apresentação - colapso progressivo resumido

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COLAPSO PROGRESSIVO1 Prof. Antnio Carlos Reis Laranjeiras

Introduo As nossas Normas referem-se ao fenmeno colapso progressivo de forma sumria, enigmtica e instigante. De fato, a NBR 6118, na subseo 19.5.4, intitulada Colapso progressivo, recomenda armaes nas lajes lisas, sobre os pilares, necessrias para garantir a dutilidade local e a conseqente proteo

contra o colapso progressivo.J a NBR 9062 (estruturas pr-moldadas), aconselha, no item 5.1.1.4, que devem ser tomados cuidados especiais na organizao geral da estrutura e nos

detalhes construtivos, de forma a minimizar a possibilidade de colapso progressivo. (os grifos so meus)Essas so as nicas menes, nessas duas importantes Normas, ao colapso progressivo, sem esclarecimentos do que seja exatamente esse fenmeno, qual sua importncia, sua ocorrncia e caractersticas, talvez porque os mesmos no caibam em textos de Normas, mas sim em Comentrios complementares, todavia inexistentes. A NBR 6118 no torna claro ao leitor como a dutilidade local protege a laje contra colapso progressivo, talvez por supor conhecida essa relao entre dutilidade e colapso progressivo. A NBR 9062, por sua vez, nada informa sobre quais so os cuidados especiais a que se refere e que devem ser tomados na organizao geral da estrutura e nos detalhes construtivos com vistas ao colapso progressivo. Esse cenrio nebuloso dos textos normativos levou-me a pensar na convenincia de levantar um pouco a cortina da informao para enxergarmosCompilao de mensagens enviadas ao grupo de discusso Calculistas-BA entre agosto e novembro de 2011.1

melhor o problema em seu contexto e nos aproximarmos, atravs de conhecimento sistemtico do projeto de estruturas de edifcios contra colapso progressivo. Nessa tarefa, j me antecedeu, com eficincia, nosso querido Prof. Augusto Vasconcelos, com palestras e texto publicado no TQS News, fevereiro 2010, intitulados Robustez (das estruturas). A Robustez seria aquele atributo das estruturas que contribui para sua segurana contra o colapso progressivo. O colapso parcial de um edifcio de apartamentos em Ronan Point, Londres, em maio de 1968, despertou a ateno do meio tcnico para o fenmeno do colapso progressivo, e esse interesse tem crescido exponencialmente, nos ltimos anos. Predomina, atualmente,o convencimento da necessidade de normas e procedimentos especficos de projeto para preveno do colapso progressivo nas edificaes, vez que as concepes e anlises estruturais exigidas diferem substancialmente das usuais da prtica de projeto. O propsito dessa srie de mensagens, que tem incio com esta, a de oferecer, para discusso, uma introduo ao projeto das edificaes contra colapso progressivo, ao tentar responder com clareza s seguintes perguntas: 1 O que o colapso progressivo? Sua definio; caracterizao; causas; casos. 2 Como projetar estruturas de edifcios para prevenir colapsos progressivos? Fundamentos. Mtodos diretos e indiretos. Regras prticas A referncia bsica desse texto o documento: NATIONAL INSTITUTE OF STANDARDS AND TECHNOLOGY, U.S. Best

Practices for Reducing the Potential for Progressive Collapse in Buildings.NISTIR 7396. February 2007, 216 p

O que o colapso progressivo? Definio; Caracterizao; Causas; Casos Definio de colapso progressivo O termo colapso progressivo usado para identificar a propagao de uma ruptura inicial, localizada, de modo semelhante a uma reao em cadeia que conduz ruptura parcial ou total de um edifcio. A caracterstica bsica do colapso progressivo a de que o estado final da ruptura

desproporcionalmente maior do que a ruptura que deu incio ao colapso. Portanto, o colapso progressivo um tipo de ruptura incremental, no qual o dano total desproporcional causa inicial. Em alguns pases, esse tipo de ruptura identificado por colapso desproporcional2 Os americanos propem a seguinte definio, a ser oficializada nas Normas:

colapso progressivo a propagao de um dano localizado de elemento aelemento estrutural, resultando, eventualmente, no colapso de toda uma estrutura ou, desproporcionalmente, de grande parte dela; tambm conhecido como colapso desproporcional O conceito de colapso progressivo pode ser ilustrado pelo famoso colapso de 1968, do edifcio de apartamentos Ronan Point (ver Fig. 1). A estrutura de 22 andares, era constituda de painis portantes, pr-moldados. Uma exploso de gs na cozinha, localizada na esquina do 18 pavimento, expeliu o painel portante da fachada e, com isso, o colapso da laje sem apoio da cozinha do andar acima propagou-se para cima, at laje de cobertura, e para baixo, at

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Todos os textos entre aspas so traduo (do ingls) do NISTIR 7396, op.cit.

o trreo. Embora o colapso no tenha atingido o edifcio todo, a extenso dos danos foi desproporcional ao dano inicial (expulso do painel portante de fachada do 18 andar). colapso inicial.

Figura 1 Colapso do edifcio Ronan Point. A exploso de gs no 18 andar gerou um colapso progressivo Aprenderemos um pouco mais sobre o colapso Ronan Point e sobre outros exemplos de colapso progressivo mais adiante, na seo Casos. Os colapsos dos elementos estruturais tendem de um modo geral, a propagarse aos seus elementos vizinhos. Realmente, a ruptura de um pilar tende a levar consigo as vigas e as lajes a ele associadas e assim por diante, quando a ruptura inicial em uma viga ou em uma laje. A caracterizao do colapso progressivo como desproporcional admite, implicitamente, a existncia de

colapsos apenas localizados, em que essa propagao proporcional ao evento inicial.

Essa constatao conduz a uma dificuldade na identificao de um colapso progressivo, qual seja: j que, de certo modo todo colapso tem um carter progressivo, proporcional ou desproporcional, como distinguir os limites entre um colapso local, aceito como proporcional, de um colapso progressivo, que se propaga desproporcionalmente sua causa de origem? Por outro lado, isso evidencia que no basta definir a natureza do fenmeno colapso progressivo, pois necessrio que essa definio esteja associada caracterizao clara de sua desproporcionalidade. A partir de que condies e circunstncias o projetista deve considerar um colapso potencial como progressivo, para efeito de medidas preventivas especficas de projeto? Esses aspectos sero objeto da seo seguinte: Caracterizao do Colapso Progressivo. Caracterizao do colapso progressivo Um colapso progressivo implica em uma reao em cadeia de rupturas progressivas que se propagam para configurar um extenso colapso parcial ou total de um edifcio, desproporcional ao dano localizado inicial. A noo de desproporcionalidade fundamental e comum a todas as definies de colapso progressivo, mas ambgua porque nem toda propagao de rupturas chega a desenvolver um extenso colapso, que possa ser identificado como colapso progressivo. Com base em alguns documentos normativos, entre eles a norma inglesa (BS 5950-1:2000) e no prprio NISTIR 7396, um colapso ser considerado como progressivo se a desproporcionalidade atingir, na propagao horizontal, mais de 15% da rea total do piso (ou forro) ou mais de 100 m; e, na propagao vertical, atingir mais de dois andares (um andar a cima ou abaixo).

Historicamente, apenas em pequeno nmero de casos o colapso progressivo chegou a provocar o colapso total do edifcio. H, no entanto numerosos casos de colapso progressivo de edifcios em construo (ver Fig. 2). As causas dessas rupturas durante a construo tm sido identificadas como devidas a:

a) b) c)

resistncia insuficiente do concreto; sobrecargas de construo e tcnicas inadequadas de construo.

