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2.6.Análise Dinâmica sem considerar IHE

O sistema estrutural misto é formado por um perfil de aço soldado, laminado ou formado a frio, em conjunto com uma laje de concreto simples ou armado. A ligação do perfil de aço com a laje de concreto é proporcionada por meios mecânicos, tais como conectores, mossas, ressaltos, entre outros, seja por atrito ou simplesmente por aderência e repartição de cargas (Queiroz et al., 2001).

Os elementos estruturais mistos de aço-concreto, quando comparados com os de concreto (simples ou armado) e mesmo com os metálicos, possuem algumas vantagens, pois aproveitam melhor a capacidade resistente de cada material que os constituem. O aço é um material com uma capacidade resistente tanto à tração quanto à compressão muito boa, já o concreto possui uma excelente resistência à compressão, porém à tração sua resistência é cerca de apenas 8 a 15 % de sua resistência à compressão (Silva, 2006).

Elementos estruturais mistos de aço e concreto vêm sendo uma opção frequente para soluções estruturais na construção civil (Lemes, 2015). Devido a isso, tem-se notado nos últimos anos um crescente interesse no desenvolvimento de soluções numéricas para vigas mistas com conexão deformável, como pode ser verificado pela grande quantidade de publicações em periódicos especializados e dissertações e teses, como: Ayoub e Filippou (2000); Dall´Asta e Zona (2004a); Dall´Asta e Zona (2004b); Ranzi et al. (2006); Gara et al. (2006); Silva (2006); Silva e Sousa (2009), Silva (2010); Machado (2012); Skec et al. (2010); Sousa (2013), Lemes (2015); Lemes et al. (2017); Machado et al. (2017), entre outras.

A análise de elementos mistos se torna, em determinados aspectos, mais complexa que de elementos estruturais de aço ou de concreto armado, uma vez que devem ser consideradas características associadas ao comportamento do aço e do concreto de forma isolada, bem como do comportamento obtido da interação entre ambos os materiais. Pode-se citar, por exemplo, a não linearidade física, retração e fluência do concreto, o confinamento do concreto em elementos preenchidos, o deslizamento parcial e questões como a flambagem local e tensões residuais nos perfis como características a serem levadas em consideração (Oliveira, 2009).

Os procedimentos de análise e dimensionamento de elementos mistos apresentados em normas técnicas (Eurocode 4, 2004; AISC, 2005; ACI318, 2004 e NBR 8800, 2015) adotam simplificações, como a largura efetiva de contribuição da laje de concreto, seção homogeneizada, interação total entre os diferentes elementos constituintes, ou seja, conexão não deformável, que podem fornecer resultados não compatíveis com os da realidade. Resultados estes que geralmente são a favor da segurança, porém contra a economia.

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O fato de simplificações de norma gera resultados muitas vezes não condizentes com a realidade, junto com a popularização de computadores cada vez mais eficientes motiva a implementação de métodos numéricos capazes de simular o problema, fazendo com que se obtenha resultados mais próximos da realidade. Com a utilização de computadores, é possível considerar, sem muito esforço, por exemplo, a interação parcial entre os elementos constituintes (conexão deformável) que é um dos objetivos deste trabalho.

Sommer (2002) realizou uma análise dinâmica de pisos mistos aço-concreto, sendo que sobre os pisos eram aplicados carregamentos correspondentes a atividades rítmicas. Para tal análise foi utilizado o programa computacional ANSYS (em sua versão 5.7), baseado em elementos finitos para simular a laje de concreto e elementos de barra (utilizando elementos tridimensionais), para as vigas de aço, garantindo a interação total entre os mesmos. O trabalho de Sommer (2002) difere do presente trabalho, devido ao tipo de interação ser total (conexão não deformável).

Moreira (2004) realizou uma avaliação comparativa de diversos tipos de pisos dentro de uma edificação em estrutura metálica, inclusive pisos mistos, sendo os pisos avaliados induzidos por cargas impulsivas e cargas oriundas do caminhar de pessoas. Porém em seu trabalho não foi levado em consideração o grau de interação na interface aço-concreto (considerando conexão não deformável), sendo o trabalho um caso geral do comportamento de pisos e não um caso específico do comportamento de pisos mistos.

