Faculdade de Arquitetura e Urbanismo Sistemas Estruturais III Segurana e Desempenho Estrutural Prof.: Henrique de Paula Faria Consideraes gerais Segurana-umaestruturapodeserconsideradasegura quandoexisteumagarantiadequedurantesuavidatilno seroatingidosdeterminadoslimitesrelacionadosaoseu desempenho. Istoequivaleadizerqueasrespostasdaestrutura,esforos solicitantes,tensesedeslocamentos,emqualquerumdos seus pontos, no podem ultrapassar determinados limites.

Consideraes gerais Estesvaloreslimitesestorelacionadosasseguintes variveis: finalidade da edificao; modelo estrutural considerado; materiais utilizados na fabricao da estrutura. vida til de uma estrutura - perodo de tempo durante o qual semantmassuascaractersticas,desdequeatendidosos requisitos de uso emanuteno, bem como de execuo dos reparos necessrios decorrentes de danos acidentais. Consideraes gerais Aidiadeseguranaest,portanto,intimamenterelacionada comoprazodeduraodavidatildaestrutura,pois medidaqueaumentaesseprazo,crescetambmoriscode aparecimentodeestadosexcepcionaisdeutilizao,bem como o risco de deteriorao da estrutura. Poroutralado,asnormasdeprojetoprocuramevitara chamadarunacatastrfica,ouseja,semavisoprvio,eque no permitem a sada dos usurios, ou a retirada de materiais e equipamentos. Consideraes gerais Dessemodo,precisoadmitirquesempreexisteuma probabilidade de runa. Portanto,emlugardeestruturassegurascontraaruna, sempre que possvel devem ser projetadas estruturas de runa segura. Consideraes gerais Assim,entende-seporestruturaseguraaquelaqueatenda aos seguintes requisitos intuitivos de segurana: a estrutura deve garantir a permanncia das caractersticas da edificao a um custo razovel de manuteno; emcondiesnormaisdeutilizao,aconstruono deveteraparnciaquecauseinquietaoaosusurios, nemapresentarfalsossinaisdealarmequelancem suspeitas sobre sua segurana; emsituaesnoprevistasdeutilizao,aestruturadeve apresentar sinais visveis de advertncia. Consideraes gerais importante observar que todas as grandezas envolvidas so probabilsticas,ecombaseemexperincias,asnormasde dimensionamentoestabelecemumaprobabilidadebaixade violao de alguns estados limites.

So obrigaes do profissional projetar e construir edificaes seguraseduradourasacustosacessveis,considerandoa durabilidadeeamanutenoestruturalcomimportncia compatvel dedicada ao dimensionamento das peas. Aes e Resistncias Aes-todasascausasdetenses,deformaesou deslocamentos em uma estrutura.

Aes nominais so os valores mximos esperados com uma pequena probabilidade de serem superados durante a vida til da estrutura. As aes nominais normalmente so fixadas por normas especficas de cargas, tais como:

NBR 6120 Cargas para o Clculo de Estruturas de Edificaes; NBR 6123 Foras devido ao Vento em Edificaes. Aes e Resistncias As aes nominais podem ser classificadas em: Aes Permanentes (G): So aquelas praticamente invariveis duranteavidatildaestrutura,comoporexemploopeso prprio dos materiais, instalaes ou equipamentos fixos; Aes Variveis (Q): So aquelas para as quais uma ou mais caractersticas,mdulo,direoousentido,podemvariarao longo da vida til da estrutura.Incluemascargasacidentaisdecorrentesdousoda edificao,aodevento,variaodetemperatura,ou equipamentos no fixos na edificao;

Aes e Resistncias Aes Excepcionais (E): So aquelas de baixa probabilidade de ocorrncia, mas incluem grande intensidade, tais como exploses, choques de veculos e abalos ssmicos. Resistnciaacapacidademximadeumelemento estrutural de suportar aos efeitos de uma ao. Analogamente, possvelestabelecermodelosprobabilsticosedeterminar valoresderesistncianominaisparaaspropriedades mecnicas dos aos.

Aes e Resistncias NoquedizrespeitoasAes(S)podemosdestacaras seguintes incertezas:

Incertezas relativas ao modelo matemtico usado na anlise estrutural; Incerteza relativa execuo da estrutura; Incerteza relativa s dimenses das sees transversais dos elementos estruturais.Aes e Resistncias No que diz respeito as Resistncias (R) podemos destacar as seguintes incertezas:

incerteza relativa s propriedades dos materiais; incertezas relativas ao comportamento das peas em cada tipo de colapso. Paraestabeleceracondiodenoviolaodeumestado limitequalquer,necessrioutilizaroschamadosvaloresde clculo, iguais aos valores nominais corrigidos por coeficientes deseguranaadequados,deformaamanteraprobabilidade de violao em um nvel suficientemente baixo. Aes e Resistncias Aes e Resistncias NBR 6120 ANBR6120CargasparaoClculodeEstruturasde Edificaesfixaascondiesexigveisparaadeterminao dosvaloresdascargasquedevemserconsideradasno projetodeestruturasdeedificaes,qualquerquesejasua classeedestino,salvooscasosprevistosemnormas especiais, como a de vento.

