Usualmente, em situações práticas de projeto de lajes mistas, procura-se uniformizar ao máximo a espessura das fôrmas de aço, normalmente por razões econômicas (produção em larga escala). Entretanto, em alguns casos, há a necessidade de se especificarem algumas fôrmas com maior espessura, solução essa pouco competitiva no mercado brasileiro. Uma alternativa economicamente interessante em relação ao aumento de espessura é a inserção de armadura adicional, mantendo-se assim a espessura padrão (em geral 0,80 mm) e obtendo-se aumento da área de aço por meio de vergalhões. No entanto, por se tratar de uma solução inusual, o comportamento estrutural das lajes mistas com armadura adicional e seus critérios e diretrizes de dimensionamento não são previstos em normas e manuais técnicos: a ABNT NBR 8800 (2008, p. 226) e o Eurocode 4 (2004, p. 104) mencionam que, caso haja armadura para resistir ao momento fletor positivo, a formulação apresentada deverá ser adequadamente ajustada, mas não apresentam os respectivos critérios e equacionamentos. O ANSI/ASCE 3-91 (1992), o CSSBI S2-2008 (2008) e o ANSI/SDI C-2011 (2011) não mencionam a possibilidade de armadura adicional. Diante desse cenário, investigou-se o comportamento estrutural de lajes mistas com vergalhões e, por meio de uma extensão matemática das formulações já existentes para o caso sem armadura, foram propostos critérios de dimensionamento para os estados-limites últimos (momento fletor e cisalhamento longitudinal) e de serviço (deslocamento vertical). Foram realizados ensaios de flexão em doze protótipos de lajes mistas de dimensões usuais, sendo oito sem barras adicionais e quatro com, variando-se as dimensões (altura e vão, conforme Eurocode 4 (2004)) e com quatro taxas de armadura. A partir desses resultados, pôde-se analisar o comportamento estrutural dos protótipos com armadura adicional, os quais apresentaram ductilidade e capacidade consideravelmente maiores que as correspondentes lajes sem as barras. Por fim, também foram validadas as formulações referentes ao cisalhamento longitudinal (extensões do Método m-k e do Método da Interação Parcial) e ao deslocamento vertical, para os casos mais usuais. / Usually, on the design of composite slabs with profiled steel decking, it is tended to standardize as much as possible the thickness of the steel decking, generally because of economic reasons (large-scale production). Nevertheless, in a few cases it must be necessary to specify thicker steel decking, which is not a competitive solution in the Brazilian market. An economic alternative regarding the increase of thickness is the insertion of additional bottom reinforcement, thus, keeping the standard thickness (in general 0.80 mm) and obtaining the steel area increment through rebars. Notwithstanding, since that is an unusual solution, the structural behavior of composite slabs with additional reinforcement, their criteria and design guidelines are not provided in standards and technical manuals: ABNT NBR 8800 (2008) and Eurocode 4 (2004) state that, if there are additional bars to resist positive bending moment, the formulation should be adapted, however they do not present the respective criteria and equating. CSSBI S2-2008 (2008), ANSI/ASCE 3-91 (1992) and ANSI/SDI C-2011 (2011) do not mention the possibility of using additional reinforcement. In this scenario, the structural behavior of composite slabs with rebars was investigated and, through a mathematic extension of the formulation already used to the unreinforced situation, design criteria were proposed for the ultimate (flexure and longitudinal shear) and serviceability (deflection) limit states. In addition, flexure tests were carried out in twelve composite slabs with usual dimensions, eight of those without additional bars and four with, following the recommendations by Eurocode 4 (2004) about the variation of the dimensions (height and span), with the latter having four reinforcement rates. With the results of those tests, the structural behavior of the reinforced prototypes was analysed, which have showed considerably higher ductility and resistance when compared to those with the unreinforced ones. Finally, the formulations for the usual cases related to longitudinal shear (extensions of the m-k Method and the Partial Interaction Method) and deflection were validated.

