro fusão em conector Stud Bolt
Fonte: Cruz, et. al, (2006).
3 Metodologia
Este trabalho foi classificado como um estudo de caso de natureza aplicada, cujo intuito é
acrescentar material de pesquisa para trabalhos posteriores. A pesquisa exploratória, teve
como objetivo principal o aprimoramento de ideias, sendo seu planejamento bastante flexível,
de modo que possibilite a consideração dos mais variados aspectos relativos ao fato estudado
e à análise de exemplos que estimulem a compreensão (SELLTIZ, 1967).
Quanto aos procedimentos para a pesquisa, foi considerado o dimensionamento de estruturas
mistas de aço e concreto para vigas mistas com laje de forma em aço incorporada e vigas
mistas com laje treliçada. Os casos estudados compreendem as vigas em perfis soldados,
conectores de cisalhamento do tipo pino com cabeça, conhecidos como Stud Bolts, que são os
elementos mais utilizados na prática.
Para o dimensionamento foram utilizadas planilhas de cálculo elaboradas no Microsoft Office
Excel pelo Centro Brasileiro de Construção em Aço (CBCA) em parceria com a Universidade
Federal de Ouro Preto (UFOP). A planilha apresentou também os parâmetros a serem
adotados para dimensionamentos de lajes treliçadas, lajes em forma de aço incorporada,
221
v. 3, n. 2, p. 213-228, ago./dez. 2017
perfis de aço e quantidade de conectores de cisalhamento. O dimensionamento foi
desenvolvido conforme prescrições da NBR 8800 (ABNT, 2008).
O dimensionamento das vigas mistas aço e concreto foi realizado para o sistema estrutural de
um pavimento de uma edificação de uso comercial apresentado na Figura 4, limitando-se
apenas às vigas V1, V2 e V3, considerando as lajes de concreto com resistência característica
à compressão, fck igual a 25 MPa. As alturas das lajes foram dimensionadas em cada sistema
misto. Considerou-se que as lajes são conectadas às vigas mistas por conectores de
cisalhamento flexíveis do tipo pino com cabeça, para construção escorada e não escorada. Foi
utilizada para os perfis metálico das vigas a classe 350 no aço.
Figura 4 - Sistema estrutural do pavimento (dimensões em mm)
Fonte: Elaborado pelos autores (2017).
As condições de carregamento previamente definidas para o dimensionamento da estrutura
foram as seguintes: Revestimento de 1,00 kN/m2, sobrecarga de uso e ocupação de 3,00
kN/m2, carga de alvenaria de 6,92 kN/m sobre as vigas.
Os parâmetros adotados para as lajes e para as vigas foram obtidos em catálogos de
fabricantes. Para o dimensionamento das vigas foram consideradas duas situações:
construção com e sem escoramento.
222
v. 3, n. 2, p. 213-228, ago./dez. 2017
Dessa forma, foram dimensionadas quatro soluções para o sistema estrutural mostrado na
figura 4: a primeira, viga mista com perfil de aço com laje de forma em aço incorporada,
construção escorada; a segunda, viga mista com laje de forma em aço incorporada,
construção não escorada; a terceira, viga mista com laje treliçada com enchimento de blocos
de poliestireno expandido, construção escorada; a quarta, viga mista com laje treliçada com
enchimento de blocos de poliestireno expandido, construção não escorada.
Em todos os casos, os parâmetros para cada tipo de laje foram definidos conforme catálogos
do fabricante, posteriormente foi realizada comparação entre as soluções dimensionadas,
visando obter uma estrutura mais leve possível. Portanto, definidas as lajes, na sequência
foram determinados os perfis de aço e a quantidade de conectores de cisalhamento.
Ao desfecho do estudo, os resultados encontrados para ambos sistemas foram tabelados,
analisados e comparados através tabelas e gráficos, de forma a visualizar à solução mais
viável do ponto de vista estrutural para a edificação, tomando como parâmetro decisivo a
comparação do peso da estrutura.
