Nilo Silvio Costa Serpa Danillo Pereira Cardoso Carlos ...

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL AS VANTAGENS DO PILAR MISTO (AÇO-CONCRETO) EM RELAÇÃO AO PILAR CONVENCIONAL, COMPARANDO O GANHO DE PILARES E VÃOS NA EDIFICAÇÃO” STUDY OF THE SITE-CAST CONCRETE WALL CONSTRUCTIVE SYSTEM APPLIED TO THE “MINHA CASA MINHA VIDA” PROGRAM

Carlos Eduardo Hulek Danillo Pereira Cardoso Nilo Silvio Costa Serpa

Resumo Estruturas mistas de aço e concreto estão se tornando cada vez mais viáveis do ponto de vista de execução com custos mais competitivos. Graças às pesquisas e aos estudos desenvolvidos que visam aproveitar ao máximo as vantagens oferecidas pelos materiais concreto e aço, as estruturas mistas vêm sendo cada vez mais utilizadas na construção civil. Neste estudo são apresentadas as estruturas dos pilares mistos e recomendações de projeto de normas vigentes. O objetivo desse artigo é fazer um analise comparativo das vantagens que o pilar misto pode oferecer, para essa avaliação, levou-se em consideração as características e propriedades dos materiais que compõem as peças: concreto, aço das armaduras e aço de alta resistência dos perfis laminados,soldados, ou a frio. Com as recomendações da norma brasileira ABNT NBR 8800:2008 e do Eurocode 4, 2004. Palavras-Chave: Pilar misto, aço, concreto, construção civil e alta resistência dos perfis. Abstract Introduction: Mixed steel and concrete structures are becoming increasingly feasible from the point of view of execution with more competitive costs. Thanks to research and studies developed that aim to make the most of the advantages offered by concrete and steel materials, mixed structures have been increasingly used in civil construction. This study presents the structures of the mixed pillars and recommendations for the design of current standards. The objective of this article is to make a comparative analysis of the advantages that the mixed abutment can offer. For this evaluation, the characteristics and properties of the materials that make up the parts were taken into account: concrete, reinforcement steel and high-strength steel profiles rolled, welded, or cold. With the recommendations of the Brazilian standard ABNT NBR 8800: 2008 and Eurocode 4, 2004. Keywords: Mixed pillar, steel, concrete, civil construction and high strength of profiles. Contato: [email protected], [email protected]; [email protected]

Introdução

O sistema estrutural mista surgiu como uma alternativa simples de proteção contra o fogo e a corrosão na edificação e, portanto, sem função estrutural. A ideia de proteger os pilares misto (aço e concreto) segundo Griffis (1994), surgiu com ensaios nos laboratórios de Engenharia Civil da Universidade de Columbia em 1908, enquanto Furlong (1988) fala de que Burr é um dos pioneiros nos ensaio também em 1908.

Os pilares mistos de aço e concreto consistem em um ou mais perfis de aço ligados entre si, trabalhando em conjunto com o concreto, simples ou armado. Os pilares mistos são basicamente, de dois tipos, revestidos ou preenchidos. O sistema misto apresenta grandes vantagens estruturais, pela sua importância econômica quando adotadas metodologias adequadas ao seu processo construtivo. Essa metodologia construtiva possibilita uma racionalização na construção, ocasionando uma diminuição da mão-de-obra, além de uma economia do material

Segundo Nardin (1999), a designação “pilar misto aço-concreto” é determinada a pilares formados pela junção de um ou mais perfis de aço, que são revestidos ou preenchidos por concreto. Aos pilares cujos perfis são revestidos por concreto denominam-se pilares mistos revestidos. O aumento do uso de estruturas mistas pode ser relacionado a vários fatores, sendo um dos principais a necessidade de grandes áreas livres nos pavimentos. Desta forma gera implicações estruturais como maiores vãos e, consequentemente, maiores espaçamentos entre pilares e cargas verticais mais elevadas sobre os pilares. Neste sentido, merecem destaque a redução das dimensões dos elementos, com consequente economia de materiais, mão de obra e grande resistência, aderência e ductilidade e ainda seu bom comportamento em situação de incêndio, dispensando em alguns casos a execução de um sistema de proteção específico nesta condição.

A eficiência para estruturas de vãos médios a elevados, caracterizando pela rapidez de execução e pela redução do peso total da

SIMP.TCC/Sem.IC. 2020(20);1018-1030 CENTRO UNIVERSITÁRIO ICESP / ISSN: 2595-4210

estrutura, proporcionando assim fundações mais econômicas. 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.

