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6- SEGURANA DAS ESTRUTURAS.

Na verificao da segurana das estruturas de concreto devem ser atendidas as condies construtivas e as condies analticas de segurana.

Normas de controle de materiais, especialmente a NBR 12655; No controle de execuo da obra, conforme NBR 14931 e Normas

Brasileiras especficas. As condies analticas de segurana estabelecem que as resistncias

no devem ser menores que as solicitaes e devem ser verificadas em relao a todos os estados limites e todos os carregamentos especificados para o tipo de construo considerada, ou seja, em qualquer caso deve ser respeitada a condio:

Rd > = Sd

O objetivo da verificao da segurana das construes garantir:

1- capacidade de carga e estabilidade suficientes. 2- boa capacidade de utilizao em relao finalidade prevista. 3- durabilidade suficiente.

solicitaes limites de ruptura

6.1- Conceito de segurana.

Aes so tudo aquilo que provoca tenses ou deformaes numa estrutura.

Aes nas construes so as cargas permanentes (peso prprio, revestimento, enchimento, etc), cargas acidentais de utilizao (sobrecarga), vento, temperatura, retrao, deformao lenta, recalques de apoio.

Aes extraordinrias so os terremotos, fogo, exploses.

As solicitaes a serem esperadas so chamadas de cargas de utilizao.

Os estados limites devem ser calculados para poder garantir a segurana exigida contra uma runa (a estrutura deixa de ser til para o fim desejado, no prazo para o qual foi projetada): . runa (colapso): perde capacidade de receber aes. . deformaes exageradas. . fissuras alm de certos limites.

Resumindo: uma estrutura oferece segurana quando possui condies de suporte, sem atingir um estado limite, imediato ou a longo prazo, em condies no precrias de funcionalidade, todas as aes, com intensidade e combinaes mais desfavorveis, de atuao possvel ao longo de sua vida til para o qual foi projetada.

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6.2- Mtodos para verificao da segurana.

Determinstico, probabilstico e semi-probabilstico.

Grandeza determinstica um valor que se pode determinar, valor fixo. Ex: peso especfico do concreto armado de 25 KN/m (2,5 tf/m). Grandeza probabilstica um valor aleatrio, que no fixo, tem sempre uma probabilidade associada a ele. Ex: fck.

6.2.1- Mtodos determinsticos.

So mtodos que se baseiam em grandezas determinsticas.

a) Mtodo das tenses admissveis. Empregado at 1930 para o clculo do concreto armado. Baseava-se nas hipteses dos estdios Ia e II. Obtinha-se uma resistncia de ruptura para o concreto e para o ao. Com a utilizao de um coeficiente de segurana interno, calculavam-se as tenses admissveis. O mtodo consistia em fazer com que a mxima tenso de servio (provocada pelas cargas) no ultrapassasse as tenses admissveis. Todos os valores utilizados e tenses de servio so determinsticos. _ _

c = r_ s = e_

i i

Crticas sobre o mtodo: Todas as aes eram consideradas igualmente, no havendo a possibilidade de diferenciao. Comportamento elstico vai acarretar um dimensionamento anti-econmico, sem saber quando o material efetivamente rompe. A segurana, portanto, est relacionada resistncia dos materiais e no capacidade de carga dos elementos estruturais.

Emprego atual do mtodo: utilizado em verificaes de utilizao da estrutura. Superado para clculo (dimensionamento).

b) Mtodo do coeficiente de segurana externo. Introduzido pela NB-1 de 1961 e substitudo em 1975. Ficou claro no mtodo anterior que mais conveniente se pensar em uma carga limite ao invs de tenses admissveis. O conceito do mtodo consiste em majorar os esforos de servio (E), que so determinsticos, por um coeficiente de segurana externo. A pea ento, calculada na ruptura (estdio III). A tenso de ruptura determinstica.

e > 1 e.E = solicitao ltima da pea

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Crticas sobre o mtodo: Coeficiente nico para as cargas no leva em conta a variabilidade dos diversos tipos de peas. Coeficiente ilusrio, pois no leva em conta que os materiais so diferentes (concreto e ao). Majoravam-se os esforos solicitantes. No caso de no haver linearidade entre cargas e esforos, o coeficiente perde o sentido.