4 Resultados e discussão
Após a definição das lajes, foram dimensionadas vigas para cada sistema de laje, definindo
então as dimensões dos perfis de aço soldado e o número de conectores de cisalhamento. As
vigas de aço soldado utilizados nas vigas não estarão sujeitas ao fenômeno da flambagem
lateral com torção, porque a mesa superior será travada lateralmente pelas lajes, influenciando
diretamente no dimensionamento dos mesmos.
Observa-se que após o dimensionamento, as vigas V1 e V3 apresentaram o mesmo resultado
por serem vigas de borda já a viga V2 que se trata de uma viga intermediária com esforços
atuantes que correspondem ao dobro daqueles apresentados pelas vigas V1 e V3, resultou em
um perfil com maior peso. O dimensionamento das vigas e o consumo de aço para cada
sistema são apresentados na Tabela 1 e Tabela 2 abaixo.
223
v. 3, n. 2, p. 213-228, ago./dez. 2017
Tabela 1- Resultados para o dimensionamento das estruturas
Combinações para dimensionamento
Espessura
da laje
(mm)
Seção do perfil
escolhido (mm x
kg/m)
Peso próprio
do perfil
(kN/m)
Quantidade de
conectores (vão)
Laj
e co
m F
orm
a d
e A
ço
Inco
rpo
rad
a
Vigas de Extremidades V1 e V3
escoradas 120 650x66,3 0,66 116
Vigas de Intermediária V2
escorada 120 650x67,0 0,67 86
Vigas de Extremidades V1 e V3
sem escoramento 120 650x72,2 0,72 116
Vigas de Intermediária V2 sem
escoramento 120 650x99,2 0,99 86
Laj
e T
reli
çad
a
(pre
ench
imen
to c
om
EP
S)
Vigas de Extremidades V1 e V3
escoradas 120 650x63,5 0,64 44
Vigas de Intermediária V2
escorada 120 650x66,0 0,66 44
Vigas de Extremidades V1 e V3
sem escoramento 120 650x67,0 0,67 44
Vigas de Intermediária V2 sem
escoramento 120 650x80,9 0,81 44
Fonte: Elaborado pelos autores, (2017).
Tabela 2 - Consumo de aço das estruturas
Combinações para
dimensionamento
Seção do
perfil (mm
x kg/m)
Tamanho
do perfil
(m)
Quant.
de perfil
Consumo de aço (kg)
Total Perfil Conector Total
Laj
e co
m F
orm
a d
e A
ço
Inco
rpo
rad
a
Vigas de Extremidades
V1 e V3 escoradas 650x66,3 15,00 2,00 1.989,00 40,60 2.029,60
3.071,58 Vigas de Intermediária
V2 escorada 650x67,0 15,00 1,00 1.005,00 36,98 1.041,98
Vigas de Extremidades
V1 e V3 sem
escoramento
650x72,2 15,00 2,00 2.166,00 40,60 2.206,60
3.731,58
Vigas de Intermediária
V2 sem escoramento 650x99,2 15,00 1,00 1.488,00 36,98 1.524,98
Laj
e T
reli
çad
a
(pre
ench
imen
to c
om
EP
S)
Vigas de Extremidades
V1 e V3 escoradas 650x63,5 15,00 2,00 1.905,00 15,40 1.920,00
2.925,80 Vigas de Intermediária
V2 escorada 650x66,0 15,00 1,00 990,00 15,40 1.005,40
Vigas de Extremidades
V1 e V3 sem
escoramento
650x67,0 15,00 2,00 2.010,00 15,40 2.040,80
3.269,70
Vigas de Intermediária
V2 sem escoramento 650x80,9 15,00 1,00 1.213,50 15,40 1.228,90
Fonte: Elaborado pelos autores, (2017).
224
v. 3, n. 2, p. 213-228, ago./dez. 2017
4.1 Solução com vigas escoradas
Segundo a NBR 8800:2008 são consideradas escoradas as vigas mistas nas quais o
componente de aço permanece praticamente sem solicitação até a retirada do escoramento.
Foi observado que nas vigas mistas V1 e V3 para laje com forma de aço incorporada, utilizou-
se do perfil soldado, da série VS 650 x 66,3, para a V2 utilizou-se o perfil VS 650 x 67,0
considerado o mais leve que atendia as solicitações, com grau de interação total dos
conectores de cisalhamento. E para as vigas mistas V1 e V3 para laje treliçada foi utilizado
perfil soldado da série VS 650 x 63,5 e na V2 o perfil VS 650 x 66,0 também com interação
total dos conectores de cisalhamento.