Os dados disponveis sugerem que os edifcios em construo tm maior probabilidade de colapso do que os mesmos edifcios em fase de uso, e que os colapsos na construo no tm incio pelas mesmas condies que causam rupturas no edifcio em servio.3 A Figura 2 ilustra um colapso progressivo de um edifcio em construo. Tratase do edifcio residencial Skyline Plaza, Virgnia, USA, aps o colapso progressivo ocorrido em 1973, durante a construo do 24 pavimento. O colapso propagou-se verticalmente por toda a altura da torre e,

horizontalmente, por todo o anexo de garagem ainda em construo. A estrutura era em lajes lisas e a ruptura inicial teve lugar em uma ruptura da laje por puno, no 23 pavimento, devida remoo prematura do escoramento. 14 operrios perderam a vida e 34 ficaram feridos.

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Todos os textos entre aspas so traduo (do ingls) do NISTIR 7396, op.cit.

Figura 2 Skyline Plaza Apartments, VA, USA, uma estrutura de lajes lisas de concreto armado sofreu colapso progressivo vertical e horizontal, durante a construo do 24 pavimento O texto que se segue ter como referncia, exclusivamente, o projeto das estruturas de concreto armado de edifcios na fase de uso, em servio, ou seja, no sero tratadas as singularidades da fase de construo. Em outra oportunidade, quem sabe! Causas do colapso progressivo Os colapsos progressivos de edifcios em uso ocorrem por diferentes causas, que incluem: - erros de projeto ou de construo;

- aes variveis abusivas, que extrapolam as envoltrias de aes e combinaes consideradas, ou que no foram explicitamente adotadas em projeto; - aes extraordinrias, tais como exploso de gs, exploso de bombas, coliso de veculos, coliso de avies, aes ambientais extremas (tornados, por ex.), capazes de solicitar a estrutura alm da envoltria de aes considerada em projeto. Os incndios, antes da normalizao especfica (NBR 15200:2004), incluam-se entre as aes extraordinrias. Atualmente, a preveno de colapsos progressivos em edifcios provocados por grandes incndios um dos objetos dessa nova Norma, com o que ficam excludos os incndios dessa discusso. Os erros de projeto e de construo so os responsveis pela maioria dos danos e colapsos nos edifcios usuais, e no a variabilidade das aes e das resistncias, como se poderia supor. Esses erros ocorrem mesmo quando os profissionais envolvidos so bem qualificados e so utilizados mtodos aprovados de garantia e controle de qualidade. Tais erros decorrem de nossa imperfeio humana, so difceis de quantificar e no esto includos nos coeficientes parciais de segurana de nossas Normas. A sua preveno mais eficiente, quando os engenheiros reconhecem sua falibilidade, atravs da anteviso de possveis cenrios de danos, e atravs do aperfeioamento dos controles e gesto de qualidade. Essa postura criticamente direcionada para o desempenho da estrutura essencial na preveno dos colapsos progressivos. Os danos gerados por utilizao abusiva da construo sob carregamentos acima dos originalmente previstos incluem-se na mesma categoria dos danos devidos a erros de projeto/execuo. No h informao que permita avaliar estatisticamente a incidncia e intensidade dessa causa. Sobre as aes extraordinrias, acima identificadas, existem dados que permitem informaes estatsticas sobre intensidade e incidncia anual das mesmas, disponveis na referncia citada na introduo (NISTIR 7396). A

discusso detalhada dessas aes extrapola o objetivo e mbito desse texto, direcionado s estratgias capazes de prevenir colapsos progressivos nos edifcios para um espectro amplo de ameaas, tanto extraordinrias como de erros humanos. Um aspecto importante, associado s causas, a identificao do grau de sensibilidade ou de vulnerabilidade dos edifcios ao colapso progressivo, que se desenvolve a partir de um colapso localizado. A estimativa que aproximadamente 15 a 20% dos colapsos em edifcios desenvolvem-se desse modo. Certos atributos podem tornar um edifcio particularmente vulnervel ao colapso progressivo. O fator mais importante para essa vulnerabilidade estrutural a ausncia ou deficincia de continuidade no sistema estrutural e a deficiente dutilidade dos materiais, elementos e ligaes estruturais. Tais sistemas carecem de robustez, sendo pouco aptos a absorver ou a dissipar a energia que resulta de danos localizados. Assim, por exemplo, as estruturas pr-moldadas so, genericamente, mais vulnerveis do que as moldadas in-loco, em virtude do maior monolitismo e continuidade destas. Lajes pr-moldadas, apoiadas em paredes de alvenaria, e construes com grandes painis ou paredes portantes so mais vulnerveis em virtude das dificuldades em prover continuidade e dutilidade em tais sistemas. Lajes lisas e lajes cogumelos podem ser vulnerveis em suas ligaes com os pilares. O modo mais simples de evitar estruturas vulnerveis a colapsos progressivos prover graus mnimos de continuidade e dutilidade entre os elementos estruturais e suas ligaes, como veremos na segunda parte desse texto. So medidas prticas, de baixo custo e que independem especificamente das causas acima identificadas. Tais procedimentos so mais fceis de serem

implementados na prtica e nas Normas do que procedimentos direcionados para uma especfica causa. A tendncia atual de privilegiar critrios gerais de desempenho em detrimento das condies prescritivas atuais estimula-nos, como projetistas, a pensar criticamente nossas estruturas com vistas ao seu

comportamento em situaes inusitadas e adversas, como as do colapso progressivo. Estudo de casos de colapso progressivo Estudam-se a seguir alguns casos de colapsos progressivos de edifcios em uso, com vistas a identificar as inadequaes de projeto que favoreceram esses eventos.

RONAN POINT

Figura 3 Edifcio em Ronan Point, Londres, 1968. A expulso de um painel de parede externa pela exploso na instalao de gs, no 18 andar, resultou no colapso progressivo do trreo ao 22 piso. Ronan Point era um conjunto de edifcios de apartamentos, destinado a populao de baixa renda, construdo entre 1966 a 1968, em Londres. Na manh de 16 de maio de 1968, um vazamento de gs em cozinha do 18 pavimento de um dos edifcios. A exploso expulsou uma das paredes externas, que sustentava a parede do andar acima. A perda dessa parede de apoio gerou o desabamento das lajes e paredes dos andares acima, at o 22 andar. O

impacto e peso dessas lajes e paredes sobre as lajes inferiores provocaram o colapso das mesmas at o piso trreo.

Descrio da estruturaOs edifcios residenciais Ronan Point tinham 64 m de altura e 22 pavimentos, com cinco apartamentos por andar, totalizando 110 unidades. O sistema estrutural, incluindo paredes, lajes a escadas, era de concreto pr-moldado. Cada piso era sustentado diretamente pelas paredes do piso imediatamente abaixo. As paredes e as lajes eram conectadas entre si com auxlio de parafusos, preenchidas as conexes com argamassa seca. Esse sistema foi escolhido pela sua facilidade executiva. Os painis de parede eram assentados com auxlio de uma grua e aparafusados nas lajes. Em essncia, a estrutura assemelhava-se a um castelo de cartas, sem ligaes redundantes para redistribuio das cargas, no caso de uma ruptura localizada.

LiesAs investigaes oficiais do colapso concluram que a exploso foi de pequena intensidade, inferior a 69 kPa. Ensaios demonstraram, no entanto, que, para expulsar a parede externa, bastaria uma presso de 21 kPa. O colapso do edifcio Ronan Point foi atribudo deficincia de sua integridade estrutural. No havia caminhos alternativos para a redistribuio das foras, no caso da perda de uma das paredes de sustentao. A investigao desse acidente identificou tambm que a ao do vento em seus valores extremos ou os efeitos de um incndio poderiam provocar, do mesmo modo, um colapso progressivo nessa estrutura. O edifcio foi restaurado, reforado, mas as persistentes preocupaes com sua segurana conduziram sua total demolio em 1986. EDIFCIO MURRAH

Figura 4 Edifcio Murrah, Oklahoma, antes do atentado. Em frente a essa fachada, junto ao meio-fio, foi estacionado o caminho-bomba O edifcio Alfred P. Murrah era um edifcio do governo federal localizado na cidade de Oklahoma, Oklahoma, USA. Na manh de 19 de abril de 1995, esse edifcio foi alvo de ataque terrorista, em que um caminho-bomba foi detonado em frente de uma de suas fachadas. A exploso causou extensos danos ao edifcio.