Usualmente, em situações práticas de projeto de lajes mistas, procura-se uniformizar ao máximo a espessura das fôrmas de aço, normalmente por razões econômicas (produção em larga escala). Entretanto, em alguns casos, há a necessidade de se especificarem algumas fôrmas com maior espessura, solução essa pouco competitiva no mercado brasileiro. Uma alternativa economicamente interessante em relação ao aumento de espessura é a inserção de armadura adicional, mantendo-se assim a espessura padrão (em geral 0,80 mm) e obtendo-se aumento da área de aço por meio de vergalhões. No entanto, por se tratar de uma solução inusual, o comportamento estrutural das lajes mistas com armadura adicional e seus critérios e diretrizes de dimensionamento não são previstos em normas e manuais técnicos: a ABNT NBR 8800 (2008, p. 226) e o Eurocode 4 (2004, p. 104) mencionam que, caso haja armadura para resistir ao momento fletor positivo, a formulação apresentada deverá ser adequadamente ajustada, mas não apresentam os respectivos critérios e equacionamentos. O ANSI/ASCE 3-91 (1992), o CSSBI S2-2008 (2008) e o ANSI/SDI C-2011 (2011) não mencionam a possibilidade de armadura adicional. Diante desse cenário, investigou-se o comportamento estrutural de lajes mistas com vergalhões e, por meio de uma extensão matemática das formulações já existentes para o caso sem armadura, foram propostos critérios de dimensionamento para os estados-limites últimos (momento fletor e cisalhamento longitudinal) e de serviço (deslocamento vertical). Foram realizados ensaios de flexão em doze protótipos de lajes mistas de dimensões usuais, sendo oito sem barras adicionais e quatro com, variando-se as dimensões (altura e vão, conforme Eurocode 4 (2004)) e com quatro taxas de armadura. A partir desses resultados, pôde-se analisar o comportamento estrutural dos protótipos com armadura adicional, os quais apresentaram ductilidade e capacidade consideravelmente maiores que as correspondentes lajes sem as barras. Por fim, também foram validadas as formulações referentes ao cisalhamento longitudinal (extensões do Método m-k e do Método da Interação Parcial) e ao deslocamento vertical, para os casos mais usuais. / Usually, on the design of composite slabs with profiled steel decking, it is tended to standardize as much as possible the thickness of the steel decking, generally because of economic reasons (large-scale production). Nevertheless, in a few cases it must be necessary to specify thicker steel decking, which is not a competitive solution in the Brazilian market. An economic alternative regarding the increase of thickness is the insertion of additional bottom reinforcement, thus, keeping the standard thickness (in general 0.80 mm) and obtaining the steel area increment through rebars. Notwithstanding, since that is an unusual solution, the structural behavior of composite slabs with additional reinforcement, their criteria and design guidelines are not provided in standards and technical manuals: ABNT NBR 8800 (2008) and Eurocode 4 (2004) state that, if there are additional bars to resist positive bending moment, the formulation should be adapted, however they do not present the respective criteria and equating. CSSBI S2-2008 (2008), ANSI/ASCE 3-91 (1992) and ANSI/SDI C-2011 (2011) do not mention the possibility of using additional reinforcement. In this scenario, the structural behavior of composite slabs with rebars was investigated and, through a mathematic extension of the formulation already used to the unreinforced situation, design criteria were proposed for the ultimate (flexure and longitudinal shear) and serviceability (deflection) limit states. In addition, flexure tests were carried out in twelve composite slabs with usual dimensions, eight of those without additional bars and four with, following the recommendations by Eurocode 4 (2004) about the variation of the dimensions (height and span), with the latter having four reinforcement rates. With the results of those tests, the structural behavior of the reinforced prototypes was analysed, which have showed considerably higher ductility and resistance when compared to those with the unreinforced ones. Finally, the formulations for the usual cases related to longitudinal shear (extensions of the m-k Method and the Partial Interaction Method) and deflection were validated.

