PEF 2303 ESTRUTURAS DE CONCRETO I INTRODUÇÃO À SEGURANÇA DAS ESTRUTURAS

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1 PEF 2303 ESTRUTURAS DE CONCRETO I INTRODUÇÃO À SEGURANÇA DAS ESTRUTURAS

2 Conceito de Segurança Métodos de Verificação da Segurança Método das Tensões Admissíveis Métodos Probabilísticos Método Semi-Probabilístico Método dos Estados Limites Estado Limite Último Estado Limite de Serviço

3 Conceito de Segurança Segurança de uma estrutura é a capacidade que ela apresenta de suportar,sem atingir um estado limite, as ações mais desfavoráveis ao longo da vida útil da obra em condições adequadas de funcionalidade.

4 Conceito de Segurança Segurança é o afastamento que uma estrutura apresenta entre as situações previstas para seu uso e a situação de ruína. qualitativo e de difícil quantificação! insegurança x desperdício. fatores que influenciam a segurança: variabilidade das ações e resistências, importância da estrutura custo dos danos, imprecisões geométricas, imprecisões de projeto relativas às resistências e solicitações,...

5 Conceito de Segurança O engenheiro é justamente aquele profissional que adquire a habilidade de conduzir o carro numa estrada relativamente estreita, entre dois precipícios: o da insegurança e o do desperdício. Lauro Modesto dos Santos Cálculo de Concreto Armado vol.1

6 Conceito de Segurança Método Intuitivo Segurança é obtida através de concepções baseadas na intuição dos projetistas e construtores. Intuição: pode ser pura, ou, mais comumente, condicionada por sucessos e insucessos de construções similares anteriormente feitas, inclusive de modelos.

7 Conceito de Segurança Método Intuitivo Segurança é obtida através de concepções baseadas na intuição dos projetistas e construtores. anti-econômicas; grau de insucesso elevado; obrigatoriedade, face ao desconhecimento das teorias quantitativas do comportamento estrutural.

8 Conceito de Segurança Como Quantificar? Teorias quantitativas mecânica das estruturas comportamentos estruturais comportamento reológico determinação dos esforços internos, deformações e deslocamentos produzidos por ações critérios de resistência dos materiais métodos experimentais Hipótese fundamental: comportamento estrutural determinístico

9 Métodos de Verificação da Segurança Método das Tensões Admissíveis aplicação de um coeficiente de segurança interno: i 1 condição de segurança: rup i rup... tensões atuantes... tensões admissíveis... tensões de ruptura o coeficiente i que avalia a segurança, varia conforme o material, para garantir a mesma segurança. aço 1,7 madeira 4 a 5

10 Método das Tensões Admissíveis principais críticas: i grande não significa necessariamente grande segurança, portanto i não quantifica segurança. i tem mais significado como coeficiente de ignorância em relação ao comportamento do material. não levam em consideração a combinação prevista de ações. em problemas não-lineares, i conduz a uma idéia falsa, levando muitas vezes a soluções anti-econômicas. não quantifica a segurança, encontra-se definitivamente superado.

11 Métodos de Verificação da Segurança Métodos Probabilísticos coeficientes de segurança: i e e probabilidade de ruína RUÍNA R (resistência) é alcançada por S (solicitação) PROBABILIDADE DE RUÍNA p p R S

12 Métodos Probabilísticos não há segurança absoluta (p=0)! o risco sempre existe, ainda que com projeto, execução e controle dentro dos mais rigorosos padrões. faz-se a distinção entre o insucesso aleatório, sem culpados, e os desastres por imperícia ou irresponsabilidade. o risco é inerente à vida não se adota um coeficiente de segurança, também nas estruturas assume-se um risco.

13 Métodos Probabilísticos uma probabilidade p pode ser concebida de duas maneiras: limite para o qual tende a frequência relativa da ocorrência do evento, para um número n grande de repetições; medida subjetiva do grau de confiança na ocorrência do evento. quantificar a segurança é quantificar p. (1-p) mede a confiança no sucesso da estrutura. índice de segurança: colog p. quantificar p é tarefa extremamente complexa, que envolve problemas técnicos, éticos, políticos e econômicos. é muito difícil estabelecer números quando há vidas em jogo.