Descrio da estruturaO edifcio Murrah, construdo entre 1970 e 1976, era um edifcio de nove andares de concreto armado, com 30 m de largura e 67 m de comprimento. Ao longo da fachada onde estacionou o caminho-bomba, havia uma viga de transio ao nvel do 3 piso, com vos de 12,2 m, que suportava os pilares dos andares superiores, distantes entre si de 6,1 m.

O eventoA exploso do caminho-bomba causou severos danos ao longo de toda a fachada da foto 4 (fachada Norte), que se estenderam cerca de 20 m para dentro do edifcio. Estima-se que praticamente a metade da rea til do edifcio entrou em colapso. Trs dos quatro pilares centrais, que serviam de apoio viga de transio do 3 piso, foram imediatamente implodidos, provocando colapso progressivo dos andares superiores. A figura 5 apresenta uma vista parcial da fachada destruda e a figura 6 representa esquematicamente a parte destruda e a remanescente, aps a exploso.

Figura 5 Edifcio Murrah, Oklahoma, aps o atentado.

Figura 6 Edifcio Murrah, Oklahoma, Desenho esquemtico da parte remanescente, aps a exploso

Anlise do colapsoAs anlises do colapso evidenciaram que a estrutura do edifcio foi projetada como uma estrutura aporticada usual de concreto armado, em total conformidade com a Norma ACI 318, edio de 1970 (correspondente nossa NBR 6118) e o projeto foi muito bem detalhado. De acordo com as prprias Normas, a estrutura no foi projetada para resistir aes extraordinrias como exploses de bombas ou sismos. Essa anlise identificou, pelos dados de projeto, que a remoo de um dos pilares do andar trreo transferiria cargas e esforos aos pilares vizinhos, que os mesmos no seriam capazes de resistir, apesar de detalhados de acordo com a Norma da poca (dcada de 70). Concluiu-se que a estrutura aporticada no oferecia dutilidade suficiente para redistribuir as cargas com a remoo dos trs pilares da fachada, no andar trreo.

LiesAs mesmas anlises tambm demonstraram que se o detalhamento dos prticos seguisse as recomendaes hoje existentes, como para prticos em regies de sismos, a rea do colapso teria sido reduzida de 50% a 80%. Alguns especialistas argumentam que, apesar do colapso ter sido em rea maior do que 100 m, estendendo por mais de dois andares, no foi desproporcional causa de origem, j que esta foi capaz de implodir trs pilares de uma s vez. Esses ponderveis argumentos recolocam em discusso a caracterizao da desproporcionalidade dos colapsos progressivos,

adicionando-lhe novos parmetros. O colapso do edifcio Murrah destaca a sensibilidade ou vulnerabilidade dos edifcios com pisos de transio ao colapso progressivo, na eventual remoo de pilares que sustentam esse piso. O pequeno registro de acidentes desse tipo no poder servir como aval para omisso das medidas de projeto que garantam suficiente robustez estrutura, ou seja, integridade e dutilidade a essas estruturas, hoje to usuais entre ns em edifcios de muitos andares. Casos de estruturas que evitaram colapso progressivo Os casos que examinaremos a seguir referem-se a estruturas que sofreram um dano inicial grave, mas que, por seu bom desempenho, impediram o desenvolvimento de um colapso progressivo. A anlise desses casos permite uma viso das caractersticas estruturais que adicionam robustez s estruturas, impedindo extensos colapsos progressivos

O PENTGONO

Figura 7 O Pentgono, antes do atentado. Em 11 de setembro de 2001, terroristas arremeteram um Boeing 757 sobre a fachada oeste do Pentgono, sede do Departamento de Defesa dos EEUU, em Arlington, Virgnia. Por quase vinte minutos, os andares acima da parte atingida mantiveram-se intatos, apesar do extenso dano provocado pelo impacto nos andares inferiores (1 e 2 pisos). Finalmente, uma parte relativamente pequena dos andares superiores (3 ao 5 piso) entrou em colapso, aps tempo suficiente evacuao das pessoas. A figura 8 apresenta um desenho esquemtico do Pentgono e da rea atingida.

Figura 8 Desenho esquemtico do Pentgono, em planta. rea sombreada do colapso

Descrio da estruturaO Pentgono um grande edifcio construdo em 1941-1942, com cinco pavimentos e uma estrutura convencional de concreto armado (lajes, vigas e pilares), moldada in-loco. Os pilares tm espaamento entre si de 3, 4,6 e 6,1 metros; as lajes tm espessura de 14 cm e os pilares que sustentam mais de um pavimento, em sua maioria, so cintados (estribos helicoidais). Os demais pilares tinham estribos usuais. O concreto tinha resistncia especificada de 17 MPa e as barras de ao tinham fy= 270 MPa. A sobrecarga adotada em projeto de 7 kN/m. Aproximadamente metade das barras longitudinais das vigas estende-se continuamente sobre os apoios (pilares), com emendas por traspasso de 40 dimetros.

O eventoO Boeing 757 penetrou o edifcio entre o primeiro piso (trreo) e a laje do segundo piso, voando a poucos centmetros do cho com velocidade de 850 km/h e avanando aproximadamente 95 metros dentro do prdio (cerca de

duas vezes o comprimento do avio). A fuselagem do avio colidiu com a fachada sob ngulo de 42 (com a normal mesma), abrindo nesta um buraco com 37 metros de largura. Nenhuma parte do edifcio entrou em colapso imediatamente, apesar de 50 pilares no 1 piso (trreo) terem sido devastados pelo impacto do avio. S 20 minutos aps o impacto uma parte dos pisos superiores entrou em colapso, o que permitiu que muitas vidas fossem salvas. O forte incndio que se seguiu ao impacto, associado perda do cobrimento das vigas e pilares danificados contribuiu decisivamente para esse colapso. O fogo reduziu a resistncia das armaes expostas de vigas e pilares, esgotando sua capacidade de resistir a redistribuio dos esforos. Uma parte remanescente da estrutura severamente danificada manteve-se sem colapso, apesar de vencer vos com numerosos pilares destrudos. A investigao demonstrou que os pilares responderam ao impacto com dutilidade. Se a armao transversal fosse de estribos comuns, em lugar do cintamento utilizado, o nmero de pilares destrudos seria muito maior. A figura 9 uma vista da rea do edifcio, que entrou em colapso, aps a remoo dos escombros.

Figura 9 rea do Pentgono que entrou em colapso, aps a remoo dos escombros

LiesApesar dos extensos danos nos pilares do 1 piso (trreo), o colapso dos andares acima foi extremamente limitada. Esse comportamento favorvel, que permitiu a salvao de muitas vidas, deveu-se s seguintes caractersticas da estrutura: a) Um sistema aporticado redundante, com muitos apoios e alternativas redistribuio das foras, no caso de colapso localizado de

diversas de b) pilares;

c) Pequenos vos entre pilares; d) Continuidade das armaes inferiores das vigas sobre os pilares; e) Projeto para sobrecarga elevada; f) Grande dutilidade e capacidade residual de carga dos pilares cintados;

KHOBAR TOWERS

Figura 10 Khobar Towers, Arbia Saudita Khobar Towers um complexo de edifcios residenciais situado em Al-Khobar, Arbia Saudita. Em 25 de junho de 1996, alguns desses edifcios foram severamente danificados, quando uma poderosa bomba foi detonada na avenida que passa em frente aos mesmos.