AnormadefinecargaACIDENTALcomotodaaquelaque pode atuar sobre a estrutura de edificaes em funo do seu uso. As cargas verticais que se consideram atuando nos pisos deedificaesreferem-seacarregamentosdevidosa pessoas,mveis,utenslios,materiaisdiversoseveculos,e so supostas uniformemente distribudas,NBR 6120 NBR 6120 Alm disso, a NBR 6120 recomenda que: Todoelementoisoladodecobertura,comoasterasde apoiodastelhas,porexemplo,deveserprojetadopara recebernaposiomaisdesfavorvelumacargavertical de 1,0 kN, alm da carga permanente. Aolongodosparapeitosebalcesdevemser consideradasaplicadasumacargahorizontalde0,8kN/m naalturadocorrimoeumacargaverticalmnimade2,0 kN/m.

NBR 6123 Ao do vento Oarfluidasreasdepressomaisaltaparaasreasde pressomaisbaixa.Oaquecimentoproduzidopelosol,a rotaodaTerra,asondulaeseobstruesdoterreno causam turbulncia no ar. O vento produzido por diferenas de temperatura de massas dearnaatmosfera,ocasomaisfcildeidentificarquando uma frente fria chega a uma determinada rea e choca-se com o ar quente produzindo vento, esse tipo de fenmeno pode ser observado antes do incio de uma chuva.

NBR 6123 Ao do vento Desta forma, o vento se manifesta em rajadas ao invs de um fluxocontnuo.Osefeitosdasrajadasdeventopodemser vistossobrelagosoucamposcultivados,bemcomoem papis, folhas ou poeira em vo. Oventoobstrudoporumedifciotentartomarocaminho maisfcilparacontorn-lo,apresentandoescoamentosbem complexos.Aberturasalteramofluxodoar,aumentandoou diminuindo as presses internas nas paredes e coberturas.

NBR 6123 Ao do vento O vento no um problema em construes baixas e pesadas comparedesgrossas,pormemestruturasesbeltaspassaa serumadasaesmaisimportantesadeterminarnoprojeto de estruturas. Asprincipaiscausasdosacidentesdevidosaoventoso: contraventamentosinsuficientesdaestrutura,fundaes inadequadasedeformabilidadeexcessivadaestruturada edificao.

NBR 6123 Ao do vento Contraventamentos: soluo bsica

NBR 6123 Ao do vento Contraventamentos: soluo arquitetnica

NBR 6123 Ao do vento Osserviosdemeteorologiamantmboletinsanemogrficos hmuitosanos,oquepossibilitouotraadodeummapade mesma velocidade do vento, o grfico das isopletas. Essasvelocidadesforamprocessadasestatisticamente,com base nos valores de velocidades mximas anuais medidas em cercade49cidadesbrasileiras.Considera-sequeovento pode atuar em qualquer direo e no sentido horizontal.

Pelogrficopossvelobteravelocidadebsicadovento V0paraolocaldaconstruo,definidacomosendoa velocidadedeumarajadade3segundos,podendoser ultrapassada,emmdia,umavezem50anos,atuandoa10 metros acima do terreno, em campo aberto e plano.

NBR 6123 Ao do vento NBR 6123 Ao do vento Define-seotermobarlaventocomsendoaregiodeonde sopra o vento (em relao a edificao), e sotavento a regio oposta quela de onde sopra o vento. Quandooventosoprasobreumasuperfcieexisteuma sobrepresso(sinalpositivo),porememalgunscasospode acontecerocontrrio,ouseja,existirsuco(sinalnegativo) sobre a superfcie. O vento sempre atua perpendicularmente a superfcie que impede sua passagem.

NBR 6123 Ao do vento Mtodos de dimensionamento Osmtodosdedimensionamentoutilizadosnaengenharia estrutural so basicamente 3 (trs): Mtodo das Tenses Admissveis; Mtodo dos Coeficientes das Aes; Mtodos dos Estados Limites. Os dois primeiros mtodos podem conduzir, eventualmente, a valores de dimensionamento contra a segurana, ou a valores muitoconservadores.Foramporisso,sendosubstitudos gradativamente, em todos os pases, pelo mtodo dos Estados Limites.