14 Métodos Probabilísticos a escolha de p é ditada fundamentalmente por razões econômicas. menor a probabilidade de ruína p maior o nível de segurança mais cara a estrutura teoricamente, deve-se utilizar o valor de p que compatibilize custo com segurança adequada da obra. por exemplo: custo unitário C 1 C 1 + p.d p=0,001=1/1000, o custo total destas obras é dado por: p.d p Ctot 1000C1 D 1 C C1 D C p D determinação da probabilidade de ruína p mais indicada menor custo unitário p

15 Métodos Probabilísticos Método probabilístico condicionado quase tudo é ALEATÓRIO: ações, solicitações, resistências, geometria da estrutura. teoria que fornece a configuração de ruína: continua DETERMINÍSTICA. Método probabilístico puro a consideração de todas as configurações de ruína possíveis pela aleatoriedade das propriedades mecânicas e dos parâmetros geométricos constitui a essência do método probabilístico puro. é muito complexo constitui sonho dos pesquisadores.

16 Método Semi-Probabilístico a verificação da segurança consiste, basicamente, no seguinte procedimento: ações e resistências características variáveis aleatórias - 5% de probabilidade de serem ultrapassados para o lado mais desfavorável ações e resistências de cálculo majoram-se as ações e solicitações ( f ) e reduzem-se as resistências ( m, s para o aço e c para o concreto) segurança : situação de ruína determinística, valores de cálculo. S d R d

17 Método Semi-Probabilístico constitui um progresso em relação aos anteriores, pois: introduz dados estatísticos e conceitos probabilísticos de maneira racional e sistemática ( c > s, variabilidade maior no concreto); aborda estruturas de comportamento não-linear sem se deixar falsear; a crítica mais séria é que, em se tratando de método híbrido, não é possível determinar-se um coeficiente global de segurança e nem conhecer a probabilidade de ruína; a única perda havida realmente foi a perda da ilusão de que a segurança estrutural era conhecida e medida Décio Leal de Zagottis

18 Métodos dos Estados Limites (semi-probabilístico) ESTADOS LIMITES: quando uma estrutura deixa de preencher uma qualquer das finalidades de sua construção, dizse que ela atingiu um estado limite

19 Métodos dos Estados Limites (semi-probabilístico) ESTADO LIMITE ÚLTIMO ELU esgotamento da capacidade portante, associados ao colapso provocando a paralização do uso: ruptura de seções críticas da estrutura, colapso da estrutura, perda da estabilidade do equilíbrio, deterioração por fadiga;

20 Métodos dos Estados Limites (semi-probabilístico) ESTADO LIMITE DE SERVIÇO ELS associados à durabilidade, aparência, conforto do usuário e bom desempenho funcional deformações excessivas para utilização normal da estrutura, fissuração prematura ou excessiva, danos indesejáveis (corrosão), deslocamentos excessivos sem perda da estabilidade, vibrações excessivas.

21 Método Semi-Probabilístico Ações características F k,sup = F k valor característico superior, 5% de probabilidade de ser ultrapassado. densidade de probabilidade valor da carga (F) distribuição normal cálculo F d = f. F k 5% reduzindo a probabilidade de ser ultrapassado. F k,sup

22 Método Semi-Probabilístico Combinações Usuais das Ações Em edifícios: para verificações de estados limites últimos (fg = fq = 1,4); (e = 1,2) Fd = 1,4 Fgk + 1,4 Fqk + 1,2 Fek (desfavorável) Fd = 0,9 Fgk + 1,4 Fqk + 1,2 Fek (favorável) para verificações de estados limites de utilização (fg = 1 e fq = 0,7); (e = 1) Fd = Fgk + 0,7 Fqk + Fek

23 Método Semi-Probabilístico Simultaneidade das Ações Cargas variáveis: naturezas distintas e probabilidades de ocorrências simultâneas Quando existirem ações variáveis de naturezas diferentes com pouca probabilidade de ocorrência simultânea, com Fqk1 Fqk2 Fqk3..., adotam-se as seguintes ações de cálculo (combinação de ações): para verificações de estados limites últimos Fd = 1,4 Fgk + 1,4 [Fqk1 + 0,8 (Fqk2 + Fqk3 +...)] + 1,2 Fek para verificações de estados limites de serviço em edifícios Fd = Fgk + 0,7 [Fqk1 + 0,8 (Fqk2 + Fqk3 +...)] + Fek