2-classificação de pilares

O concreto associado ao aço, forma o sistema misto, esses elementos surgiram como uma alternativa simples de proteção contra o fogo e a corrosão.

Os primeiros elementos mistos a surgir foram vigas de seção i, revestido com o concreto, tendo a finalidade de proteção contra o fogo, a partir dessa aplicação inicial, o mesmo raciocínio foi estendido aos pilares metálicos.

O concreto era de baixa resistência, a sua função era apenas proteger o perfil de aço, e sua capacidade de seção era pequena devido a sua qualidade não estrutural.

A ideia de proteger os pilares metálicos impulsionou o surgimento dos primeiros pilares mistos aço-concreto, que desde então evoluíram e hoje apresentam variações no arranjo destes materiais, sendo classificado com perfis de aço soldados ou laminados revestidos parcialmente ou totalmente com concreto ou tubos de aço preenchidos com concreto.

As construções do uso dos pilares mistos de aço e concreto podem ser encontra das tanto em edifícios baixos quanto em alto s. Nos edifícios baixos, pode-se citar sua aplicação em edificações como shoppings, depósitos , museus, centros esportivos e , estações e terminais. A Figura 1 ilustra a aplicação de pilares mistos em uma edificação de baixa altura.

Figura 1 - Museu Landesmuseum-Mannheim

Fonte; Campos (2006)

Para esses tipos de construção pode haver a necessidade, por razões práticas ou até mesmo arquitetônicas , que os pilares mistos de aço e concreto sejam totalmente revestidos com concreto, por exemplo: aparência arquitetônica, resistência à corrosão, segurança contra o incêndio, proteção contra impacto de veículos.

Uma aplicação prática é frequente do uso dos pilares mistos de aço e concreto em edifícios altos, conforme ilustrado na Figura 2.2, é a sua utilização nos pilares perimetrais da edificação, trabalhando em conjunto com as vigas de borda, para resistir às forças laterais.

Figura 2 – Three Houston Center Gulf Tower Building – Houston

fonte; Campos (2006)

O uso dos pilares mistos de aço e concreto se destaca na sua grande capacidade de resistência, onde a utilização está ligada às vantagens estruturais proporcionadas pelo aço e pelo concreto. O aço proporciona maior velocidade de montagem, alta resistência e leveza estrutural enquanto o concreto, melhora a estabilidade do conjunto devido a uma maior seção transversal e possui baixo custo.

Segundo o Eurocode 4 (2004), os principais pilares mistos são o revestidos e preenchidos:

● Pilar misto revestidos são perfis de aço com concreto revestindo o perfil, representados nas Figuras 2.3-a, -b e -c;

● Pilar misto de aço e concreto tubulares preenchidos com concreto, representados nas Figuras 3.


Figura 3 – Seções transversais típicas para os pilares mistos de aço e concreto

fonte; Campos (2006)

2.1-Pilares mistos revestidos

Neste tipo de pilar misto pode ser formado por um ou mais perfis ligados entre si (figura 4), que podem ser laminados, soldados ou formados a frio. Neste tipo de pilar recomenda-se o emprego de uma armadura para combater a expansão lateral do concreto e também para prevenir a desagregação do revestimento de concreto .

Segundo De Nardin (1999), A presença do concreto estrutural como revestimento promove um aumento na capacidade resistente da seção de aço, pois os dois materiais trabalham em conjunto, minimizando os fenômenos de flambagem local e global do pilar de aço e funcionando como proteção contra o fogo e a corrosão.

Porém às vantagens, a execução deste método de pilar é muito trabalhoso pois depende de uma utilização de formas durante a concretagem e alerta no posicionamento e fixação do aço da armadura.

Figura 4 - Seções típicas de pilares mistos revestidos.

fonte; Figueiredo (1998)

2.2-Pilares mistos preenchidos

Os pilares preenchidos (figura 2.2.1) são perfis tubulares (principalmente retangulares e circulares) preenchidos com concreto, dispensando armadura e forma, caracterizando a principal vantagem deste tipo de elemento misto.

Bridge & Webb (1992) apontam vantagens construtivas das estruturas com pilares mistos preenchidos devido os tubos serem mais leves que os perfis laminados e soldados, não necessitando de equipamentos especiais para montagem.