Descrio da estruturaO edifcio mais danificado, situado frente dos outros, tem oito andares, e sua estrutura constituda de paredes e lajes pr-moldadas de concreto armado. Desse modo, todas as cargas verticais e horizontais so resistidas pelas paredes. O projeto da estrutura e das ligaes entre paredes e lajes obedeceu Norma inglesa (CP-110). Essa Norma inclui recomendaes sobre o dimensionamento e detalhamento da estrutura para preveno do colapso progressivo, que foram cuidadosamente seguidas no projeto.

O evento

Em 25 de junho de 1966, terroristas detonaram uma poderosa bomba em um caminho estacionado a cerca de 24 metros do edifcio mais prximo. A exploso criou uma cratera de 17 m de dimetro e 5 m de profundidade, ilustrada na figura 11, destruiu a fachada e danificou, parcialmente, lajes e paredes internas. A exploso causou ainda severos danos nos edifcios vizinhos. O colapso, no entanto, no evoluiu alm das reas dos danos iniciais, conforme se identifica na figura 12.

Figura 11 Cratera criada pela bomba

Figura 12 A fachada destruda do edifcio mais prximo da exploso

LiesUma investigao dos danos das Khobar Towers revelou que o sistema estrutural pr-moldado usado nesses edifcios tinha suficiente dutilidade para resistir ao atentado sofrido. Paredes internas, paralelas fachada, mesmo extensamente danificadas, mantiveram capacidade de suportar cargas verticais, como ilustra a figura 13.

Figura 13 Paredes internas exibindo linhas de ruptura, danificadas mas ainda resistindo s cargas verticais Os elementos pr-moldados foram detalhados com suficiente dutilidade para reter a integridade da estrutura, mesmo quando seriamente danificados. As ligaes entre os elementos pr-moldados de lajes e destes com as paredes sobreviveram ao impacto, evitando o colapso progressivo do edifcio, como um castelo de cartas. Como projetar estruturas de edifcios para prevenir colapsos

progressivos? Fundamentos. Mtodos diretos e indiretos. Regras prticas

Fundamentos Aps definir, caracterizar e apontar eventuais causas para os colapsos progressivos, passemos etapa seguinte, que a de sua preveno na fase de projeto das estruturas.

Antes de tratar objetivamente desse assunto, h uma pergunta que necessita ser preliminarmente respondida: - Se os dados histricos atestam que o risco do colapso progressivo de edifcios muito pequeno, conforme se mencionou no texto precedente, e se aes terroristas com avies e carros bombas no fazem parte de nosso cenrio nacional, por que deveremos acrescentar esse risco ao rol de nossas preocupaes, e como justificar os adicionais custos de projeto e de construo implcitos nas medidas complementares de preveno desse tipo de colapso? Afinal de contas, os projetos no j consideram as combinaes mais desfavorveis de cargas permanentes, sobrecargas e vento, que conduzem a estruturas com certo grau de resistncia e dutilidade, que contribui indiretamente para resistncia ao colapso progressivo? A resposta a essa questo que a perda de vidas e os graves danos fsicos so significativos, nos casos de colapso progressivo (parcial ou total) de edifcios de mltiplos andares, e esse um fato que no se submete eticamente s avaliaes estatsticas de risco. Alm disso, outros fatos alinhados a seguir apontam para a exigncia atual de considerao do colapso progressivo no projeto das estruturas dos edifcios: a) A preveno do colapso progressivo envolve conceituaes e

procedimentos de projeto que se afastam da nossa prtica corrente. H sistemas estruturais de uso freqente, em edifcios e pontes, que so vulnerveis ao colapso progressivo, e esto a sugerir a necessidade do projeto reconhecer o risco desse colapso e incorporar em sua prtica as consideraes de preveno e resistncia a esse tipo de ruptura, independente se os danos iniciais so causados por erros humanos, aes variveis ou excepcionais.

b) A grande evoluo atual nas prticas de projeto, que se fez possvel atravs do uso dos computadores e dos concretos de alta resistncia tem conduzido a

sistemas estruturais de edifcios relativamente esbeltos e flexveis, o que lhes favorece maior sensibilidade ao colapso progressivo. As estruturas projetadas h pouco mais de duas dcadas eram mais robustas e mais conservadoras do que as de hoje, em decorrncia dos recursos mais limitados da poca; c) As presses de mercado atuais, que exigem das empresas eficincia, economia e competitividade, tanto no projeto como na construo, podem conduzir a sistemas estruturais com caractersticas mais sensveis ao colapso progressivo e mais vulnerveis s condies de carregamentos no includas em projeto; d) A crescente utilizao de estruturas pr-moldadas ou de componentes prmoldados de piso resulta em sistemas estruturais com descontinuidades (menos monolticos) com maior vulnerabilidade ao colapso progressivo; e) A preferncia sistemtica da arquitetura dos edifcios pelo recurso aos pisos de transio entre as garagens e pavimentos tipo, associada aos fatores acima listados, potencializa os riscos de colapso progressivo. Prevalece atualmente o consenso de que a possibilidade de colapso progressivo deve merecer ateno nas atividades de projeto e ser explicitamente considerada e tratada nas normas de projeto. tambm consensual o entendimento de que a estratgia de preveno do colapso progressivo deve visar os mtodos que permitam estrutura inicialmente danificada manter certa integridade, que evite a progresso desproporcional dos danos ou colapsos. Os atributos de um sistema estrutural que lhe garantem integridade e robustez so: - a continuidade, que se caracteriza pela sua capacidade em redistribuir esforos, aps um dano; - a redundncia, que se caracteriza pela disponibilidade de alternativas diversas de redistribuir os esforos;

- a dutilidade, que se caracteriza pela sua capacidade de plastificao, de suportar extensas deformaes antes de romper-se; - a resistncia suficiente ameaa de colapso progressivo. A preveno do colapso progressivo busca garantir que a estrutura inicialmente danificada mantenha sua integridade, evitando assim a progresso

desproporcional dos danos ou colapsos. Essa integridade estrutural fica caracterizada por trs atributos distintos, identificados na literatura tcnica por: Redundncia; Continuidade e Dutilidade. Redundncia A redundncia refere-se existncia de possibilidades alternativas de redistribuio de esforos em um sistema estrutural inicialmente danificado. Uma estrutura redundante aquela que ao ter um apoio danificado, por exemplo, oferece alternativas de redistribuio dos esforos por outros apoios. A edificao da figura 14 ilustrativa de um sistema estrutural desprovido desse atributo. Trata-se do edifcio situado entrada do Centro Administrativo da Bahia, em Salvador, sustentado por apenas dois cabos (estais) e dois pilares centrais, sendo que a estrutura dos pisos articulada nos mesmos, conforme se identifica na foto. A eventual ruptura de qualquer dos dois cabos evoluir, certamente, para o colapso total da edificao.

Figura 14 Edifcio alcunhado a Balana, no Centro Administrativo da Bahia. Um exemplo de estrutura sem redundncia. A estrutura da figura 15, no entanto, no caso de ruptura de um simples cabo, oferece possibilidades de redistribuio dos esforos pelos cabos

remanescentes.

Figura 15 A estrutura de sustentao do Terminal da Lapa, Salvador, redundante, pois oferece alternativas de redistribuio dos esforos no caso de eventual ruptura de um de seus estais.

A rica redundncia da bela ponte sobre o rio Pinheiros, So Paulo, figura 16, dispensa comentrios.

Figura 16 A ponte sobre o rio Pinheiros, So Paulo (capital), uma estrutura redundante. Ao analisarmos o comportamento da estrutura do Pentgono no atentado terrorista de 11 de setembro de 2001, identificamos que a redundncia de pilares pouco espaados entre si foi fundamental na limitao dos danos nesse edifcio. Outra estrutura redundante, com abundncia de alternativas de redistribuio de esforos no caso de falncia de um de seus apoios, a estrutura da extenso da pista de pouso na ilha da Madeira, ilustrada na figura 17.