6.2.2- Mtodos probabilsticos. Levam em conta que as grandezas so aleatrias. No usam mais o conceito de coeficiente de segurana e sim, de probabilidade de runa. Os mtodos probabilsticos se dividem em condicionado e puro. a) Mtodo probabilstico condicionado. Todas as grandezas so probabilsticas, exceto uma que a configurao de runa. A posio de ruptura condicionada. b) Mtodo probabilstico puro. Nada est condicionado. Todas as grandezas so probabilsticas. Grandezas envolvidas em ambos os mtodos: Resistncias no sero mais interpretadas com valores fixos. Dever ser considerado todo o universo que a determina. Da mesma maneira sero interpretadas as solicitaes e cargas. Existe uma probabilidade de runa, p(R-S)

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A segurana associada a uma probabilidade de runa que jamais ser zero. Fatores ligados ocorrncia de runa: cargas maiores que a prevista, defeitos geomtricos, resistncia abaixo dos valores adotados.

6.2.3- Mtodo semi-probabilstico (NBR6118).

um mtodo hbrido, corresponde a um meio termo. Continua parcialmente com nmeros empricos, baseados na tradio, mas introduzem-se dados estatsticos e conceitos probabilsticos na medida do possvel.

Idia bsica do mtodo:

a) Majoram-se as aes e os esforos solicitantes, de modo que seja pequena a probabilidade desses valores serem ultrapassados. b) Reduzem-se os valores das resistncias dos materiais, de modo que seja pequena a probabilidade dos valores reais descerem at esse ponto. c) Equaciona-se a situao de runa dizendo que o esforo solicitante de clculo encontrou o esforo resistente de clculo.

Valores determinsticos e probabilsticos:

. configurao de ruptura determinstica.

. forma dos diagramas tenso x deformao determinstica.

. valores das resistncias dos materiais so probabilsticos.

. aes sero determinsticas com variveis probabilsticas introduzidas na medida do possvel.

Mtodo de clculo:

a) estabelecer um esquema estrutural (definio das frmas, dimenses estimadas). b) determinao das cargas (NB6118, NB-5). c) clculo dos esforos (material elstico/linear ou material no elstico). d) clculo da seo (armaduras).

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6.3- Segurana e Estados Limites. Os critrios de segurana adotados pela NBR6118 baseiam-se na NBR 8681.

Estado limite ltimo estado limite relacionado ao colapso, ou a qualquer outra forma de runa estrutural, que determine a paralisao do uso da estrutura.

Estado limite de servio decorrente do critrio de utilizao normal ou de durabilidade da estrutura.

6.3.1- Estado limite ltimo(ELU). A segurana das estruturas de concreto deve sempre ser verificada em relao aos seguintes estados limites ltimos: a) estado limite ltimo de perda do equilbrio da estrutura, admitida como corpo rgido; b) estado limite ltimo de esgotamento da capacidade resistente da estrutura, no todo ou em parte, devido s solicitaes normais e tangenciais; c) estado limite ltimo de esgotamento da capacidade resistente da estrutura, no todo ou em parte, considerando os efeitos de segunda ordem; d) estado limite ltimo provocado por solicitaes dinmicas; e) estado limite ltimo de colapso progressivo; f) outros estados limites ltimos que eventualmente possam ocorrer em casos especiais.

6.3.2- Estados limites de Servio (ELS). Estados Limites de Servio so aqueles relacionados durabilidade das estruturas, aparncia, conforto do usurio e boa utilizao funcional das mesmas, seja em relao aos usurios, seja em relao s mquinas e aos equipamentos utilizados.

a) Estado Limite de Formao de Fissuras (ELS-F) Estado em que se inicia a formao de fissuras. Admite-se que este estado limite atingido quando a tenso de trao mxima na seo transversal for igual a fct,f.

b) Estado Limite de Abertura de Fissuras (ELS-W) Estado em que as fissuras se apresentam com aberturas iguais aos mximos especificados na NBR6118 tabela 13.2.

c) Estado Limite de Deformao Excessiva (ELS-DEF) Estado em que as deformaes atingem os limites estabelecidos para utilizao normal dados na NBR6118 tabela 13.3.

d) Estado Limite de Descompresso (ELS-D) e) Estado Limite de Descompresso Parcial (ELS-DP) f) Estado Limite de Compresso Excessiva (ELS-CE) g) Estado Limite de Vibraes Excessivas (ELS-VE)

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6.4- Valores das Aes.

6.4.1- Valores Caractersticos

Os valores caractersticos Fk das aes so estabelecidos em funo da variabilidade de suas intensidades. Esto definidos em Normas Brasileiras especficas NBR6118 e NBR 6120.

Aes permanentes: Para as aes permanentes, os valores caractersticos devem ser adotados iguais aos valores mdios das respectivas distribuies de probabilidade, sejam valores caractersticos superiores ou inferiores.

Aes Variveis: Os valores caractersticos das aes variveis, Fqk, estabelecidos por consenso e indicados em Normas Brasileiras especficas, correspondem a valores que tm 25% a 35% de probabilidade de serem ultrapassados no sentido desfavorvel, durante um perodo de 50 anos, o que significa que o valor caracterstico Fqk o valor com perodo mdio de retorno de 200 anos a 140 anos respectivamente.

6.4.2- Valores Representativos

As aes so quantificadas por seus valores representativos, que podem ser: a) os valores caractersticos conforme definido anteriormente; b) os valores convencionais excepcionais, que so os valores arbitrados para as aes excepcionais; c) valores reduzidos, em funo da combinao de aes.

6.4.3 Valores de Clculo

Os valores de clculo Fd das aes so obtidos a partir dos valores representativos, multiplicando-os pelos respectivos coeficientes de ponderao f definidos no item 11.7 da NBR6118:2003 e as combinaes das aes definidas no item 11.8. As aes devem ser majoradas pelo coeficiente f, cujos valores encontram-se nas tabelas 11.1 e 11.2 da NBR6118:2003.

f = f1 . f2 . f3

No Estado Limite de Servio (ELS) o coeficiente de ponderao das aes dado por: f = f2

onde f2 dado na tabela 11.2 da NBR6118:2003.

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6.5- Resistncias

6.5.1- Valores de Clculo

A resistncia de clculo fd dada pela expresso:

fd = fk m

No Estado Limite ltimo (ELU), tem-se (tabela 12.1 NBR6118:2003):

Para a resistncia de clculo do concreto quando a verificao se faz para j >= 28 dias:

fcd = fck , c em geral 1,4. c

Para a resistncia de clculo do ao:

fyd = fyk , s em geral 1,15. s No Estado Limite de Servio (ELS), tem-se: m = 1,0.

6.6 Dimensionamento para os diversos esforos solicitantes. Nas estruturas, os esforos solicitantes N, M e Q atuam

simultaneamente, sendo que os momentos fletores e as foras cortantes podem atuar obliquamente, isto , com componentes em duas direes axiais.

No caso do concreto armado, material de construo heterogneo, as foras internas no podem ser avaliadas de forma exata devido s fissuras e em decorrncia das direes das armaduras, na maioria das vezes pr-determinadas construtivamente. Por esta razo, o dimensionamento das estruturas de C.A., em geral, feito separadamente para:

a) momentos fletores em torno dos eixos y ou z, com ou sem fora normal na direo x, as quais produzem tenses perpendiculares (normais) ao plano da seo.

b) foras cortantes nas direes z ou y, as quais produzem tenses no plano da seo, ou tenses inclinadas em relao a x.

c) momentos de toro em torno do eixo x, os quais produzem tenses no plano da seo ou tenses inclinadas em relao ao eixo x.