Figura 5 - Seções típicas de pilares mistos preenchidos.

fonte; Figueiredo (1998)

Algumas pesquisas procuram comparar o comportamento dos pilares preenchidos com pilares de concreto armado com armadura. No entanto, a vantagem dos pilares mistos preenchidos é que neste o concreto constitui uma massa homogênea, diferentemente do pilar de concreto armado com armadura espiral em que o concreto forma duas camadas, além de dispensar o uso de formas.

Devido às características associação de perfis e concreto, os pilares mistos preenchidos tendem a ser empregados no arranjo do sistema estrutural de diversas construções, sempre tentando explorar esta associação da melhor maneira.

2.3 Pilares mistos no brasil

Os sistemas formados por elementos mistos foram utilizados no Brasil no fim da década de 50. Sua utilização, porém, foi e continua sendo pouco utilizada, devido à uma cultura preferencial dos profissionais da construção civil por estruturas usando concreto armado. Porém, esse uso vem aumentando devido a sua velocidade de execução, eliminação de escoramentos e supressão de formas. Os edifícios construídos com esse sistema


estrutural são os mais diversos como escolas, shopping centers, hotéis e edifícios de múltiplos andares.

A figura mostra um edifício em estrutura mista de aço e concreto construído em apenas 67 dias. Trata-se do hotel Ibis localizado em Canoas, Rio Grande do Sul, onde foram utilizados pilares mistos parcialmente revestidos cuja concretagem foi realizada na horizontal, eliminando a utilização de formas; nas fachadas e vedações, o sistema Light Steel Frame foi utilizado, no qual perfis leves de aço são compostos com revestimentos como placas cimentícias.

Figura 6- Hotel Íbis Canoas – Canoas/RS.

fonte; Giacomellos (2011)

Tabela 1- Algumas obras em sistema misto no Brasil

Fonte; os autores (2020)

No Brasil, referente aos pilares mistos a empresa WTorre se destaca, pois é uma das empresas que mais executou empreendimentos com estruturas mistas no país.

Dentre os projetos já executados por essa empresa, estão o Centro Empresarial Senado, o WTorre Nações Unidas, o Complexo JK Torre E e o WT Morumbi. O WT Morumbi é um prédio muito complexo com muitas dificuldades e é o maior prédio da empresa.


Ed. AQWA Corpor ate

Edifício New Century

ed. Centro Empresarial Senado – CES

Ed. Santa Cruz

Ed. Sede do IPERJ

finalida de

Comer cial

(escritó rio)

Comerci al

(escritóri o)

Empresarial

(petrobras)

Comerci al e

Residen cial

Escritó rio

Localiz ação

Rio de Janeiro -RJ

São Paulo-S P

Rio de Janeiro -RJ

Porto Alegre-R S

Volta Redon da-RJ

ano 2017 2002 2012 1961-19 63

1962-1 963

Projeto arquitet ônico

Foster + Partner s

Renato Trussard i Paolini

Edo Rocha Espaços Corporativo s

Jayme Luna dos Santos

Glauco do Couto/ Oliveir a (CSN)

Constr ução/ Fabrica ção e montag em

: Hunter Dougla s , Hansgr ohe ,

Método engenha ria

Codeme Engenharia S.A./WTorr e S.A.

Woebck e/FEM

FEM

Princip ais dimens ões

21 pavime ntos

140.00 0m²

18 pavimen tos de 1000m² 34.300m ²

185 mil m² 34 pav.; área total: 48.727m 2 ,altura total: 103m

18 pav.; área total: 21.655 m2 ,pé direito: 3,50m

aço ASTM A588 (perfis), ASTM A653 GR40 (steel deck)

ASTM-3 6 multigra de

ASTM A588 (perfis), ASTM A653 GR40 (steel deck)

4.011 t de aço ASTM A-7,82,3 kg/m2

2.600 t de aço ASTM A-7, 70,0 kg/m2

https://www.archdaily.com.br/catalog/br/companies/258/hunter-douglas-brasil



https://www.archdaily.com.br/catalog/br/companies/310/hansgrohe

https://www.archdaily.com.br/catalog/br/companies/310/hansgrohe

3-Normas

Buscando conhecer o comportamento dos pilares mistos, desenvolvidas ao longo do tempo, deram início a algumas normas que fornecem recomendações para um projeto de tais elementos, principalmente no que se refere à previsão da sua capacidade resistente.