A norma brasileira ABNT NBR 14323:2013 apresenta um método para o dimensionamento de lajes mistas de aço e concreto em situação de incêndio. No entanto, esse procedimento não inclui o efeito do comportamento de membrana da laje. Usando a teoria de placas para grandes deslocamentos, esta pesquisa estabelece que as altas temperaturas podem induzir uma considerável ação de membrana de tração, auxiliando na segurança da laje em situação de incêndio. No desenvolvimento de uma ferramenta para o dimensionamento a partir do método analítico de lajes mistas em situação de incêndio, uma série de estudos foi desenvolvida para a análise do comportamento de membrana de tração a altas temperaturas. O método analítico mais conhecido é o método de Bailey. Comparações entre os métodos de Bailey e da ABNT NBR 14323:2013, e análises empregando os programas Vulcan e MACS+ foram realizadas. Neste trabalho, compararam-se resultados empregando o método de Bailey e do programa de computador MACS+, que teve por base o próprio método de Bailey. Como esperado, os resultados foram similares. Ainda, neste trabalho, realizaram-se alguns estudos numéricos empregando o método dos elementos finitos, por meio do programa de computador Vulcan e compararam-se resultados entre o método de Bailey e Vulcan. Uma investigação sobre possíveis simplificações da formulação da ABNT NBR 14323:2013 também foi realizada. / The Brazilian standard ABNT NBR 14323:2013 presents a method for the composite slabs fire design. However, it doesnt include the effect of the slab behaving as a membrane. Using the theory of plates for large displacements, the research establishes that high temperatures can induce a considerable tensile membrane action, assisting in the safety of the slab in fire. In developing a tool for the analytical method composite slabs fire design, some studies were made to analyze the behavior of tensile membrane at high temperatures. The most popular analytical method is the Baileys method. In this study, analysis of the Baileys methods, the Brazilian standard and the Vulcan and MACS+ software were performed and the results were compared. As expected, the results were similar. Still, in this work, there have been some numerical studies employing the finite element method, using the computer program Vulcan, and results were compared between the Baileys method and Vulcan. An investigation about possible simplifications of the formulation presented by Brazilian standard were also developed.

A norma brasileira ABNT NBR 14323:2013 apresenta um método para o dimensionamento de lajes mistas de aço e concreto em situação de incêndio. No entanto, esse procedimento não inclui o efeito do comportamento de membrana da laje. Usando a teoria de placas para grandes deslocamentos, esta pesquisa estabelece que as altas temperaturas podem induzir uma considerável ação de membrana de tração, auxiliando na segurança da laje em situação de incêndio. No desenvolvimento de uma ferramenta para o dimensionamento a partir do método analítico de lajes mistas em situação de incêndio, uma série de estudos foi desenvolvida para a análise do comportamento de membrana de tração a altas temperaturas. O método analítico mais conhecido é o método de Bailey. Comparações entre os métodos de Bailey e da ABNT NBR 14323:2013, e análises empregando os programas Vulcan e MACS+ foram realizadas. Neste trabalho, compararam-se resultados empregando o método de Bailey e do programa de computador MACS+, que teve por base o próprio método de Bailey. Como esperado, os resultados foram similares. Ainda, neste trabalho, realizaram-se alguns estudos numéricos empregando o método dos elementos finitos, por meio do programa de computador Vulcan e compararam-se resultados entre o método de Bailey e Vulcan. Uma investigação sobre possíveis simplificações da formulação da ABNT NBR 14323:2013 também foi realizada. / The Brazilian standard ABNT NBR 14323:2013 presents a method for the composite slabs fire design. However, it doesnt include the effect of the slab behaving as a membrane. Using the theory of plates for large displacements, the research establishes that high temperatures can induce a considerable tensile membrane action, assisting in the safety of the slab in fire. In developing a tool for the analytical method composite slabs fire design, some studies were made to analyze the behavior of tensile membrane at high temperatures. The most popular analytical method is the Baileys method. In this study, analysis of the Baileys methods, the Brazilian standard and the Vulcan and MACS+ software were performed and the results were compared. As expected, the results were similar. Still, in this work, there have been some numerical studies employing the finite element method, using the computer program Vulcan, and results were compared between the Baileys method and Vulcan. An investigation about possible simplifications of the formulation presented by Brazilian standard were also developed.

