Análise e Dimensionamento de Vigas Mistas Aço-Betão: soluções convencionais e soluções “slimfloor”

Abstract

As soluções estruturais com recurso a elementos mistos aço-betão são cada vez mais reconhecidas globalmente como soluções de excelência. Como justificação desse estatuto destaca-se a sua economia, eficiência estrutural, processos construtivos de considerável rapidez ou a sustentabilidade da própria construção. De forma a enquadrar o âmbito de aplicabilidade do trabalho realizado, numa fase inicial é apresentada uma revisão bibliográfica sobre a construção mista, dando-se especial atenção ao elemento tipo viga (soluções convencionais e soluções slimfloor – vigas mistas parcialmente embebidas no pavimento). É apresentada uma evolução cronológica de soluções estruturais, concluindo-se com a apresentação das soluções construtivas de aplicação corrente. Posteriormente, são enunciadas as principais particularidades da construção mista, referindo-se ainda as suas vantagens e desvantagens. Direcionando para o campo da análise e dimensionamento de vigas mistas, são tratados de forma detalhada os conceitos necessários para o efeito, tendo-se como enquadramento regulamentar o Eurocódigo 4 (EN 1994 1-1). Particularmente para soluções slimfloor, visto que tais soluções não são explicitamente abordadas pela regulamentação europeia, recorreu-se a bibliografia internacional de referência, traduzindo-se assim a presente dissertação num documento de elevada utilidade para a análise e dimensionamento desse tipo de soluções. Tendo como base os conceitos técnicos descritos, foi desenvolvida uma ferramenta de cálculo que os aplicasse de uma forma prática em termos de dimensionamento. Com a implementação dos processos de análise global da viga, verificações em fase construtiva, verificações em fases definitiva para estados limites últimos e de serviço foi possível compreende-los de forma mais aprofundada, com especial atenção para as soluções slimfloor. Deste modo, foi possível apontar alguns temas pertinentes para investigação futura na temática. Por fim, é apresentado um exemplo prático de dimensionamento de um piso tipo de um edifício metálico e misto, onde são comparadas aplicações de soluções de vigas convencionais e vigas slimfloor, procurando-se com o mesmo essencialmente justificar a competitividade económica das segundas face às primeiras.

Steel-concrete composite structures are currently accepted as a first-rate structural solution, position sustained by their economy, structural efficiency, quick assembly and sustainability. To point out the scope of the present document, in an initial stage, a bibliographic review about steel-concrete composite construction will be presented, particularly to the beam element (conventional and slimfloor beams – last ones, beams partially encased in the concrete slab), starting with a chronologic review about structural solutions, and ending with the presentation of the currently most applied solutions. After the review, the most important characteristics of steel-concrete composite structures will discussed, as well as their advantages and disadvantages. Focus in the structural analysis and design domain, all the essential concepts are discussed with an extended detail, bearing in mind a normative connection with Eurocode 4 (EN 1994-1-1). Particularly to slimfloor solutions, as they are not explicit covered by European standards, internationally renowned bibliography was used, procedure that classifies the present document as an helpful tool do the design of this type of structural solutions. With all the concepts settled in the domain of structural analysis and design of composite beams, a structural calculation tool was developed, which indorsed all of their relevant practical applications. The procedure, taking into account global analysis, construction stage design, composite stage design to ultimate and serviceability limit states, a superior comprehension of them was reached, condition that guided to an interesting identification of possible future research works. To conclude, a practical design example of a structural floor of a steel and composite building was developed, applying conventional and slimfloor beams, searching for a validation of the economic competitiveness of the slimfloor solutions.