Com uma filosofia para essa modalidade de pilar destacam-se a norma norte americana AISC-LRFD (1994), a norma canadense CAN/CSA-S16.1 (1989) e a norma inglesa BS 5400: parte 5 (1979). Esta é a filosofia adotada NORMAS TÉCNICAS PARA O PROJETO DE 3 PILARES MISTOS PREENCHIDOS 28 pelo ACI 318R-92 (1992), que aplica aos pilares preenchidos as mesmas recomendações aplicáveis aos pilares de concreto armado. Há uma outra forma de abordar a seção mista, que consiste em usar a combinação dos dois raciocínios apresentados; tal procedimento é adotado pela norma européia EUROCODE 4 (1994).

3.1-Programas para executar pilares mistos

Seguindo as normas e recomendações acima citados há programas que conseguem contribuir em construções de pilares mistos e também sistemas sistemas (como lajes e vigas), como:

Pacote comercial ANSYS ® V9.0 = desenvolvido para incêndio o programa trabalha com base no Método dos Elementos Finitos, o qual permite a análise transiente dos efeitos do gradiente térmico nos elementos estruturais.

CÓDIGO CALCPM = O código CalcPM calcula todos os tipos de seções transversais abordadas pela ABNT NBR 8800:2008, pilares mistos totalmente ou parcialmente revestidos.

4-Comportamento estrutural

Falando um pouco sobre o comportamento dos pilares citados Nardin (1999) descreve que o comportamento do pilar misto preenchido difere muito do comportamento de um pilar em concreto armado, mostrando que a ação conjunta de aço e concreto é fundamental e responsável por minimizar a fragilidade do concreto.

Aprofundando a afirmação da autora no parágrafo acima, existem algumas normas estrangeiras que abordam o tema

dimensionamento dos pilares mistos aço-concreto, citam-se as norte-americanas AISC-LRFD (1994) e ACI-318- 92 (1992), as europeias Eurocode 4 (1994), ECCS (1981), BS 5400: Parte 5 (1979), a canadense CAN/CSA-S16.1-MB89 (1989), entre outras. Algumas das recomendações quanto os aspectos construtivos sugeridos por estas normas são mostradas a seguir.

TABELA 2 - Recomendações de projeto quanto aos materiais empregados;


Obs; fck.fy,fr- resistência a compreensão e limites de escoamento do aço do perfil e da armadura.

Estes valores limites da tensão de escoamento do aço foram adicionados em pilares mistos revestidos, para que, pela compatibilidade de deformações, a deformação no concreto não ultrapasse 0,0018. Porém, estes resultados foram estendidos para pilares preenchidos onde, devido ao efeito de confinamento, as deformações no concreto podem ser limitadas em valores maiores que 0,0018. KENNY et al. (1994) desenvolveram um trabalho experimental procurando confirmar o conservadorismo dessa limitação e com os resultados obtidos sugerem que para pilares


Concreto utilizado

Americana AISC-LRF D (1994)

20 mpa ≤ fck ≤ 55 mpa para conectores de peso normal Fck ≥ 30 mpa para concretos leves

Europeia

Eurocode 4 (1994), ECCS (1981),

Fck ≥ 20 mpa

Europeia

BS 5400: Parte 5 (1979),

Fck ≥ 25 mpa-pilares revestidos Fck ≥ 20 mpa –pilares preenchidos

У ≥ 2.300kg/ (densidade) Aço do perfil e da armadura

Americana AISC-LRFD (1994)

fy, fr ≤380 Mpa; Ɛlim=0,0018

Europeia ECCS (1981), Ɛlim=0,002

Europeia Eurocode 4 (1994),

fy , fr ≤450 MPa

preenchidos o limite de escoamento do aço do tubo pode atingir até 550 MPa.

As normas citadas recomendam que se deve providenciar armadura longitudinal e transversal em pilares revestidos. Não há especificações diretas nas normas estudadas sobre o espaçamento entre as barras longitudinais da armadura e entre estas e o perfil de aço. GRIFFIS (1994) lembra que um espaçamento adequado previne a ocorrência de fissuras e cita as recomendações dadas no ACI 318, que limita a distância entre barras.

TABELA 2.1 - Recomendações de projeto quanto aos pilares mistos revestidos


TABELA 2.2 - Recomendações de projeto quanto aos pilares mistos preenchidos


5- Aderência

Nas estruturas mistas a transferência de esforços na interface entre o aço e concreto é feita por aderência, que é constituída das seguintes parcelas:

● aderência química: é quebrada em deslocamentos relativos excessivos.