O piso misto usual é formado pela laje mista, de aço e concreto, apoiada na mesa superior da viga metálica. No piso misto de pequena altura, a laje mista se apoia na mesa inferior da viga, diminuindo assim a altura total do piso. A forma de aço, utilizada nesse sistema, tende a ser três vezes mais alta, que as formas de aço usuais. No Brasil não há uma forma de aço para uso nos sistemas mistos de pequena altura, comercializada. Este estudo trata do desenvolvimento de uma forma de aço trapezoidal para pisos mistos de pequena altura. Foi desenvolvida uma geometria de forma de aço trapezoidal com mossas estampadas nas laterais. Foram realizados ensaios experimentais com modelos de lajes mistas, confeccionados com a forma de aço desenvolvida no presente estudo. Esses ensaios visaram avaliar a resistência e o comportamento de lajes mistas fabricadas com a forma desenvolvida. A geometria da forma de aço e das mossas apresentaram um bom comportamento frente aos esforços cisalhantes, com resistências comparáveis as formas de aço comercializadas, mostrando que podem ser utilizadas em trabalhos futuros. / The usual composite floor is formed by the composite slab, of steel and concrete, supported on the top flange of the steel beam. On the shallow floor systems, the steel beams are contained within the depth occupied by the floor. The steel form steel used in this composite shallow floor systems is around three times higher than usual forms of steel decking. In Brazil there is not a form of steel for use in shallow floor systems, marketed. This study concerns the development of a steel decking to shallow floor systems. Developed a geometry shape of trapezoidal steel and embossements on the sides. Experimental tests were conducted with composite slabs, made of steel the shape developed in this study. These tests were intended to assess the strength and behavior of composite slabs made with the developed form. The geometry of the steel form and embossements showed good behavior against shearing efforts, forms with resistances comparable steel deckings marketed, showing that may be used in future work.

[pt] Esta dissertação apresenta um novo tipo de laje mista com uso de perfil de chapa dobrada incorporada. O perfil substitui as barras de aço, a fôrma e as escoras. O sistema estrutural construído consistiu em uma laje mista com perfil C enrijecido preenchido com concreto estrutural. Foram realizados dez testes experimentais em que foram analisados os momentos positivos, os momentos negativos e a influência de séptos. Através da análise teórico-experimental, foi possível perceber a grande influência dos séptos na resistência das lajes mistas testadas. / [en] This work presents a new type of composite deck-slab using incorporate formed steel profiles. The steel profile replaces the reinforcement bars, the form and charry system. The structural system is built by one composite deck-slab with C stiffness steel profile, filed with reinforced concrete. It was performed ten tested and it was analyzed the positive moments, the negative moments and the influence of the diaphragm. Analizing the results it was possible to realize the great influence of the diaphragm over the resistence of composite deck slab tested.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:09:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2650.pdf: 5740203 bytes, checksum: 7179b3cceecc59296850ba33bcd2404f (MD5) Previous issue date: 2009-08-28 / This work is aimed at studying slab systems for steel structures by assessing massive conventional slab, framed slab, pre-cast slabs, compsite slab systems and other systems of steel and concrete. Characteristics as well as structural and building advantages and disadvantages of each slab system for steel structures usage are addressed. Based on a defined architecture, a structural project will be developed in which the main structure (columns and beams) is supported by steel structure, and several solutions using different slab systems will be technically presented according to the methodology for mounting them, execution, and cost comparisons. A more realistic evaluation of each slab system studied was sought by comparing them to each other in terms of structural behaviour, building techniques, and cost. / Este trabalho tem como proposta estudar os sistemas de lajes para estruturas metálicas, avaliando as lajes convencionais maciças, as lajes treliçadas e pré-moldadas, a laje mista com forma de aço e outros sistemas de laje mista de aço e concreto (pavimento misto). Apresentam-se e discutem-se características, vantagens e desvantagens estruturais e construtivas de cada sistema de laje, quando usado em estruturas metálicas. Baseado numa arquitetura definida, será desenvolvido o projeto estrutural, com a estrutura principal (pilares e vigas) em estrutura metálica e com as diversas soluções em laje, avaliando tecnicamente a metodologia de montagem e execução e comparando custos envolvidos. Busca-se uma avaliação mais realista, para cada sistema de laje estudado, comparando as lajes entre si, no que diz respeito ao comportamento estrutural, às técnicas construtivas e ao custo.