O consumo de aço total das estruturas apresentou uma diferença de 145,78 kg o que equivale
a 2,2 %, sendo a solução com laje treliçada com preenchimento com EPS, mais leve
utilizando uma quantidade menor de conectores e com mesma altura acabada da laje, em
comparação com a laje de aço incorporada em construção escorada.
Gráfico 1 - Comparativo de peso para construção escorada (kg)
Fonte: Elaborado pelos autores, (2017).
225
v. 3, n. 2, p. 213-228, ago./dez. 2017
4.2 Solução com vigas sem escoramento
O dimensionamento das vigas mistas, para construção não escorada, resultou em seções de
perfis em aço mais pesadas que a solução com construção escorada. Segundo a NBR
8800:2008 isso se deve ao fato do componente de aço, por si só, ter que possuir resistência de
cálculo adequada para suportar todas as ações de cálculo aplicadas antes de o concreto atingir
uma resistência igual a 75 % da resistência característica à compressão especificada.
Para as vigas mistas V1 e V3, com forma de aço incorporada foi utilizado o perfil de aço
soldado VS 650 x 72,2 e na V2 o perfil VS 650 x 99,2 com total interação dos conectores de
cisalhamento. Para as vigas mistas V1 e V3, com laje treliçada foi utilizado o perfil de aço
soldado VS 650 x 67,0 e na V2 o perfil VS 650 x 80,9 com total interação dos conectores de
cisalhamento.
Ao considerar as vigas mistas com construção não escorada obteve-se uma diferença no peso
total 461,88 kg o que equivale a 6,6 %, sendo a solução com laje treliçada a que apresentou
menor peso. Pode-se concluir pelos resultados que quanto maior o carregamento das vigas
mais expressiva será a economia no peso do sistema misto com laje treliçada.
Gráfico 2 - Comparativo de peso para construção não escorada (kg)
Fonte: Elaborado pelos autores, (2017).
226
v. 3, n. 2, p. 213-228, ago./dez. 2017
5 Considerações finais
Na comparação entre as lajes para construção escorada e não escorada, pode-se observar que a
laje com forma de aço incorporada, apresentou a mesma altura que a laje treliçada que é mais
leve devido ao preenchimento de EPS. Tornando essa uma vantagem, já que a mesma traz
uma economia no volume de concreto.
Em um primeiro momento, foi previsto em nosso pressuposto que teríamos uma economia
maior com a utilização da laje com forma em aço incorporada onde estimamos um diferencial
próximo de 30% relacionado ao peso. Após o dimensionamento, concluímos que para as
vigas mistas com construção escorada e não escorada, o sistema de viga mista de laje treliçada
com preenchimento em bloco EPS, foi a melhor opção de solução estrutural para a edificação
estudada, em oposto ao pressuposto. Vale ressaltar que a comparação foi feita considerando a
utilização de perfil soldado, mesmo assim, em virtude da diferença do peso total ser de 3,5%
para construção não escorada e de 1,0% para construção escorada, observamos que o sistema
de laje treliçada gera maior economia de aço quando exposto a um maior carregamento.
Através desta análise, vimos que para a construção escorada a escolha entre os sistemas de
laje pode ser embasada nas condições de fornecimento dos materiais, uma vez que o ganho
para o uso da laje treliçada não é expressivo.
Gráfico 3 - Comparativo de peso em ambos sistemas (kg)
Fonte: Elaborado pelos autores, (2017).