● atrito: proporcional à área da interface entre o aço e o concreto e à força normal aplicada

● aderência mecânica.

Define-se por aderência um conjunto de ações químicas e mecânicas que tendem a resistir à separação entre dois materiais (CASTALDELLO,


Espaçamento dos estribos


≤ 2/3 da menor dimensão da seção composta

Europeia

ECCS (1981) BS 5400: Parte 5 (1979),

≤ 200mm

Armadura longitudinal necessária

Americana AISC-LRFD (1994) Área mínima de 0,018 c

cm de espaçamento da barra

Europeia

ECCS (1981)

Eurocode 4 (1994),

Deverá ser no mínimo 0,3 % da área de concreto na seção transversal e; para áreas maiores que 0,4 %, só se deve considerar no dimensionamento até este limite

Americana BS 5400: Parte 5 (1979),

Pelo menos 4 barras longitudinais

Recobrimento de concreto necessário


Mínimo: 40 mm

Europeia ECCS (1981) Mínimo: 40 mm; Máximo: 0,3 vezes a altura do perfil

Europeia

Eurocode 4 (1994),

Mínimo: 40 mm; Máximo: 1/6 da largura da mesa para seções assimétricas

Mínimo: 40 mm; Máximo: 0,4 da mesa do perfil na direção da mesa Mínimo: 40 mm; Máximo:0,3 da altura do perfil na direção da altura

Americana BS 5400: Parte 5 (1979),

Mínimo de 50 mm

Dimensões do perfil de aço

Americana

AISC-LRFD (1994)

Aˢ ≥ 0,004 Aͭt- para que possa ser considerada seção mista e não de concreto armado (Aˢ-área do perfil de aço; At- área total da seção)

Europeia ECCS (1981 qualquer padrão, porém altura mínima de 100 mm

Espessura da parede do tubo

Europeia Americana

AISC-LRFD (1994) ECCS (1981) BS 5400: Parte 5 (1979),

t ≤ b√ ƒy / 3E- tubos retangulares; b-largura da parede

t ≤ D √ ƒy / 8E- tubos circulares, D diâmetro externo

Europeia

Eurocode 4 (1994

≤52 – tubos retangulares; h- largura da parede

≤90 - tubos circulares, Diâmetro externo

≤44 - pilares parcialmente revestidos; b e tf- espessura e largura da mesa, respectivamente de um perfil I

Obs. em mpa

2016), entre o aço e o concreto, ou melhor, a aderência é responsável pela transferência dos esforços entre esses dois materiais. A mesma pode ser dividida em três partes: adesão ou aderência química, aderência mecânica e atrito como pode ser observado na Figura 7. No entanto, segundo Fernandes (2000) na prática é difícil mensurá-las separadamente devido à complexidade dos fenômenos atuantes.

Figura 7 - parcelas de aderência

Fonte; JOHANSSON (2002) apud CASTALDELLO (2016)

A aderência química tem seu início durante as reações de pega do cimento, ocorrendo devido às ligações físico-químicas na interface. No entanto, Campos (2006) relata que a parcela da aderência química é desprezada quando há deslocamentos relativos excessivos. Já a aderência mecânica está associada à rugosidade da superfície do perfil metálico, diminuindo à medida que existe um deslocamento relativo entre os materiais. A parcela correspondente ao atrito é proporcional à área de interface entre os dois materiais e à força axial aplicada (CAMPOS, 2006), isto é, a influência de força normal à superfície devido ao coeficiente de atrito .

Visto que a tensão limite de aderência é determinada como sendo a máxima tensão até ocorrer o deslocamento do concreto, basta que a tensão de cisalhamento atuante entre os dois materiais seja menor que esta resistência (FIGUEIREDO, 1998). No entanto, De Nardin (1999) descreve que apesar de as normas considerarem a ação conjunta dos dois materiais, supondo interação completa entre eles, a fim de garantir essa condição, sugere-se a utilização de conectores de cisalhamento que garantam a ação conjunta dos dois materiais. Além disso, a superfície do perfil tubular não deve ser pintada e deve estar livre de vestígios de óleos, graxas e de camadas superficiais soltas, decorrentes da

corrosão, pois a rugosidade da superfície e a imperfeição propriamente dita da seção favorecem a aderência dos materiais.