Varela (2004), em sua tese de doutorado, realizou uma investigação se baseando em correlações das respostas dinâmicas num histórico de tempo, obtidas de forma teóricas e também experimentais em estruturas reais. Foram feitas modelagens simulando uma ou várias pessoas agindo no sistema estrutural.

Níveis irritantes de vibrações em piso, devido a movimentos humanos como caminhar e correr, se tornaram mais comuns durante as duas últimas décadas. Segundo Setareh (2006), os principais fatores que contribuem para este problema são: diminuição da massa do piso, resultante da utilização de materiais de construção de resistência mais elevados e sistemas mistos; diminuição da frequência natural de vibração do piso, devido à expectativa de piso mais longos; aumento no número de atividades rítmicas humanas, como aeróbica; e uma diminuição no amortecimento devido ao menor número de partições e itens de mobiliário e outros fatores que contribuem.

Mello et al. (2007) desenvolveu uma análise capaz de avaliar o conforto humano em pisos de edificações considerando modelos representativos de caminhar de pessoas. A sua análise buscou comprovar que o simples caminhar de pessoas sobre uma laje pode vir a gerar

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níveis elevados de vibração, causando um desconforto aos seus usuários, pois estão fora dos critérios de conforto humano, bem como pode vir a causar deslocamentos e deformações excessivas no piso misto, podendo, raras vezes, comprometer a estrutura.

Mello et al. (2007) investigou ainda o comportamento dinâmico de vários modelos estruturais utilizados por Murray et al. (1997), sendo que em suas análises foi considerada a rigidez da coluna de aço. Em um primeiro momento, determinadas as frequências naturais e os modos de vibração, para que posteriormente fosse obtida a resposta dinâmica dos pisos mistos em termos de uma análise de suas acelerações máximas. Em sua análise, foi utilizado um modelo computacional, via método dos elementos finitos, sendo empregado o software ANSYS e posteriormente comparando os resultados com a literatura (Murray et al., 1997) e (ISO 2631- 2, 1989).

Em suas análises, Murray et al. (1997) idealizaram dois modelos de carregamentos com o intuito de representar a ação dinâmica gerada durante o caminhar de pessoas. O primeiro carregamento foi composto pela parcela estática, correspondente ao peso do indivíduo e uma combinação de harmônicos associados às excitações dinâmicas. Já no segundo carregamento foi incorporado o efeito do pico transiente representativo do impacto do calcanhar humano.

Varela e Battista (2011) apresentaram uma investigação através de testes em laboratório, onde o protótipo da plataforma de piso misto foi feita em escala real (1:1), medindo resultados para aplicação de cargas rítmicas, principalmente pelo caminhar de forma aleatório de pessoas. Onde para se compensar a falta de amortecimento foi instalado um sistema de controle passivo de amortecimento. O desempenho dos dispositivos de controle foi avaliado por meio de comparações entre as amplitudes de aceleração experimentais obtidos para a estrutura controlada e não controlada submetido a forças dinâmicas semelhantes produzidos por uma ou mais pessoas a pé.

Varela e Battista (2011) apresentaram ainda resultados relevantes das respostas no domínio do tempo e da frequência comprovando que dispositivos de controle passivo de amortecimento, pequenos e de baixo custo, já podem ser incluídos na fase de concepção de uma estrutura inteligente, pois são acessórios eficazes para reduzir substancialmente as vibrações induzidas por pessoas em pavimentos mistos de grande vão.

Lopes et al. (2012) investigaram a influência do grau de interação aço-concreto de pisos mistos (desde interação total até os vários níveis de interação parcial). A análise dinâmica realizada considera a não linearidade geométrica e que o piso em questão está sujeito a ações dinâmicas proporcionadas por atividades humanas que é o objeto de estudo deste trabalho,

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porém, diferente do presente trabalho, a análise foi realizada via ANSYS, onde o grau de interação na interface foi realizado por meio de um elemento já contido no software.

Yaghin et al. (2014) realizaram um procedimento de análise, com o objetivo de avaliar também o conforto humano sob pisos mistos, visando uma avaliação mais realista para este tipo de estrutura quando está submetida à vibração devido ao simples caminhar de pessoas. Suas análises foram realizadas por meio do software ABAQUS sob carregamentos de pessoas se movimentando, sendo as colunas, vigas e lajes de concreto modeladas com elementos de placa. Yaghin et al. (2014) também realizou uma análise considerando o efeito dinâmico de um grupo de pessoas se movimentando em estruturas esbeltas.