O piso misto usual é formado pela laje mista, de aço e concreto, apoiada na mesa superior da viga metálica. No piso misto de pequena altura, a laje mista se apoia na mesa inferior da viga, diminuindo assim a altura total do piso. A forma de aço, utilizada nesse sistema, tende a ser três vezes mais alta, que as formas de aço usuais. No Brasil não há uma forma de aço para uso nos sistemas mistos de pequena altura, comercializada. Este estudo trata do desenvolvimento de uma forma de aço trapezoidal para pisos mistos de pequena altura. Foi desenvolvida uma geometria de forma de aço trapezoidal com mossas estampadas nas laterais. Foram realizados ensaios experimentais com modelos de lajes mistas, confeccionados com a forma de aço desenvolvida no presente estudo. Esses ensaios visaram avaliar a resistência e o comportamento de lajes mistas fabricadas com a forma desenvolvida. A geometria da forma de aço e das mossas apresentaram um bom comportamento frente aos esforços cisalhantes, com resistências comparáveis as formas de aço comercializadas, mostrando que podem ser utilizadas em trabalhos futuros. / The usual composite floor is formed by the composite slab, of steel and concrete, supported on the top flange of the steel beam. On the shallow floor systems, the steel beams are contained within the depth occupied by the floor. The steel form steel used in this composite shallow floor systems is around three times higher than usual forms of steel decking. In Brazil there is not a form of steel for use in shallow floor systems, marketed. This study concerns the development of a steel decking to shallow floor systems. Developed a geometry shape of trapezoidal steel and embossements on the sides. Experimental tests were conducted with composite slabs, made of steel the shape developed in this study. These tests were intended to assess the strength and behavior of composite slabs made with the developed form. The geometry of the steel form and embossements showed good behavior against shearing efforts, forms with resistances comparable steel deckings marketed, showing that may be used in future work.

[pt] Nos trabalhos já concluídos nesta linha de pesquisa foram desenvolvidos protótipos de deck-metálico (steel-deck), empregando-se diversas formas de ligação entre a chapa de aço e o concreto armado, tais como: corrugações de alma (Andrade, 1986), parafusos auto-brocantes (Takey, 2001), septos em perfís tipo bandeja (Vieira, 2003) e corrugações circulares profundas (Beltrão,2003). Com a intenção de se desenvolver um novo perfil metálico que apresentasse uma boa aderência mecânica entre o concreto e o aço e com características de comportamento dúctil, estudou-se várias formas da seção transversal ideal. Variáveis como peso, altura, espessura, tensão de escoamento, vão máximo, e capacidade de suporte de carga foram consideradas. Após definição e otimização da seção do perfil metálico, foi efetuado um estudo experimental composto de uma série de ensaios. Foram executados dois ensaios de arrancamento (pull-out), nove ensaios de flexão do perfil metálico e um ensaio em escala real da laje mista. Os ensaios tipo pull-out foram executados para estabelecer a carga última de deslizamento na interface aço/concreto. Os ensaios dos perfis metálicos serviram para verificar a rigidez dos mesmos durante a fase de concretagem. Procurou-se com o ensaio em escala real determinar a resistência última da estrutura, o modo de ruína, as deflexões e as deformações. A fase final compreendeu a comparação dos resultados experimentais com os dos trabalhos desenvolvidos por Takey e Beltrão, bem como com resultados teóricos para validação de resultados do sistema proposto de laje mista. / [en] The research work in composite slabs so far conducted has investigated various alternatives for the development of an economic and efficient composite slab system. These alternatives evaluated the effectiveness of the concrete to steel plate bonding by means of: web corrugations (Andrade, 1986), self-drilling bolts (Takey, 2001), cold formed channel sections with diaphragms (Vieira, 2003), and the used of deep circular corrugations, (Beltrão, 2003). The present investigation main objective was to develop a cold formed profile presenting an efficient connection between the concrete and the steel profile that yields a ductile behaviour for such system. The first step of the investigation was devoted to the assessment of an optimum cold-formed profile geometry. This task was made taking into account parameters like: profile weight, plate thickness, yield stress, maximum span and load carrying capacity among others. Following the definition of the optimum cold formed steel profile an experimental program was conceived and executed. The first part of the experiments consisted on pull-outs tests made to access the concrete to steel bond resistance. This was followed by simple supported tests on the cold formed steel profile to evaluate their stiffness during concrete casting operation. Finally a full-scale composite slab system was performed. The main aim of this test was to determine the composite system load carrying capacity, typical failure modes, associated stresses and displacements. The final phase of this dissertation depicts comparisons of the already mentioned experiments to other tests made by Takey (Takey, 2001), and Beltrão (Beltrão, 2003), as well as comparison of theoretical results, to validate the proposed composite slab system results.