Figura 17 Estrutura da extenso da pista do aeroporto da ilha da Madeira: uma estrutura redundante Ao contrrio do exemplo acima, a estrutura do piso de transio do 1 pavimento de um edifcio residencial de 32 andares, em Salvador, representada em planta na figura 18, carece de redundncia. Realmente, observa-se pelo desenho que, no eventual colapso do pilar P12, no h alternativa de redistribuio das cargas dos pilares P1 e P2, que nascem na viga de transio V1/V2 desse piso. V-se, portanto, que uma estrutura sensvel e vulnervel ao colapso progressivo a evidenciar que, em alguns casos, a preveno desse risco deve ter incio no prprio projeto arquitetnico.

Figura 18 Planta de formas do piso de transio de um edifcio residencial de 32 andares, em Salvador. Um exemplo de estrutura vulnervel ao colapso progressivo por falta de redundncia. A estrutura do Pentgono demonstrou-se ser uma estrutura eficazmente redundante durante o atentado de 11 de setembro, conforme salientamos na discusso desse caso.

Cerca de 50 pilares do andar trreo do edifcio foram destrudos no instante da coliso, com a penetrao do avio em seu interior, e, mesmo assim, os andares imediatamente acima (2 ao 5 pavimento) permaneceram sem colapso, o que permitiu a evacuao das pessoas, que se encontravam nesses locais. Os pilares dos andares superiores passaram a transferir as cargas para as vigas e essas, em ao conjunta com as lajes, conseguiram transfer-las para pilares vizinhos. Os pequenos vos de 3 e 4,5 metros passaram a ser vos bem maiores, com grandes deformaes, mas sem romper-se. Os pisos superiores s vieram a desabar sob efeito do incndio, que se seguiu coliso.

Os pisos superiores, na rea atingida, no entraram imediatamente em colapso por trs motivos:

1) porque havia pilares redundantes para receber as cargas adicionais, at ento resistidas pelos pilares destrudos;

2) porque os pilares que receberam essas cargas possuam dutilidade suficiente para deformar-se plasticamente sob essas cargas excessivas, sem romper-se; 3) porque as lajes e vigas tinham continuidade e capacidade para servir como elementos condutores das transferncias de carga dos pilares destrudos para os seus vizinhos.

Percebe-se que o 2 piso do Pentgono passou a comportar-se como um piso de transio, com grandes vos entre apoios, e sse detalhe importante nas respostas que se seguem.

Questes do Eng. Antnio Palmeira sobre colapso progressivo "Uma estrutura com transio no seria sempre uma estrutura carente de

redundncia?"Necessariamente no. O caso acima do Pentgono comprova isso, a meu ver. J a estrutura do piso de transio do edifcio residencial anterior carente de redundncia no caso do pilar P12 da figura 18 entrar em colapso. "Existe alguma forma de transio que a torne redundante?" Sim. O caso do Pentgono tambm demonstra isso. Um piso de transio se faz redundante quando conseguimos introduzir no sistema estrutural alternativas de transferncia de cargas entre os elementos de sustentao vertical de modo a assegurar a disponibilidade dessas alternativas no caso de um colapso localizado de um apoio (pilar ou parede estrutural). A anlise tcnica da redundncia geralmente feita pelo alternate load path method ou, traduzindo, mtodo do caminho alternativo de cargas, proposto na literatura tcnica e consolidado pela norma americana do Departamento de Defesa Design of Buildings to Resist Progressive Collapse de 2009. Esse mtodo consiste em remover hipoteticamente um pilar de cada vez e avaliar a estabilidade da estrutura remanescente, e modificar o projeto se necessrio. A carga sustentada pelo pilar removido deve encontrar um (alternate load path)

um caminho alternativo de transferncia de carga para os outros apoios sem permitir colapso. A redundncia de apoios, no entanto, no condio suficiente para preveno do colapso progressivo, pois so necessrios outros atributos, como a continuidade, a dutilidade e a prpria resistncia dos elementos. Outro aspecto que, apesar de bvio, merece destaque que a redundncia visa prevenir o colapso progressivo e apenas isso. De fato, a redundncia no pretende manter a estrutura em condies de uso, mas simplesmente evitar que um colapso inicial e localizado se transforme em um colapso

desproporcional, progressivo. Isso significa acrescentar ao cardpio do projeto mais um aspecto de segurana das estruturas. Alm da segurana em servio, na ruptura e a durabilidade, acrescenta-se a preveno do colapso progressivo, que envolve conceitos novos e tcnicas ainda ausentes da prtica de projeto. Continuidade A perda de um elemento estrutural importante importa em redistribuio de esforos e aumento de deformaes. Esse mecanismo requer a redistribuio vertical e horizontal de cargas pela estrutura, que depende, essencialmente, do grau de continuidade, ou seja, de conectividade entre seus elementos. A continuidade assim o atributo que garante a interconexo adequada redistribuio de cargas entre lajes, vigas, pilares, no caso de um colapso inicial. A continuidade tem a ver com o monolitismo, com a hiperestaticidade da anlise estrutural, com a capacidade de transferir cargas, mesmo na inverso ou na grandeza excepcional de esforos. Sem a continuidade, a redundncia, o excesso de apoios permanece ineficaz, pois no haver a redistribuio, a conduo, o transporte das cargas a eles, em caso de colapsos localizados. Reexaminemos, por exemplo, o caso do edifcio Ronan Point (Londres), em que todas suas paredes eram portantes, pr-moldadas, configurando assim uma situao de extrema redundncia (de

apoios). No entanto, a precria continuidade estrutural, identificada nas ligaes sumrias entre as paredes entre si e entre essas e os elementos de piso, no permitiu a redistribuio pelas demais paredes das cargas que atuavam na parede de fachada (implodida), o que conduziu ao antolgico colapso progressivo j discutido. Ao contrrio, as Khobar Towers (Arbia Saudita), j discutidas anteriormente, com sistema estrutural semelhante ao do edifcio Ronan Point, constitudo de lajes e paredes pr-moldadas eficientemente interligadas entre si, tinham redundncia de apoios associada a uma continuidade eficaz, que lhes permitiram redistribuir as cargas e minimizar os danos provocados pela exploso de poderosa bomba. As juntas e os aparelhos de apoio so solues de continuidade, vez que eliminam vnculos entre os elementos estruturais, conforme ilustra a figura 19. As estruturas sem juntas e sem aparelhos de apoio, hoje identificadas na literatura como estruturas integrais, so possibilitadas pelos novos recursos dos computadores e melhor conhecimento sobre os efeitos das deformaes impostas (temperatura, retrao, etc.). Tais estruturas no s preenchem o atributo da continuidade, necessrio preveno do colapso progressivo, mas tambm as exigncias de durabilidade e baixo custo de manuteno, pois a vida til das juntas e aparelhos de apoio relativamente curta.

Figura 19 Uma estrutura convencional de viaduto, esquerda, com juntas e aparelhos de apoio, e uma estrutura integral, direita. A transferncia de cargas atravs de aparelhos de apoio acompanhada de concentrao de esforos e tenses, nas regies prximas aos aparelhos, conforme se identifica na representao grfica da figura 20, esquerda. Essa

condio crtica limita a capacidade suplementar de carga dessas regies, em casos de redistribuio de cargas por colapsos localizados. Ao contrrio, a transferncia de cargas atravs de ligaes monolticas, integrais, no gera concentrao de esforos e de tenses, conforme se ilustra na mesma figura 20, direita, com o que essa continuidade oferece reservas adicionais de capacidade de carga, teis em situaes de colapsos.