227
v. 3, n. 2, p. 213-228, ago./dez. 2017
Composite steel-concrete beams with formed steel deck and composite beams with
precast lattice-reinforced joist slab filled with expanded polystyrene: comparative
feasibility study for large spans
Abstract
The present paper had the objective to carry out a comparative study between two different
composite steel-concrete beams applied to large spans: composite beams with formed steel
deck and composite beams with precast lattice-reinforced joist slab filled with expanded
polystyrene (EPS). The interaction between steel and concrete is guaranteed by headed stud
shear connectors. The methodology consisted in designing simply supported composite beams
according to prescriptions of the Brazilian code NBR 8800:2008 in four situations, two with
formed steel deck and two with precast lattice-reinforced joist slabs filled with EPS for both
shored and unshored construction. The results of the study made it possible to compare two
types of composite beams applied in large spans for shored and unshored construction. It was
concluded that composite beams with precast lattice-reinforced joist slab filled with EPS was
lighter and its slab had lower thickness than composite beams with formed steel deck in both
shored and unshored construction. This result indicated that composite beams with precast
slab with lattice joist could contribute to material cost saving for composite structure design.
Keywords: Composite steel and concrete structures. Composite steel concrete beams. Precast
slab witch lattice joist. Steel deck floor slab.
Referências
ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8800 - Projeto e
execução de estruturas de aço de edifícios. Rio de Janeiro, 2008.
ALVA, G.M.S. Sobre o projeto de edifícios em estrutura mista aço-concreto, 2000.
Dissertação (Mestrado). São Carlos, Escola de Engenharia de Estruturas. Universidade de São
Paulo.
CALDAS, R. Análise numérica de pilares mistos aço-concreto. Dissertação (Mestrado em
Construções Metálicas) – Universidade Federal de Ouro Preto (2004).
CRUZ, P. J. S.; VALENTE, I.; VERÍSSIMO, GUSTAVO S.; PAES, JOSÉ LUIZ R.;
FAKURY, R. H.; (2006). Desenvolvimentos recentes no domínio da conexão aço-concreto
no contexto das estruturas mistas. VI Simpósio EPUSP sobre Estruturas de Concreto,
São Paulo, Brasil, abril 2006.
GRIFFIS, L.G. The 1994 T.R. High Lecture: Composite Frame Construction.In: National
Steel Construction Conference, Pittsburgh, Pennsylvania, 18 - 20maio, 1994.Proceedings.
New York, AISC. v.1, p.1.1-1.72.
228
v. 3, n. 2, p. 213-228, ago./dez. 2017
MALITE. M. Análise do comportamento estrutural de vigas mistas aço concreto
constituídas por perfis de chapa dobrada.1993. Tese (Doutorado) – Escola de Engenharia
de São Carlos da Universidade de São Paulo – São Paulo. 1993.
MALITE. M. Vigas mistas constituídas por perfis de alo formados a frio e lajes de
vigotas pré-moldadas. 2005. 1º Encontro nacional de pesquisa-projeto-produção em concreto
pré-moldado, São Carlos, São Paulo.
NARDIN, S. ET AL. Estruturas mistas aço-concreto: origem, desenvolvimento e
perspectivas. In: 47 Congresso Brasileiro de Concreto,Ibracon, 2005, Olinda: Jacintho, A. E.
P. G. A.; Monteiro, E.C.B.; Bittencourt, T.N., v. IV. p. IV69-IV84, 2005.
NARDIN, S. Estudo teórico-experimental de pilares mistos compostos por tubos de aço
preenchidos com concreto de alta resistência, 1999. Dissertação de Mestrado Escola de
engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos.
QUEIROZ, G.; PIMENTA, R. J.; MATA, L. A. C. Elementos das Estruturas Mistas Aço-
Concreto, Belo Horizonte: Editora O Lutador, 2001. 336 p.
QUEIROZ, G.; PIMENTA, R. J.; MATINS, A.G. Estruturas mistas. 2. Ed. Rio de janeiro:
Instituto Aço Brasil, 2012. v.1
ROCHA, B. Ensaio experimental de conectores de cisalhamento em estruturas mistas.
Trabalho de conclusão de curso de graduação em Engenharia Civil. Governador Valadares,
UNIVALE, 2009.
SELLTIZ, Claire et al.Métodos de pesquisa nas relações sociais. São Paulo: Herder, 1967.
TRISTÃO, G.A. Comportamento de conectores de cisalhamento em vigas mistas aço e
concreto com análise da resposta numérica. Dissertação de mestrado, escola de Engenharia
de São Carlos, universidade de São Paulo. São Carlos, 2002.
Recebido em: 28/06/2017 - Aprovado em: 14/11/2017 - Disponibilizado em: 19/12/2017