6-Flambagem

A flambagem local do perfil de aço em pilares mistos preenchidos também pode afetar o comportamento da seção mista. No entanto, a NBR 8800:2008 e o NA 1994-1- 1:2004 apresentam valores máximos de relação largura/espessura que podem ser adotados para os perfis tubulares de aço, sem que seja necessária a verificação da flambagem local. Quando um perfil tubular preenchido com concreto é solicitado à compressão axial, o núcleo de concreto impede que a parede do tubo se desloque para dentro do perfil, neste caso, o deslocamento da parede do tubo somente se dá para fora do pilar, Figura 6 (b), (ALVA, 2000), o que não acontece somente com o perfil de aço, no qual a parede do tubo se desloca para dentro do perfil de aço, Figura 6 (a).

Figura 8- flambagem local no perfil tubular

(a)perfil tubular (b) seção mista

fonte; DE NARDIN (1999)

De Nardin (1999) afirma que como consequência do preenchimento do perfil tubular com concreto, há um aumento da resistência do perfil à flambagem local, fazendo assim com que alguns trechos da seção do perfil não sofram deformações relevantes. Estes trechos são considerados como áreas efetivas no cálculo da capacidade resistente da seção mista. Contudo, para que esta área efetiva não seja reduzida e assim reduza consequentemente a capacidade resistente do pilar misto, é importante respeitar os limites mínimos impostos à espessura do perfil tubular estabelecidos pela norma de dimensionamento a ser utilizada.


7-Ductilidade

Uma das principais vantagens atribuídas aos pilares mistos preenchidos é a sua ductilidade, a qual é característica fundamental para elementos sujeitos a ações sísmicas. A ductilidade é uma medida da capacidade de absorver energia de um elemento, por isso, é usada para caracterizar a habilidade deste elemento continuar resistindo a grandes deslocamentos/deformações quando submetido a forças. Sua quantificação é importante pois, no desenvolvimento de alguns projetos, ela é característica essencial para a estrutura. Esta capacidade de sofrer deformações plásticas é indispensável, segundo o CEB-Bulletin 242 (1998): · para fornecer indícios de que a estrutura está sofrendo grandes deformações, antes que a ruína ocorra; · para resistir a impactos locais e carregamentos acidentais sem que ocorra o colapso da estrutura; · permitir a redistribuição interna de esforços em estruturas sujeitas à ação do fogo; 72 · para que os elementos estruturais possam absorver energia quando sujeitos a carregamentos cíclicos. Embora seja uma característica importante, é sempre destacada quando se abordam os pilares mistos preenchidos, não há normas específicas para avaliação desta propriedade. Recomendações são encontradas em normas como o ACI 544.2R – 89 (1989), ASTM C 1018 (1992) e JSCE – SF5 (1984) mas referem-se a elementos em concreto armado com fibras. Destas normas, as duas primeiras aplicam-se a elementos fletidos e a última, a elementos comprimidos axialmente.

8-Resistência tração

A resistência de um pilar misto, muitos parâmetros devem ser analisados, tais como aderência, efeito de confinamento do concreto, esbeltez, resistência do concreto, limite de escoamento do aço, deformação lenta e retração do concreto, modo de carregamento, formas da seção transversal e razão entre as áreas do perfil de aço e a área total da seção, entre outros.

Alguns destes parâmetros interferem mais e outros menos na resistência final do pilar. A avaliação da interferência de cada um destes parâmetros é trabalhosa e portanto, pouco prática para aplicação direta em projeto. Várias pesquisas foram desenvolvidas buscando avaliar a interferência destes parâmetros através de análises experimentais e numéricas de modo que pudessem

ser considerados em projeto de maneira prática e eficiente.

Com o advento das pesquisas em concreto de alta resistência, muitas pesquisas também se dedicaram em avaliar a interferência da resistência do concreto na resistência dos pilares mistos.

Shakir-Khalil (1992), em trabalho experimental com pilares mistos preenchidos confirmou que a resistência do pilar aumenta com o uso de concreto com resistência à compressão maior. Esta contribuição do concreto é mais evidente em pilares curtos e com limite de escoamento menor

Em seus estudos teóricos com pilares revestidos, Mirza (1989) concluiu que a resistência do concreto é um dos parâmetros que mais interferem na resistência do pilar, porém, comparativamente este efeito é menor em pilares esbeltos.