Figura 20 Os aparelhos de apoio geram concentraes de tenses que limitam a capacidade de transferncia de cargas; figura esquerda. Os apoios integrais, monolticos, no geram concentrao de tenses, oferecendo reservas de resistncia teis na preveno de colapsos progressivos; figura direita. As estruturas pr-moldadas tm justamente nas ligaes entre seus elementos o seu problema crtico de maior relevncia. Essas ligaes entre pilares, vigas e lajes so, em sua grande maioria, incompletas, pois no conseguem estabelecer todos os vnculos de uma estrutura monoltica, e, por isso, so identificadas na literatura como ligaes semi-rgidas. Para efeito da preveno contra colapso progressivo, seria prefervel a designao ligaes semilivres (ou semideformveis), por destacar e chamar nossa ateno para as suas deficincias em relao continuidade estrutural.

A figura 21 ilustra uma estrutura pr-moldada, na qual se percebe falta de continuidade entre os diversos elementos. Realmente, as lajes PI, prmoldadas, apiam-se livremente, sem capeamento, sobre as vigas, e estas sobre os pilares atravs de aparelhos.

Figura 21 Uma estrutura pr-moldada sem continuidade entre seus elementos A prtica usual de pisos pr-moldados de forro sem o capeamento de concreto resulta em um sistema estrutural sem a continuidade necessria para transferir adequadamente aos pilares as foras horizontais atuantes no piso. As ligaes entre os elementos, nesses casos, so apenas as necessrias para mant-los em posio, conforme ilustra a figura 22.

Figura 22 Ligaes de lajes PI (pr-moldadas) entre si e com as vigas (prmoldadas) de apoio.

Como foi dito acima, a continuidade tambm se refere capacidade de transferir cargas quando h inverso de esforos. As vigas do Pentgono, que apresentaram eficiente comportamento em relao ao colapso progressivo, tinham suas armaduras inferiores estendendo-se sobre os pilares, oferecendo assim continuidade e capacidade de resistir inverso de momento com a ausncia eventual de um apoio. A exigncia de nossa NBR 6118:2007 19.5.4 de armao inferior sobre os pilares nas lajes sem vigas tem igualmente essa finalidade de garantir continuidade quando de uma eventual inverso de esforos. J a figura 23 ilustra uma ligao entre viga e pilar, pr-moldados, que, apesar de ter continuidade para uma situao normal de carregamento, no oferece adequada continuidade para a eventual falncia do pilar e inverso de momento.

Figura 23 Uma ligao sem continuidade para o caso de inverso de esforos. As figuras 19 e 20 foram extradas de Josef Taferner e outros, Integrale Konstruktionen aus Beton. In: Beton Kalender 2009, Vol. 2. As demais figuras circulam na internet.

Dutilidade Em caso de colapsos, deseja-se que os elementos estruturais e as suas interconexes mantenham suas resistncias, mesmo se acompanhadas de grandes deformaes (flechas e rotaes), para que, desse modo, possam suportar as transferncias de cargas, resultantes da perda de um elemento estrutural. A dutilidade essa capacidade de plastificao da estrutura, que lhe permite a sustentao de cargas, mesmo com grandes deformaes. Nas estruturas de concreto, consegue-se dutilidade estrutural pelo confinamento do concreto, pela continuidade das armaes atravs de emendas adequadas, sejam por traspasse ou por luvas, e por conexes entre os elementos (lajes, vigas e pilares) com reservas excedentes de resistncia. O confinamento do concreto dos pilares com auxlio de estribos pouco espaados (ver figura 24) transforma seu comportamento frgil na ruptura em dtil. Relembremos como exemplo o comportamento dos pilares cintados do Pentgono sob o impacto da aeronave, no atentado de 11/09/2001. Quase todos os pilares desse edifcio que servem de apoio a mais de um piso so cintados por estribos helicoidais, enquanto os demais possuem apenas estribos com espaamento usual (20cm). A investigao aps o sinistro indicou que, ao contrrio dos pilares comuns, os pilares cintados comportaram-se com dutilidade, e que um nmero muito maior de pilares teria sido destrudo, no fosse esse cintamento.

Figura 24 - Ilustrao dos pilares comuns, no-cintados e dos pilares cintados At atingir o estado de ruptura, os pilares cintados e no-cintados comportamse de modo semelhante, porm os cintados suportam maiores deformaes (encurtamentos) antes de atingir o colapso total, permitindo-lhe assim absorver muito mais energia do que um pilar comum, conforme ilustra o grfico da figura 25.

Figura 25 - Diagramas idealizados de carga-deformao de pilares comuns e cintados A figura 26 ilustra o comportamento favorvel de um pilar cintado na preveno de um colapso, se comparado ao de um pilar comum, sob ao de um sismo. Na foto esquerda, v-se um pilar cintado ao lado de um pilar comum severamente destrudo.

Figura 26 - Na foto esquerda, v-se o pilar comum completamente destrudo pelo terremoto, ao lado de um pilar cintado, semidestrudo, mas ainda suportando o piso. A foto da direita outra vista do mesmo pilar cintado. Os pilares cintados, pela sua dutilidade, tm, pelo exposto, grande importncia na preveno de colapsos progressivos, e seu uso deve ser, por isso, resgatado e estimulado. As fotos foram extradas de PHIL M. FERGUSON Reinforced Concrete Fundamentals, 4 edio, 1981. Como projetar estruturas de edifcios para prevenir colapsos

progressivos? Fundamentos. Mtodos diretos e indiretos. Regras prticas

Mtodos diretos e indiretos Introduo A preveno do colapso progressivo, na fase de projeto, tem como objetivo fundamental salvar vidas, ao reduzir a extenso dos danos e evitar colapso desproporcional do edifcio, pelo menos at que tenha sido evacuado. A preveno do colapso progressivo tem incio com a preocupao e ateno dos arquitetos e engenheiros com as condies que permitem uma ruptura localizada evoluir para conseqncias desproporcionalmente grandes. Um dano inicial, localizado, pode resultar de aes excepcionais, tais como, exploses (acidentais ou intencionais), coliso de veculos, incndio, tornados, ou de erros de projeto ou de construo, ou de sobrecargas abusivas, conforme j discutimos na primeira parte. A forma do edifcio pode contribuir favorvel ou desfavoravelmente na preveno do colapso progressivo. Uma forma regular, modular, com disposio uniforme dos elementos estruturais (vigas, pilares e pilares parede), pode ter efeito favorvel na preveno do colapso progressivo. Regularidade no projeto estrutural favorece a continuidade, a redundncia e a conseqente capacidade de redistribuio de cargas. Irregularidades, tais como cantos reentrantes, sacadas, favorecem a progresso de danos. O projeto estrutural deve respeitar as formas definidas no projeto arquitetnico, porm minimizar irregularidades e descontinuidades, em planta e em elevao, um bom passo inicial para melhorar a capacidade da estrutura em resistir ao colapso progressivo. Sempre que possvel, devem ser evitadas as concentraes de cargas, como as que resultam do uso de vigas de transio. A nossa Norma NBR 9062 (estruturas pr-moldadas) aconselha que devem ser

tomados cuidados especiais na organizao geral da estrutura e nos detalhes construtivos, de forma a minimizar a possibilidade de colapso progressivo.Essa organizao geral da estrutura seria, segundo a Norma americana ASCE

7-05, um arranjo ou disposio dos elementos estruturais que garanta

estabilidade

a

todo

o

sistema

estrutural

ao

transferir

cargas de uma regio danificada para regies vizinhas, capazes de resistir a essas cargas sem entrar em colapso.Existem dois mtodos para projetar estruturas de edifcios resistentes ao colapso progressivo: o mtodo indireto e o mtodo direto. O mtodo indireto uma aproximao simplificada, prescritiva, que consiste em prover estrutura um nvel mnimo de conectividade entre os diversos componentes estruturais. As prescries no exigem do projetista anlise numrica adicional da estrutura, ao contrrio, basta acrescentar ao projeto medidas e detalhes que aumentem a robustez e a integridade estrutural. J o mtodo direto apia-se na anlise numrica da estrutura com vistas a identificar sua capacidade de resistir aos efeitos de uma especfica ao excepcional.

