Automatização do cálculo de vigas mistas de aço e concreto com lajes alveolares pré-moldadas
| dc.contributor.advisor-co1 | Dias, João Victor Fragoso | |
| dc.contributor.advisor-co1ID | https://orcid.org/0000-0003-1455-1519 | |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/0090215976146284 | |
| dc.contributor.advisor1 | Calenzani, Adenilcia Fernanda Grobério | |
| dc.contributor.advisor1ID | https://orcid.org/0000-0002-0936-9950 | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9959808218883879 | |
| dc.contributor.author | Rocha, Jonas da | |
| dc.contributor.authorID | https://orcid.org/0009-0006-4040-8774 | |
| dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/6579674457338794 | |
| dc.contributor.referee1 | Pires, Juliana da Cruz Vianna | |
| dc.contributor.referee1ID | https://orcid.org/0000-0003-4922-813X | |
| dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5925961851731596 | |
| dc.contributor.referee2 | Valle, Janaina Pena Soares de Oliveira | |
| dc.contributor.referee2ID | https://orcid.org/0000-0003-1131-0744 | |
| dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/6636717465476684 | |
| dc.date.accessioned | 2025-06-28T00:51:00Z | |
| dc.date.available | 2025-06-28T00:51:00Z | |
| dc.date.issued | 2025-03-31 | |
| dc.description.abstract | The study of technologies aimed at better utilization and optimization of materials to make projects more economical, sustainable, and faster to execute is of utmost importance. Projects that use composite beams with precast hollow-core concrete slabs are scarce, partly due to a lack of knowledge about the system and its design methods. However, in 2024, the ABNT NBR 8800 standard was updated to include normative prescriptions and the design methodology for composite beams with precast hollow-core concrete slabs, which served as the basis for this work. A computational program was developed to automate the analysis and design calculations of steel composite beams with precast hollow-core concrete slabs, following the proposed methodology for internal and edge composite beams composed of doubly symmetric I-sections and precast hollow-core slabs. The procedures were outlined in design flowcharts and later implemented in the program, which was developed using VBA (Visual Basic for Applications). The program selects the lightest rolled or welded I-section that meets the acting demands, providing a calculation report at the end with the main design information. The computational tool was validated through a comparison with an adapted example from the Gerdau composite beams with hollow-core slabs manual (Queiroz, Rocha, and Filho, 2017), which, along with NBR 8800:2024, served as a foundation for the methodology presented here. Furthermore, a parametric study with 72 composite beam models with hollow-core slabs was conducted to analyze the ultimate limit states (ULS) governing the design of this type of structure, as well as the influence of the concrete topping thickness and the characteristic compressive strength of concrete (𝑓𝑐𝑘) on beam strength. The results showed that the design was governed by the balanced phase, where the applied moment is generated by the support of two hollow-core panels on the top flange of the steel section in cases of shorter beam and slab spans, and by the composite phase in cases of longer beam and slab spans. Additionally, the increase in beam strength with higher 𝑓𝑐𝑘 values was significant when a compact-web profile was used but irrelevant when a semi-compact-web profile was adopted. The serviceability limit state (SLS) was not considered critical, mainly because cambering was applied whenever necessary. This work also enabled the development of preliminary design tables for composite beams with hollow-core slabs, providing a useful tool for professionals in the early stages of design. The tables present the steel profiles and the maximum superimposed loads (𝑞𝑠𝑐) for full interaction, according to the span of the beam and the slab. | |
| dc.description.resumo | O estudo de tecnologias que buscam um melhor aproveitamento e utilização dos materiais, de modo a tornar os projetos mais econômicos, sustentáveis e com uma execução mais rápida é de suma importância. Projetos que fazem uso de vigas mistas com lajes alveolares pré-moldadas de concreto são escassos devido em parte ao pouco conhecimento do sistema e de seus métodos de dimensionamento. Contudo em 2024, a norma ABNT NBR 8800 recebeu uma atualização, passando então a abordar as prescrições normativas e a metodologia de dimensionamento de vigas mistas com lajes alveolares pré-moldadas de concreto, que serviu como base para este trabalho. Um programa computacional foi elaborado para automatizar os cálculos de análise e dimensionamento de vigas mistas biapoiadas de aço com lajes alveolares pré-moldadas de concreto, conforme a metodologia proposta, para os casos de vigas mistas internas e de borda, constituídas por perfis I duplamente simétricos e lajes alveolares pré-moldadas. Os procedimentos foram descritos em fluxogramas de dimensionamento e posteriormente implementados no programa, que fez uso de linguagem em VBA (Visual Basic for Aplications). O programa dimensiona o perfil I, laminado ou soldado, de menor peso que atenda as solicitações atuantes, apresentando ao final um memorial de cálculo com as principais informações do dimensionamento. A ferramenta computacional foi validada por meio de comparação com um exemplo adaptado do manual de vigas mistas com laje alveolar da Gerdau (Queiroz, Rocha e Filho, 2017), que também serviu como base para a metodologia aqui apresentada juntamente com a NBR 8800: 2024. Além disso, um estudo paramétrico com 72 modelos de vigas mistas com laje alveolares foi realizado, buscando analisar quais os estados limites últimos (ELU) que governavam o dimensionamento deste tipo de estrutura, assim como a influência da espessura da capa de concreto e da resistência característica à compressão do concreto (𝑓𝑐𝑘) na resistência das vigas. Os resultados mostraram o dimensionamento sendo governado pela fase balanceada, onde o momento solicitante é gerado pelo apoio de dois painéis alveolares sobre a mesa superior do perfil de aço, nos casos de vãos de vigas e lajes menores, e pela fase mista nos casos de vigas e lajes com vãos maiores. Além disso, o ganho de resistência da viga com o aumento do 𝑓𝑐𝑘 se mostrou interessante quando o perfil adotado era de alma compacta, e irrelevante quando o perfil era de alma semi compacta. O estado limite de serviço (ELS) não foi considerado crítico, principalmente porque considerou-se a aplicação de contra flecha sempre que necessário. Este trabalho também possibilitou a criação de tabelas de pré-dimensionamento para vigas mistas com lajes alveolares, oferecendo uma ferramenta útil para profissionais da área na fase inicial de projeto. As tabelas apresentam os perfis metálicos e as cargas sobrepostas limites (𝑞𝑠𝑐) para interação total, de acordo com o vão da viga e da laje. | |
| dc.description.sponsorship | Fundação de Amparo à Pesquisa e Inovação do Espírito Santo (FAPES) | |
| dc.format | Text | |
| dc.identifier.uri | http://repositorio.ufes.br/handle/10/19837 | |
| dc.language | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal do Espírito Santo | |
| dc.publisher.country | BR | |
| dc.publisher.course | Mestrado em Engenharia Civil | |
| dc.publisher.department | Centro Tecnológico | |
| dc.publisher.initials | UFES | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil | |
| dc.rights | open access | |
| dc.subject | Lajes alveolares pré-moldadas | |
| dc.subject | Metodologia de dimensionamento | |
| dc.subject | Programa computacional | |
| dc.subject.cnpq | Engenharia Civil | |
| dc.title | Automatização do cálculo de vigas mistas de aço e concreto com lajes alveolares pré-moldadas | |
| dc.type | masterThesis |