9-Módulo de deformação

Um pilar misto esbelto sobre carregamento constante tem suas deformações aumentadas com o tempo e podem ser várias vezes maiores que suas deformação instantânea. O efeito da deformação lenta em pilares mistos é considerado de diferentes formas pelas normas aplicáveis. O ECCS (1981) recomenda a redução do módulo de elasticidade do concreto a 50 %. A BS 5400: Parte 5 (1979) sugere a redução de 18 % da resistência do concreto. Os estudos para avaliação da deformação lenta em pilares mistos iniciaram-se em pilares revestidos e depois foram estendidos aos pilares preenchidos .

Para avaliação da deformação em pilares mistos, Gomes (1994) utilizou o método clássico para cálculo da deformação lenta em pilares de concreto armado, fazendo uso de modificações que permitiram superar a principal limitação do método clássico: a avaliação das tensões em pilares com alta taxa de armadura.

Utilizando a pesquisa de , Gomes (1994) calculou a variação das tensões no concreto devido à deformação lenta em diferentes pilares preenchidos e constatou que medidas como a adoção de uma armadura complementar ou o aumento da resistência do concreto amenizar estes efeitos, e sugere este último como a melhor forma de combatê-los. Neste mesmo trabalho pôde-se


constatar que os efeitos da deformação lenta são mais evidentes em pilares mais esbeltos e com diâmetros menores e ressalta a importância da consideração deste efeito em projeto, principalmente nestas duas ocasiões.

Bradford & Gilbert (1990) desenvolveram uma análise teórica para consideração da deformação lenta em pilares mistos revestidos, incluindo a não linearidade do material causada pela retração, fluência e fissuração do concreto. A não linearidade geométrica também foi implementada através de um processo iterativo. Os resultados obtidos foram comparados com resultados de ensaios de laboratório e foram considerados satisfatórios. BRADFORD & GILBERT (1990) afirma que esta análise pode ser facilmente implementada em procedimentos de cálculo.

10- Questão de incêndio

Pelo avanço da engenharia estrutural no último século, que permitiu a construção de edifícios cada vez mais altos e, que consequentemente, de maior custo, fez com que a questão do fogo fosse tratada com maior cuidado em projeto, uma vez que o salvamento de vidas e o combate ao incêndio nestes edifícios são mais complicados, além da perda da estrutura significar prejuízos materiais de grande dimensão.

No Brasil, apenas recentemente tem sido dedicada uma atenção maior ao dimensionamento das estruturas em situação de incêndio por parte dos órgãos públicos responsáveis e de pesquisadores. No caso das estruturas de aço e mistas aço-concreto, em 1995, algumas universidades, como a UFMG, a USP e a UFOP, começaram a desenvolver estudos e pesquisas sobre o assunto, a partir dos quais tornou-se possível a edição da norma brasileira que trata da questão no que concerne aos edifícios residenciais, comerciais e públicos, a NBR 14323 (1999). De acordo com Fakury (2001), na elaboração da NBR 14323 (1999), para assegurar a consistência e a uniformidade das prescrições, foram adotadas, como normas estrangeiras referenciais, o Eurocode 3 – Part 1.2 (1995), e o Eurocode 4 – Part 1.2 (1994).:

Um dos maiores problemas do dimensionamento em situação de incêndio dos pilares mistos vem a ser a determinação da distribuição de temperatura, em função do tempo de incêndio, na seção transversal do elemento

formado pelo perfil metálico, pelo concreto e pela armadura longitudinal de aço. Na prática, este problema normalmente é contornado usando-se métodos simplificados que fornecem a resistência a partir de tabelas ou ainda tabelas com a temperatura aproximada na seção transversal ou outros parâmetros que permitem a determinação da resistência e rigidez do pilar.

Figura- 9 edifícios em incêndio

fonte; (a) Meridian Plaza na Filadélfia – EUA, em 1991, (b) Edifício do Firts Inte state Bank em 1988;

na Edifício da CESP, em São Paulo — 1987

Os pilares mistos de aço preenchidos com concreto, quando submetidos a elevadas temperaturas, apresentam comportamento estrutural bastante satisfatório e reduzem no concreto o fenômeno denominado “spalling”, devido ao confinamento imposto pelo tubo de aço, mais pronunciado em seções tubulares circulares. Destaca-se ainda a reduzida taxa de aquecimento desse mesmo elemento misto em razão da baixa condutividade térmica do concreto, aspecto de grande interesse para fins de dimensionamento.