Figura 27 Colapso progressivo de uma edificao na Alemanha (Bad Reichenhalle), 2006

Mtodo indireto O mtodo indireto recomendado pelas normas inglesas desde 1970, logo aps o colapso em Ronan Point, e tem se mostrado eficaz em seus objetivos de proteo s vidas humanas. Esse mtodo particularmente apropriado no projeto de edifcios de layouts modulados, e que no possuam importantes sistemas de transies de cargas. O projetista, ao usar o mtodo indireto, segue prescries com vistas a aumentar a robustez da estrutura. Isso conseguido por medidas de melhoria da integridade estrutural desde a seleo do sistema estrutural, disposio dos pilares, ao dimensionamento das peas e detalhamento das ligaes. Desse modo, o mtodo indireto como se fosse um mtodo inicial a ser usado para aumentar a robustez dos edifcios. As recomendaes para a integridade geral da estrutura podem ser formuladas sob forma de prescries de resistncias mnimas das ligaes entre os elementos, de continuidade e de amarraes (ties) entre as peas, do que resultar um projeto robusto, estvel e econmico. O mtodo indireto tem a especial vantagem de ser de fcil utilizao e de aplicao genrica, pois independe da causa dos danos. Apesar desse mtodo no

basear-se em clculos detalhados da resposta da estrutura s aes excepcionais, resulta em uma amarrao contnua das armaes nas estruturas aporticadas dos edifcios, que permitem redistribuir as cargas das regies danificadas para outras. As amarraes (ties) Pressupe-se que, se todos os elementos estruturais tm interligaes capazes de transferir a capacidade requerida na trao, compresso ou cortante sem recorrer a condies de atrito ou de acordo com o especificado abaixo, a edificao tem condies de prover adequada proteo contra o colapso progressivo.

Para resistir ao colapso progressivo, os elementos principais de uma estrutura devem estar amarrados entre si, de modo a possibilitar a redistribuio de foras, no caso de rupturas localizadas. Essa amarrao consiste de amarraes perifricas, internas, amarraes horizontais ligadas aos pilares e amarraes verticais, conforme disposio esquemtica da Figura 28. A capacidade resistente dessas amarraes considerada em separado das foras que resultam das aes normais, porm no deve ser menor do que

a capacidade exigida por essas foras.

Figura 28- Tipos diferentes de amarraes (ties) incorporados estrutura para prover a integridade estrutural As armaes dispostas para resistir s aes normais de projeto podem ser consideradas como parte (ou todo) dessas amarraes, respeitado os seguintes mnimos: a) Nas amarraes perimetrais, dispor armaes longitudinais contnuas, nas

faces superiores (negativas) de pelo menos 1/6 da armao exigida nos apoios,

e, nas faces inferiores, da armao exigida a meio vo, nunca usando menos de duas barras; b) Nas amarraes internas, dispor apenas, nas faces inferiores, da

armao exigida a meio vo, nunca usando menos de duas barras. As barras dessas armaes devem ser ancoradas devidamente, estendo-as alm de todas as outras barras das armaes com que cruza de um comprimento igual ao comprimento de ancoragem das mesmas. As amarraes internas em cada piso e na cobertura devem ser dispostas ortogonalmente; devem ser contnuas em todo o seu comprimento; e devem ser devidamente ancoradas, em suas extremidades, nas amarraes perifricas. A armao dessas amarraes pode estar toda concentrada nas vigas ou estender-se, lateralmente, pela laje. Essas amarraes internas no devem estar espaadas de mais do que 1,5 vezes o espaamento entre eixos dos pilares, que suportam dois painis de lajes adjacentes, na mesma direo dessas amarraes. As amarraes perifricas tambm devem contnuas e dispostas em cada piso e na cobertura. Os pilares de canto devem ser amarrados na estrutura nas duas direes perpendiculares. Cada pilar (ou pilar parede, ou parede portante de concreto armado) deve ser amarrado continuamente do nvel mais baixo ao mais alto. A amarrao dever ser capaz de resistir maior fora normal de clculo que transferida ao respectivo pilar pelo piso mais desfavorvel. Se h pilares que no tm continuidade pela existncia de vigas de transio, deve ser realizada uma verificao geral da integridade da estrutura, de modo a assegurar que existam adequados meios de transferir as cargas s fundaes. Para requisitos das amarraes em estruturas de edifcios pr-moldadas, de ao ou de alvenaria, ver p.41-42 da documentao de referncia abaixo.

[Nota: Esta mensagem uma compilao e adaptao, traduzida da publicao: - NATIONAL INSTITUTE OF STANDARDS AND TECHNOLOGY, U.S. Best

Practices for Reducing the Potential for Progressive Collapse in Buildings.NISTIR 7396. February 2007, 216 p.] Mtodo direto No mtodo direto, a resistncia contra o colapso progressivo obtida (a) pelo aumento de resistncia dos elementos principais a uma especfica ao excepcional ou (b) projetando a estrutura para que possa transferir as cargas em torno de um determinado local de ruptura. Em qualquer dos casos, esse mtodo exige anlises numricas mais sofisticadas, se comparadas com as usadas na anlise dos edifcios sob cargas gravitacionais e laterais. Quando o mtodo aplicado com a finalidade de aumentar a resistncia de elementos estruturais para resistir a uma ao excepcional especfica, ganha a designao de mtodo da resistncia localizada, especfica (Specific local

resistance method); e quando visa prover que a estrutura seja capaz detransferir as cargas de um local em colapso, identificado como mtodo de caminhos alternativos de carga (Alternate load pass method).

Figura 29- Colapso progressivo do Charles de Gaulle, Frana, 2004 Mtodo da resistncia localizada, especfica (MRLE) Esse mtodo consiste em projetar explicitamente os elementos de sustentao das cargas verticais para resistir uma ao excepcional prevista, assim como a das presses devidas a exploso de bombas. Assim, por exemplo, as presses de uma exploso podem ser consideradas explicitamente em projeto com auxlio de mtodos de anlise no-linear dinmico. No caso de atentados a bomba a edifcios, o mtodo direciona-se aos elementos ditos chave, nos pisos inferiores, que se situam mais prximos das reas de ameaa, de estacionamento de veculos. Mtodo de caminhos alternativos de carga (MCAC) Esse mtodo consiste em projetar a estrutura para suportar cargas por caminhos alternativos de transferncia de esforos, em caso de perda de um elemento importante de sustentao do edifcio. Esse mtodo o preferido das instituies progressivos. governamentais O americanas na preveno uma dos colapsos verificao

MCAC

permite

formal da capacidade do sistema estrutural resistir remoo de elementos especficos, tais como de um pilar de fachada. O mtodo no exige a

caracterizao especfica do que teria provocado a remoo do pilar, sendo, portanto, uma abordagem independente do tipo de ao excepcional. Esse mtodo pode ser entendido como um instrumento de clculo para assegurar redundncia ao sistema na resistncia s cargas verticais, no

se constituindo exatamente em simulao numrica da resposta estrutural aps um colapso inicial. A inteno dessas mensagens a de apresentar, sumariamente, essas novas abordagens do problema do colapso progressivo, situando-se alm desses limites a descrio longa e detalhada desses mtodos, que pode ser obtida pelos mais interessados na referncia citada. Viso geral dos mtodos indireto e direto O projeto de estruturas mais resistentes ao colapso progressivo requer a considerao do estado danificado da estrutura e a proviso de mltiplos caminhos alternativos de transferncia de carga. As melhores prticas tm incio com a seleo do sistema estrutural e do arranjo (layout) do elementos; em prover detalhes dcteis, que sejam capazes de desenvolver grande deformaes inelsticas. Para a vasta maioria das estruturas, as exigncias de projeto podem ser prescritas com auxlio do mtodo indireto. Isso resultar em estruturas mais robustas com maior capacidade de sustentar aes

excepcionais. Para estruturas especiais, tais como edificaes potencialmente objeto de atentados, mtodos diretos, analticos, so indicados para determinar os detalhes exigidos de projeto. Esses mtodos diretos podem ser usados para projetar determinados elementos importantes para resistir a uma especfica ameaa (MRLE), ou, para permitir caminhos alternativos de transferncia das cargas do local danificado. [Nota: Esta mensagem uma compilao e adaptao, traduzida da publicao: - NATIONAL INSTITUTE OF STANDARDS AND TECHNOLOGY, U.S. Best

