Projeto Estrutural e SegurançaProjeto Estrutural e Segurança

• Projeto Estrutural e NormasProjeto Estrutural e Normas• Estados Limites Estados Limites • Métodos para projeto Métodos para projeto

Profa. Michèle PfeilProfa. Michèle Pfeil

Projeto Estrutural

Processo de fabricação de um produto (estrutura) de modo a satisfazer uma certa

necessidade

• Garantia de segurança estrutural evitando-se o colapso total ou parcial

• Garantia de bom desempenho estrutural, atendendo a sua destinação

Definição

Objetivos

Etapas

• Anteprojeto ou projeto básico: concepção, definição do sistema estrutural,

materiais etc.

• Dimensionamento ou cálculo estrutural: dimensões de forma a garantir a

segurança e o bom desempenho;

• detalhamento: desenhos executivos + especificações

Etapa de pre-dimensionamento

Concepções iniciaisFonte:ESDEP

Concepção selecionada

Indicações preliminares para dimensionamento

Etapa de pre-dimensionamento

Fonte:ESDEP

Etapa de dimensionamento

• Identificação das cargas• Modelo das cargas • Modelo da estrutura• Análise para determinação do comportamento estrutural• Verificação do desempenho em relação à segurança

Fonte:ESDEP

Etapa de dimensionamento

• Conhecimentos de análise estrutural e resistência dos materiais• Regras e recomendações

Normas de Projeto

- NBR 8800: 2008- AISC (American Institute of Steel Construction):

LRFD (load and resistance factor design)ASD (allowable stress design)

- EUROCODE 3

Etapa de Detalhamento

Desenhos executivos

Especificações (construtivas, de operação ou de utilização da estrutura)

Fonte:ESDEP

Projeto Estrutural

• Garantia de segurança estrutural evitando-se o colapso total ou parcial• Garantia de bom desempenho estrutural

Estados Limites

últimos de serviço

deslocamento excessivo

vibração excessiva

Ruptura por tração

Ruptura após flambagem

Tombamento (perda de equilíbrio como corpo rígido)

Formação de “mecanismo”

Métodos para Projeto

• Método empírico (histórico) Método empírico (histórico)

• Método das Tensões AdmissíveisMétodo das Tensões Admissíveis

• Teoria Plástica do DimensionamentoTeoria Plástica do Dimensionamento

• Método dos Coeficientes Fatorados (“dos Estados Limites”)Método dos Coeficientes Fatorados (“dos Estados Limites”)

• Método baseado em confiabilidadeMétodo baseado em confiabilidade

Método das Tensões AdmissíveisMétodo das Tensões Admissíveis

Originado dos desenvolvimentos da Resistência dos Materiais em regime elástico.

max em cada seção é inferior a uma tensão resistente reduzida

máxima tensão solicitante max < tensão admissível = adm = fr /

fr = tensão resistente do material; aço: escoamento (fy )ou ruptura (fu )

= fator de segurança aplicado sobre tensão resistente do material fr

reconhecimento da existência de diversas incertezas no projeto

Incertezas no projeto estruturalIncertezas no projeto estrutural

- ações (pode ocorrer uma carga maior que a especificada)

- características mecânicas dos materiais (valor de fr utilizado pode ser

menor valor especificado)

- modelo estrutural adotado para determinação do comportamento (esforços

solicitantes, deslocamentos etc) devido à ações.

- imperfeições na execução

- existência de algum modo de falha desconhecido

- erros humanos

Limitações do Método das Tensões AdmissíveisLimitações do Método das Tensões Admissíveis

• Utiliza-se de um único coeficiente de segurança para expressar todas

as incertezas, independentemente de sua origem;

• Originalmente utilizava-se apenas de análise elástica, não

reconhecendo reserva de resistência após o início da plastificação

encruamento

fu

fy

ruptura

Regime elástico

escoamento

Teoria Plástica de Dimensionamento (1930)Teoria Plástica de Dimensionamento (1930)

Mp > My reserva de resistência

Deu origem à análise estrutural em regime plástico: formação de rótulas plásticas até a formação de “mecanismo”

Método dos coeficientes parciais ( ou dos estados limites) 1970Método dos coeficientes parciais ( ou dos estados limites) 1970Método semi-probabilísticoMétodo semi-probabilísticoEstado Limite Último. A garantia de segurança da estrutura é dada

por:Solicitação de projeto Sd é menor que a Resistência de projeto

Rd. mndifid RRFSS / •Sd é obtida a partir de uma combinação de cargas Fi,

cada uma majorada pelo coeficiente fi

Rd é obtida com resistência nominal Rn (função das características f do material)

minorada pelo coeficiente m

carregamentos Fi e características mecânicas do material f variáveis aleatórias.

com tratamento estatístico valores característicos Fk e fk

f reflete a variabilidade das ações / solicitações

f = f1 f2 f3

f1 - dispersão das ações

f2 - fator de combinação

f3 - incertezas na modelagem, imperfeições de execução, etc (1,15) aplicável a S (solicitações)

m reflete a variabilidade das resistências

m = m1 m2 m3

m1 - dispersão das tensões resistentes frm2 - fator de ajuste entre fr de laboratório e da estrutura

m3 - incertezas no cálculo de Ru em função do modelo teórico de resistência e dos desvios construtivos

Coeficientes parciais de segurança

} aplicáveis a Fi (ações)

Ações f1 f2Desenvolvimento de estudos estatísticos

Propriedades mecânicas dos materiais

m1 m2Padronização de testes e estudos estatísticos

Imperfeições de execução f3 m3Especificação de limites e tolerâncias nas imperfeições; consideração no projeto

Incerteza de modelagem f3 m3desenvolvimento de modelos mais representativos do comportamento estrutural

Modo de falha desconhecido

Erros humanos A serem combatidos com diversas providências

Incertezas Tratamento

R e S são variáveis aleatórias com distribuição normal de probabilidades

M=R-S é a margem de segurança

pu M = índice de confiabilidade

Método dos Estados Limites - Fundamentos

mndifid RRFSS / cálculo de f e m?

Por métodos de análise de confiabilidade de modo que: pu < valor suficientemente pequeno (entre 10-4 e 10-6)

Ações / Solicitações

Tipos de Ações F: • Permanentes G• Variáveis Q

distribuição de probabilidade

de F(normal)

QkiValor característico

G

Q

Gm ~ Gk

Tipos de Combinações• normal• de construção• especial• excepcional

}

Solicitações na estrutura

iiqiQgidifid QQGSFSS 011

Combinação de Ações / Solicitações

Q1 = ação dominante na combinação

f1

f2

f3S projeto

Fki

Combinação de Ações / Solicitações iiqiQgidifid QQGSFSS 011

efeito favorável

Combinação de Ações / Solicitações iiqiQgidifid QQGSFSS 011

Resistência de Projeto

wkf

m

kd

fRuR

ffk

p (f)

Estados Limites de Utilização

Valores representativos das ações variáveis:

•Valor raro (característico): Q

• Valor freqüente: 1Q

• Valor quase-permanente: 2Q

Combinação quase-permanente: F = Gi + 2Q1 + 2jQj

Combinação freqüente: F = Gi + 1Q1 + 2jQj

Combinação rara: F = Gi + Q1 + 1jQj

Tipos de combinações:

Estados Limites de Utilização