Figura 10 - vista geral de uma estrutura após um incêndio

fonte: LAMONT (2001).

Com relação às pesquisas referentes às estruturas em situação de incêndio, estas vêm


aumentando de forma significativa no cenário mundial. Tal fato se justifica pela necessidade de avaliar o desempenho das estruturas quando submetidas à ação térmica. O aumento gradativo de temperatura provoca alterações nas propriedades mecânicas dos materiais, fazendo com que ocorra redução de resistência e rigidez dos elementos estruturais, podendo levar a estrutura ao colapso prematuro

Os elementos estruturais de concreto possuem um adequado comportamento quando exposto a temperaturas elevadas, em razão da baixa condutividade térmica desse material associada ao fato de esses elementos possuírem seções transversais com dimensões consideráveis, o que permite admitir uma taxa reduzida de aquecimento e, consequentemente, uma redução menos acentuada na resistência e rigidez do material. No entanto, a tendência da expulsão da água existente no concreto (mesmo já endurecido) provoca o fenômeno denominado “spalling” (lascamento da superfície do elemento), ocorrendo uma considerável redução da seção transversal, bem como a exposição das armaduras ao fogo.

10.1-pilares mistos em situações de incêndio

No caso de pilares mistos de aço preenchidos por concreto, quando submetidos a ação térmica, além de apresentarem comportamento estrutural bastante satisfatório, reduz ou mesmo evita o fenômeno denominado “spalling”, presente em elementos de concreto submetidos a elevadas temperaturas, devido o confinamento imposto pelo tubo de aço

A associação dos materiais aço e concreto na forma de pilares mistos preenchidos de seção circular, garante à estrutura um maior tempo de exposição a altas temperaturas, comparado aos mesmos elementos constituídos desses mesmos materiais utilizados separadamente. Isso se deve ao fato de o concreto absorver calor do aço enquanto este é aquecido, fazendo com que a elevação de temperatura no aço ocorra de forma menos intensa.

11-Discussão

Este estudo teve como objetivo principal demonstrar vantagens e a qualidade no uso de pilares mistos (aço-concreto) destacando os pilares revestidos e preenchidos, demonstrando o uso de perfis metálicos associados com o concreto, e também descrevendo o uso do pilares em um

possível caso de incêndio na obra. Para apresentar isto foi realizada uma revisão entre trabalhos e apresentada as vantagens nesse tipo de construção.

Em meio a buscas e desenvolvimento desse trabalho observamos que estudos envolvendo pilares mistos são recentes e necessitam ser ampliados, pois é um tipo de obra mais limpa e viável comparado às construções atuais (pré-moldado e metálico).

E deve ser mais discutido em sala de aula em universidades de engenharia civil e arquitetura, pois é um método construtivo muito relevante e que dá resultado

11.1-Sugestão para pesquisas futuras

Visando dar continuidade à pesquisa do por nós descrita, são sugeridos os estudos a seguir:

Realização de um estudo comparativo, onde possam ser avaliados pilares de várias características e demonstrar o mais viável em cálculos;

Demonstrar valores em uma construção totalmente mista;

Análise a demonstrar a flambagem em pilares mistos preenchido;

Acreditando-se que a continuidade e a disseminação de pesquisas relativas aos pilares mistos contribuirá para o uso das estruturas mistas como um todo, descrevendo assim desenvolvimento tecnológico e teóricos do setor da construção civil como um todo em nosso país.

Conclusão

O objetivo deste estudo foi apresentar o pilar misto (aço-concreto) como uma alternativa para diversas construções, e com o artigo mostrando as condições de execução de um projeto, como a redução da espessura do pilar, o menor uso de perfil de aço, dessa maneira economizando materiais e conseguindo uma maior área livre no pavimento. O resultado positivo no consumo de aço alinhado com a facilidade de concretagem pode viabilizar a estrutura mista como solução para pilares. Na construção de pilar misto uma das principais vantagens é o tempo de execução da obra, pois é uma obra muito mais rápida e com o canteiro de obra mais limpo que as


edificações que tem sua estrutura baseada em pré-moldados de concreto.

Agradecimentos: Queremos agradecer primeiramente a

Deus que nos pode dar forças, vontade e prazer de fazer e está terminando o curso de engenharia.

Agradecer também os nossos pais que sempre nos deram força e apoio necessário, da um muito obrigado para todos os nossos professores, coordenadores, diretores e todos os profissionais da educação que estiveram na nossa trajetória educacional

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