Practices

for

Reducing

the

Potential for Progressive Collapse in Buildings. NISTIR 7396. February 2007,216 p.] Regras prticas Um bom projeto busca integrar o sistema estrutural resistente s cargas gravitacionais com o sistema para resistir s cargas laterais e ao progressivo colapso. O texto a seguir apresenta regras prticas para projeto de estruturas de edifcios resistentes a colapsos progressivos, com base no conhecimento existente (2007) e na prtica. Regras gerais Como regras gerais incluem-se as que beneficiam a preveno ao colapso progressivo em diferentes sistemas estruturais. Vigas pouco espaadas, apoiando-se em vigas principais, melhora a

redistribuio das cargas; Pilares pouco espaados podem melhorar a redistribuio e

transferncia de cargas; Considere a resistncia ao colapso em ambas direes (ortogonais); no

visualize como comportamento de prtico plano; Evite descontinuidades que causaro concentrao de cargas, como

vigas de transio, por exemplo; Arranjos regulares e simtricos de sistemas estruturais facilitaro

redistribuio de cargas e redundncia; Vigas contnuas resultam em menores deformaes e aumento a

capacidade de redistribuio de cargas, em caso de perda de um pilar; Excentricidades podem gerar grandes momentos, em caso de cargas

adicionais;

Caixas de escada e pilares-paredes ajudam a estabilizar a estrutura e

oferecem caminhos alternativos de carga.

Figura 30- Colapso progressivo do WTC, 2001 Estruturas de concreto armado O concreto armado tem um nmero de atributos dos quais se podem tirar vantagens. Tem massa significativa, que melhora a resposta s exploses; os elementos podem ser facilmente dimensionados para comportamento dctil e projetados com continuidade. Finalmente, as dimenses relativamente maiores de seus pilares os tornam menos susceptveis aos efeitos locais de 2 ordem, na eventualidade da perda de um andar. Confinamento do concreto pelo uso de cintamento ou de estribos pouco espaados aumenta a capacidade dos pilares s foras cortantes horizontais, aumenta a eficincia das emendas por traspasse, na eventualidade de perda do concreto de cobrimento e aumenta grandemente a ductilidade do pilar. Um sistema estrutural preferido o moldado in-loco com vigas em direes ortogonais. Nesse sistema, as vigas devem ter armaes contnuas, positivas e negativas

com emendas de trao por traspasse. Os estribos devem prover sempre a capacidade total das vigas fora cortante e ser pouco espaados em todo o vo. Lajes armadas em duas direes so preferveis s lajes corredor, vez que oferecem maior redundncia. As armaduras inferiores e superiores das lajes devem estender-se at dentro das vigas e pilares, a fim de aumentar a capacidade resistente, em casos de inverso de cargas. As lajes de piso podem suportar cargas sob forma de membrana com grandes deformaes, quando solicitada alm de sua resistncia flexo; nesses casos, no entanto, a armao da laje deve ser capaz de desenvolver sua capacidade de escoamento. Nos sistemas de lajes lisas ou cogumelos, devem ser includos dispositivos para aumentar a resistncia puno, tais como uso de capitis, engrossamento das lajes nas regies dos pilares ou armaduras especiais de puno. A armao inferior das lajes deve ser contnua atravs dos pilares, nas duas direes, para sustentar a laje, no caso de ocorrncia de ruptura por puno. Dispor vigas de bordo, nas fachadas do edifcio. No dimensionamento das vigas, Assegurar que a ruptura por flexo (dctil) preceder a ruptura por

fora cortante, dispondo armao transversal para esse fim; Manter contnuas as armaes positivas e negativas ao longo de toda a

viga;

Prever emendas afastadas das ligaes com pilares e do meio vo; Usar estribos pouco espaados, que aumentam a ductilidade e a

resistncia fora cortante e toro; Observar que vigas mais largas podem oferecer mais resistncia

toro;

No dimensionamento dos pilares, Assegurar que as rtulas plsticas se formaro nas vigas (e no nos

pilares), dimensionando os pilares para momentos maiores do que a viga pode transferir aos mesmos; Detalhar pilares com confinamento; Prever emendas a um tero do comprimento dos pilares, e no nas

extremidades ou a meia altura; Prolongar o confinamento com estribos ao longo da regio das ligaes

com as vigas; Considerar a possibilidade de momentos e cargas normais maiores nos

pilares vizinhos aos de canto, para a eventual possibilidade de perda desses. No dimensionamento das lajes, Manter contnua uma parte das armaes inferiores e superiores; prover

as emendas afastadas das extremidades e do meio vo; Observar que as lajes moldadas in-loco juntamente com as vigas

garantiro melhor continuidade e permitir melhor redistribuio de cargas; Adicionar vigas aporticadas perifricas nos sistemas de lajes lisas ou

cogumelos; Notar que armaes ortogonais, superiores e inferiores, podem permitir

a uma laje inverter a posio do vo portante, no caso de perda de um de seus apoios de bordo. Para estruturas de ao, de alvenaria, de painis pr-moldados de concreto, de ps-tenso (protendidas) ver a referncia abaixo, p.59-64.

Como

projetar

estruturas

de

edifcios

para

prevenir

colapsos

progressivos? Concluses Embora o risco de colapso progressivo seja baixo na maioria das edificaes, a proteo das vidas humanas exige sua considerao, de modo a evitar propagao desproporcional de danos iniciais em estruturas sob aes excepcionais, tais como erros de projeto ou de construo, impactos de veculos, exploses, etc. As nossas Normas ainda no prevem exigncias explcitas de como projetar para resistir ao colapso progressivo, salvo uma ou duas regras isoladas. Caber ao proprietrio, ao projetista ou ao construtor realizar, caso a caso, uma anlise de possibilidades envolvidas de colapso progressivo e adotar as medidas compatveis para preveni-lo. Projetar para reduzir o risco de colapso progressivo requer uma diferente forma de pensar a estrutura, se comparada com o projeto convencional para resistir cargas verticais e horizontais. O procedimento de projeto passa a ser investigar o que pode dar errado e identificar as exigncias de desempenho a serem atingidas. O cenrio do projeto pode ser com ameaas especficas ou com ameaas quaisquer, da surgindo mtodos diretos e indiretos de anlise. O tema relevante, porm novo e ainda controverso em seus prprios conceitos e definies. Os europeus preferem referir-se a Robustez das estruturas e o ACI prefere Integridade Estrutural a Colapso Progressivo. No resta dvida, porm, que a Robustez e a Integridade so atributos estruturais, cuja deficincia pode favorecer a conseqncia que se busca evitar, que o Colapso Progressivo, da a preferncia dada aqui a esse termo. O nico interesse nesse relato o de aproximar os colegas desse ainda meio obscuro problema da Engenharia de Estruturas e tentar despertar interesse e

ateno por ele. Sendo ainda um tema novo, pouco explorado, oferece amplas possibilidades de estudos experimentais e tericos, na rea acadmica.

Figura 31- Progressive Collapse na viso do artista Nathan Barlex, Londres, 2007