Estudo analítico, numérico e comparativo da utilização de perfis de aço alveolares e de alma cheia para uso em vigas mistas aço-concreto

Abstract

Vigas alveolares mistas, mesmo ainda não tão difundidas em âmbito nacional, são um sistema construtivo capaz de aumentar a resistência do vigamento sem acréscimo do peso de aço. Elas são obtidas cortando longitudinalmente um perfil laminado do tipo I, sendo que o corte deve ter uma geometria já pré-definida para que as duas metades possam ser deslocadas longitudinalmente, assim, é obtido um perfil de aço com várias aberturas na alma constituindo, em um perfil com altura, aproximadamente, 50% maior. Para que se tenha um método construtivo econômico e eficaz, utiliza-se com frequência estrutura mista, sendo constituída por um perfil de aço e uma faixa de laje solidarizados por conectores de cisalhamento. Esse sistema é uma ótima alternativa, pois usufrui da grande resistência à tração do aço e da ótima resistência à compressão do concreto. Por esses motivos, nesta dissertação é apresentado um estudo comparativo entre a resistência da viga mista com perfil de alma cheia e uma viga mista com perfil alveolar. Para que se obtivesse um resultado mais preciso da influência dos alvéolos em uma viga mista, as estruturas mistas (alveolar e alma cheia) foram modeladas no programa de análise estrutural SAP 2000, utilizando o método dos elementos finitos, onde foram analisadas uma viga mista com perfil de aço de alma cheia e uma viga mista com o mesmo perfil de aço, porém com a presença de alvéolos. Para o estudo analítico, foram desenvolvidas planilhas de cálculo, através do programa Excel, onde são calculados as resistências e os aproveitamentos, em termos de carga máxima admitidas, dos perfis, de acordo com os vãos calculados, considerando os estados limites últimos e de otimização. Desta forma foi possível observar o ganho de resistência, através do aumento de inércia, que a viga adquire em apenas ser castelada.

Although Composite cellular beams are not so much used in Brazil, it is an efficient structural system that allows the increase of resistance of solid web steel beams without the addition of more steel, as the rolled shape is just cut and welded in a different position resulting in an alveolar shape with a depth approximately 1,5 times the original shape. The composite construction takes the advantages of the strength of steel for tension stress and of the concrete for compression stress. The use of this type of construction is considered as a very economical and efficient system for beams in North America, Europe, Japan and Australia, where its use has been growing steadily over the past years. The aim of this dissertation is a theoretical study of the factors that affect the structural behavior of cellular composite beams together with a comparative study of some models subjected to same load conditions and safety coefficients to show the increase of resistance and the advantages of the use of cellular beams.