Mtodo dos Estados Limites Estados limites so estados que definem impropriedade para o usodaestrutura,porrazesdesegurana,funcionalidadeou esttica,desempenhoforadospadresespecificadospara suautilizaonormalouinterrupodefuncionamentoem razo da runa de um ou mais de seus componentes. Os estados limites podem se referir estrutura como um todo, aelementosestruturaisouaregieslocaisdeelementos,e podem ser classificados da seguinte forma:

Mtodo dos Estados Limites EstadosLimitesltimos:correspondentesrunadetoda aestrutura,oupartedela,porruptura,deformaes plsticas excessivas ou por instabilidade; EstadosLimitesdeServio:estadosque,pelasua ocorrncia,repetiooudurao,provocamefeitos incompatveiscomascondiesdeusodaestrutura,tais como,deslocamentosexcessivos,vibraese deformaes permanentes.

Mtodo dos Estados Limites Omtododosestadoslimitesbaseia-senaaplicaode coeficientesdeseguranatantoparaasaesnominais, quantoparaasresistnciasnominais.Nenhumestadolimite podeserexcedidoquandoaestruturaforsubmetidaatodas as combinaes apropriadas de aes.

Agarantiadesegurananomtododosestadoslimites traduzidapelainequaodeconformidade,paracadaseo da estrutura:

Mtodo dos Estados Limites Mtodo dos Estados Limites Oscoeficientesdemajoraodasaeseminoraodas resistnciasrefletemasvariabilidadesdosvaloresnominais dos diversos carregamentos e das propriedades mecnicas do materialeoutrosfatorescomodiferenasentreomodelo estrutural terico e o sistema real. Para as combinaes de aes pode-se simplificar, fazendo f1 x f3 = f3 e afetando cada ao varivel secundria de um fator de combinao 0, equivalente ao coeficiente f2. NBR 8800 ANBR8800ProjetoeExecuodeEstruturasdeAode Edifcios,baseadanomtododosestadoslimites,fixaas condiesexigveisaquedevemobedeceraoprojeto,na execuoenainspeodeestruturasdeaoparaedifcios, executadascomperfislaminadosousoldadosnohbridose com ligaes feitas por parafusos ou soldas. Asrecomendaesdestanormalimitam-seaocasode edifcios destinados habitao, ao uso comercial e industrial, eaedifciospblicos.Nopodemsergeneralizadaspara outros tipos de estruturas.

Combinao de aes Para o clculo das solicitaes de projeto Sd, as aes devem sercombinadasdeformaaexpressarassituaesmais desfavorveis para a estrutura durante a sua vida til prevista.

As combinaes de aes referem-se aos instantes nos quais cadaaovariveldominanteeagrupadasaes permanentesesoutrasaesvariveissimultneasque produzemefeitosdesfavorveisquegeramacrscimosde solicitaes.

Combinao de aes Define-se: Combinao normal:combinaoqueincluitodasasaes decorrentes do uso previsto da estrutura; Combinaodeconstruo:combinaoqueconsidera aes que podem promover algum estado limite ltimo na fase de construo da estrutura; Combinaoexcepcional:combinaoqueincluiaes excepcionais,asquaispodemproduzirefeitoscatastrficos, taiscomoexploses,choquesdeveculos,incndiose sismos.

Combinao de aes Segundo a NBR 8800/08 a combinao de aes nominais para os estados limites ltimos, escritas em funo dos valores nominais, so as seguintes: Combinao de aes Combinao de aes Coeficientes de segurana Parciais aplicados s aes no Estado Limite ltimo segundo a NBR 8800: Combinao de aes Valores dos Fatores de Combinao 0 e de Reduo 1 e 2 para as aes variveis : Estado Limite de Servio Aestruturacomoumtodo,elementosindividuaisemeiosde ligaodevemserverificadosparaosestadoslimitesde servio. Osvaloreslimitesaseremimpostosaocomportamentoda estrutura,equegarantemasuaplenautilizao,devemser escolhidos levando-se em conta suas funes e os materiais a ela vinculados. Cadaestadolimitedeserviodeverserverificadoutilizando-secombinaesdeaesnominaisassociadasaotipode respostapesquisada,portantosemaplicaodecoeficientes de majorao. Estado Limite de Servio Dentre os principais estados limites de servio: Deslocamentos elsticos mximos (ver Anexo C da NBR 8800/08); Vibraes nas estruturas (ver anexo N da NBR 8800/08); Variao de temperatura; Corroso. Estado Limite de Servio Deslocamentos mximos para os Estados Limites de Servio: