Cargas Atuantes Nas Estruturas

CONCRETO 1

Prof. Eng. Miquéias V. Lemes Pág. 1

Cargas Atuantes nas Estruturas

4.1. – Segurança das Estruturas:

A segurança de uma estrutura está associada à confiança qualitativa que se possa dar a

essa estrutura, ou seja, as estruturas devem ser projetadas de maneira tal a proporcionar

qualidade de segurança satisfatória. Essa qualidade satisfatória está atrelada à baixa

probabilidade de apresentar problemas associados às patologias e às rupturas do sistema

estrutural.

Nas “Ações e Segurança nas Estruturas”, a Norma NBR 8681, estabelece as condições

básicas para verificação das estruturas em duas situações: Estado

Limite de Serviço e Estado Limite Ultimo. O primeiro deles, estabelece as condições

mínimas de serviço e durabilidade da estrutura, ou seja, a estrutura atenderá

minimamente às condições das ações atuantes que podem ser comprometidas, por

exemplo, por danos estruturais causados por deformações excessivas que afetem a

utilização da estrutura ou mesmo vibrações excessivas que causem desconforto de

qualquer espécie. O segundo caso estabelece a máxima capacidade portante de uma

estrutura, cuja ocorrência pode determinar a ruína total ou parcial dessa estrutura. Há,

nesses casos, um esgotamento da capacidade portante da estrutura, caracterizado, por

exemplo, pela ruptura do concreto, fadiga, instabilidade provocadas por flambagem,

escorregamento de barras, etc.

Os elementos que atuam sobre uma estrutura e que podem provocar esforços ou

deformações nestas, são as denominadas Cargas Atuantes nas Estruturas.

Uma vez atuantes essas cargas, a fim de se estabelecer os valores de calculo dessas

cargas ou ações, das solicitações e das resistências dos materiais, estabelecem-se os

denominados Coeficientes de Ponderação da Segurança, pois são obtidos através da

majoração das ações e das solicitações e da minoração da resistência dos materiais

empregados.

São, em principio, estabelecidos alguns métodos de avaliação a fim de verificarse a

segurança das estruturas que poderíamos citar: método da tensão admissível, método da

ruptura e método probabilístico.

O método das tensões admissíveis, remonta às propostas da Resistência dos Materiais,

quando se apresenta a imposição de que a maior tensão de trabalho não ultrapasse a

tensão admissível do material, que é definida como sendo a

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resistência do material dividida por um numero cujo significado seja o de corrigir

essa resistência, ou seja, por um coeficiente de ponderação da segurança como

é conhecido atualmente. Anteriormente dizia-se simplesmente coeficiente de

segurança.

O método da ruptura consiste na imposição de um limite para a carga de serviço

de maneira tal que a aplicação dessa carga multiplicada pelo coeficiente de

majoração externo acarreta na ruína da estrutura.

Com o aprimoramento das técnicas e com o maior conhecimento técnico

experimental das estruturas, a aplicação desses coeficientes de majoração

também sofreram novas metodologias de avaliação. Surge, assim, os

denominados métodos probabilísticos, quando se estabelece que a segurança

das estruturas pode ser afetada por uma serie de fatores de diversas

procedências, tais como as variáveis cargas ou ações atuantes sobre essas

estruturas, das resistências e das deformações, das imprecisões de execução,

etc.

Ao contrario dos critérios determinísticos das tensões admissíveis ou da ruptura,

o método probabilístico estabelece a troca do coeficiente de segurança pelo

critério ou pelo conceito de probabilidade de ocorrência das ações. Entretanto,

pela difícil aplicação desse método na verificação da segurança, pela sua

complexidade, termina-se por adotar nas estruturas correntes de concreto

armado o método semi-probabilístico.

Nesses casos, os valores de cálculo Fk das ações, devem ser majoradas pelo

coeficiente de ponderação γf, representado por: γf = γf1 . γf2 . γf3 onde γf1

considera a variabilidade das ações; γf2 considera a simultaneidade das ações e

γf3 considera os desvios gerados nas construções, não explicitamente

considerados, e as aproximações feitas em projeto do ponto de vista das

solicitações. No caso de coeficientes de minoração das resistências dos

materiais empregados, os valores de cálculo fk devem ser minorados e esses

coeficientes de minoração são indicados por γm e são representados por γc no

caso do concreto e γs no caso do aço.

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Assim sendo, Fd = valor de calculo da ação Fk = Fk . γf e fd = valor de calculo das

resistências dos materiais empregados (concreto e aço) fk = fk / γm.

Para o calculo nos estados limites últimos (ELU) e de serviço (ELS), os coeficientes de

ponderação a serem aplicados são:

ELU ELS

AÇÕES (Δf) 1,4 1,0

CONCRETO (Δc) 1,4 1,0

AÇO (Δs) 1,2 1,0

Uma vez estabelecidos os conceitos a respeito das condições de segurança que

estabelecem os critérios mínimos de ponderação das ações atuantes sobre uma estrutura

de concreto armado, é preciso se conhecer essas ações.

As ações a considerar recebem uma classificação adequada em: permanentes, variáveis

e excepcionais.

4.2 – Ações Permanentes:

São aquelas que ocorrem com valores praticamente constantes durante toda a vida da

construção. Essas ações se subdividem em permanentes diretas, representadas pelo

peso próprio da estrutura, decorrente dos materiais (aço e concreto) empregados; pelo

peso dos elementos construtivos fixos e de instalações permanentes, representados pelos

revestimentos, etc,; pelos empuxos permanentes, quando esses forem admitidos sem

qualquer perspectiva de remoção e em permanentes indiretas, representadas pelas

deformações decorrentes de retração e fluência do concreto, deslocamentos de apoios,

imperfeições geométricas (globais e locais), etc.

A NBR 6120 – Cargas para o Calculo de Estruturas de Edificações – estabelece que na

falta de determinação experimental, devem ser utilizados, a fim de adoção de pesos

específicos dos diversos materiais componentes de obras, a seguinte tabela:

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4.2.1 – Ações Permanentes comuns em Estruturas de Edifícios:

a) Peso próprio dos elementos de Concreto Armado:

• Lajes – peso próprio = H x γc = altura da laje x peso especifico do concreto

• Vigas e Pilares = bw x h x. γc = largura x altura x peso especifico do concreto

b) Revestimento em lajes:

• Lajes tipo: alto padrão de acabamento _ 1,5 kN/m2

• Lajes tipo: médio e baixo padrão de acabamento _ 0,80 kN/m2

• Lajes de Cobertura com telhados _ 0,50 kN/m2

• Lajes de Cobertura impermeabilizadas _ 1,00 kN/m2

• Lajes de Garagens ou Pav. Térreo impermeabilizadas _ 1,50 a 2,50 kN/m2

• Lajes de Sub-solos cobertas _ 1,50 kN/m2

c) Peso de paredes:

(*) Para se obter o peso da parede em kN/m2 basta multiplicar os valores da tabela pela altura das paredes.

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d) Peso para enchimentos de rebaixos:

e) Peso de telhados (somente telhas):

f) Peso de coberturas (telhas + estrutura suporte):

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4.3 – Ações Variáveis:

4.3.1 – Ações Variáveis Diretas:

São aquelas constituídas pelas cargas acidentais previstas para o uso da construção,

pela ação do vento e da chuva.

I) Cargas Acidentais previstas para o uso da Construção

As cargas acidentais previstas para o uso da construção, atuam nas condições mais

desfavoráveis e correspondem a: cargas verticais de uso na construção (pessoas,

móveis, materiais diversos, veículos, etc.); cargas moveis, considerando o impacto

vertical; impacto lateral; força longitudinal de frenação ou aceleração; força centrifuga.

A NBR 6120, estabelece para efeito dessas cargas acidentais previstas, valores mínimos

para sua utilização em projetos.

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OBSERVAÇÕES IMPORTANTES:

• Nos compartimentos destinados a carregamentos especiais, como os devidos a

arquivos, depósitos de materiais, maquinas leves, caixas-fortes, etc. não é

necessária uma verificação mais exata desses carregamentos, desde que se

considere um acréscimo no valor de 3 kN/m2 no valor da carga acidental.

• Ao longo dos parapeitos e balcões devem ser consideradas aplicadas, uma carga

horizontal de 0,8 kN/m na altura do corrimão e uma carga vertical mínima de 2

kN/m.

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• O valor do coeficiente ϕ de majoração das cargas acidentais a serem consideradas

no projeto de garagens e estacionamentos para veículos, deve ser determinado do

seguinte modo: sendo l o vão de uma viga ou o vão menor de uma laje e sendo l0 =

3,00m para o caso de lajes e de 5,00m para o caso de vigas _ ϕ = 1,00 quando l

>= l0 e ϕ = l0 / l <= 1,43 quando l<= l0.

•

II) Ação do Vento

Os esforços provenientes da ação do vento devem ser analisados através de Norma

Brasileira especifica (NBR 6123).

Há a possibilidade de se prescindir do calculo da ação do vento sob determinadas

circunstâncias, ou seja, para obras que atendam algumas características técnicas como:

A altura máxima de cada andar não exceder 4,00 metros;

Os pilares forem contraventados em ambas as extremidades, em direções

perpendiculares entre si;

Na direção considerada, a altura livre do pilar não exceder o dobro da largura da

construção.

Essas regras que dispensam a consideração do esforço de vento são de autoria do

IBRACON – Instituto Brasileiro do Concreto, especifico para estruturas de Nível I, cujas

características estão bem delineadas no livreto “Prática recomendada IBRACON para

estruturas de edifícios de nível I”. Nos demais casos não se dispensa essa verificação.

III) Outras Ações

Ação da água, ações variáveis durante a construção e as ações variáveis indiretas

(variações uniformes e não uniformes de temperatura) ou mesmo ações dinâmicas,

quando a estrutura está sujeita a choques ou vibrações, observando-se, nesses casos, os

efeitos provenientes de fadiga e, finalizando, as ações excepcionais, que devem ser

analisados em casos particulares.

4.4 – Avaliação Global da Estabilidade da Estrutura:

O sistema estrutural que compõe a estrutura usual de um edifício é do tipo tridimensional

formado por barras (elementos lineares – vigas e pilares) e por placas (elementos de

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superfície – lajes). Dentro dessa composição estrutural, surgem dentre os elementos

estruturais aqueles que compõem as denominadas

estruturas de contraventamento e as estruturas contraventadas.

A primeira delas é a que deve garantir a estabilidade da estrutura, sendo assim formada

por elementos de maior rigidez estrutural a fim de melhor atender as necessidades do

conjunto no que se refere às ações horizontais, predominantemente as de vento. Alem

disso, deve também proporcionar a indeslocabilidade do conjunto em ambas as direções

do edifício.

A segunda delas tem a finalidade de apenas resistir aos carregamentos de origem

vertical. Os pilares que compõem essas estruturas contraventadas podem ter

desprezados no seu calculo os denominados efeitos de segunda ordem, o que não ocorre

no primeiro caso, das estruturas de contraventamento.

De fato, a fim de proporcionar a indeslocabilidade da estrutura, deve-se proceder uma

adequada verificação desse conjunto da estrutura de contraventamento.

Uma vez determinada a indeslocabilidade dessa estrutura, aí também podem ser

desprezados os denominados efeitos de segunda ordem. Especifica a NBR 6118

que sob a ação das cargas verticais e horizontais, os nós da estrutura deslocam se

horizontalmente. Os esforços de segunda ordem decorrentes desses deslocamentos são

chamados efeitos globais de segunda ordem. Ou seja, são os esforços de flexão, torção e

demais não decorrentes somente das cargas verticais, mas da somatória das ações

verticais e horizontais, que criam ao longo da estrutura outros efeitos (segunda ordem).

Para que se possa desprezar esses efeitos, deve-se verificar através de métodos

simplificados ou aproximados, se a estrutura pode ser classificada como de nós fixos,

sem necessidade de cálculo rigoroso. Um desses métodos que pode ser empregado tem

a sua expressão matemática o seguinte:

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Quando obedecem-se as relações acima especificadas pode-se desprezar os efeitos de

segunda ordem. Caso isso não ocorra, há sempre a possibilidade de aumentar-se as

dimensões dos componentes da estrutura, em especial dos pilares que formarão a

estrutura de contraventamento, compondo os pórticos com as vigas que neles chegam ou

atravessam.

A rigidez do pilar equivalente pode ser determinada calculando-se o deslocamento no

topo da estrutura de contraventamento, sob a ação de um carregamento horizontal. Faz-

se um processamento por meio apropriado (computacional) dos pórticos com uma carga

unitária aplicada no topo destes. A partir dos resultados dos deslocamentos, estabelece-

se a rigidez equivalente do pórtico analisado pelas formulas comuns de deslocamentos ou

flechas.

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É possivel, através da arquitetura proposta, estabelecer-se uma Planta de Formas do

Pavimento Tipo e a partir dessa proposta estrutural, analisar-se quais seriam as

estruturas ou pórticos de contraventamento que podemos adotar a fim de verificar-se a

Estabilidade Geral do Edifício.

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