24 Método Semi-Probabilístico Resistências características fk,inf = fk valor característico inferior, 5% de probabilidade de ser ultrapassado densidade de probabilidade distribuição normal cálculo fd = fk / m reduzindo a probabilidade de ser inferior 5% f k,inf

25 Método Semi-Probabilístico Coeficientes de Ponderação das Resistências m = m1 x m2 x m3 m1 : considera a variabilidade da resistência dos materiais envolvidos m2 : considera a diferença entre a resistência do material no corpo de prova e na estrutura m3 : considera os desvios gerados na construção e as aproximações feitas em projeto do ponto de vista das resistências

26 Método Semi-Probabilístico Coeficientes de Ponderação das Resistências ELU Combinações Concreto ( c ) Aço ( s ) ELS m = 1,0 Normais 1,4 1,15 Especiais ou de construção 1,2 1,15 Excepcionais 1,2 1,0

27 Método Semi-Probabilístico Coeficientes de Ponderação

28 Método Semi-Probabilístico Coeficientes de Ponderação das Resistências Usuais em Edifícios: estados limites últimos (ELU) Concreto: c = 1,4 fcd = fck / 1,4 Aço: s = 1,15 fyd = fyk / 1,15 estados limites de serviço (ELS) Concreto: c = 1 Aço: s = 1

29 Durabilidade do Concreto Estrutural o concreto quando bem executado, é um material estável; e quando exposto as intempéries, sua resistência mecânica cresce lentamente com o tempo; o aço é um material sujeito à corrosão eletroquímica, essa corrosão ou ferrugem reduz a seção resistente do aço, limitando a sua durabilidade; as barras de aço (armadura) são protegidas contra a corrosão pelo fato de o concreto ser um meio alcalino, e essa proteção é mantida mesmo com o concreto fissurado moderadamente; por isso, as estruturas de concreto armado têm uma grande durabilidade quando expostas ao meio ambiente

30 Durabilidade do Concreto Estrutural (Diretrizes do Projeto de Revisão da NBR6118/2000) Exigências de Durabilidade As estruturas de concreto devem ser projetadas e construídas de modo que sob as condições ambientais previstas na época do projeto e quando utilizadas conforme preconizado em projeto conservem suas segurança, estabilidade e aptidão em serviço durante um período mínimo de 50 anos, sem exigir medidas extras de manutenção e reparo.

31 Durabilidade do Concreto Estrutural (Diretrizes do Projeto de Revisão da NBR6118/2000) Vida Útil (50 anos) por vida útil de projeto, entende-se o período de tempo durante o qual se mantêm as características das estruturas de concreto sem exigir medidas extras de manutenção e reparo, isto é, é após esse período que começa a efetiva deterioração da estrutura, com o aparecimento de sinais visíveis como: produtos de corrosão da armadura, desagregação do concreto, fissuras, etc. o conceito de vida útil aplica-se à estrutura como um todo ou às suas partes.

32 Durabilidade do Concreto Estrutural (Diretrizes do Projeto de Revisão da NBR6118/2000) Mecanismos de Envelhecimento e Deterioração Mecanismos preponderantes de deterioração relativos ao concreto; lixiviação, expansões, reações deletérias superficiais de agregados Mecanismos preponderantes de deterioração relativos à armadura; despassivação por carbonatação e por elevado teor de cloretos Mecanismos de deterioração da estrutura propriamente dita São todos aqueles relacionados às ações mecânicas, movimentações de origem térmica, impactos, ações cíclicas, deformação lenta (fluência), relaxação, etc.

33 Durabilidade do Concreto Estrutural (Diretrizes do Projeto de Revisão da NBR6118/2000) Agressividade do Ambiente (ações físicas e químicas que atuam sobre as estruturas) Classe de agressividade Agressividade Risco de deterioração da estrutura I fraca insignificante II média pequeno III forte grande IV muito forte elevado

34 Durabilidade do Concreto Estrutural (Critérios de Projeto) Para evitar envelhecimento prematuro e satisfazer as exigências de durabilidade devem ser observados os seguintes critérios do conjunto de projetos relativos à obra: prever drenagem eficiente; evitar formas arquitetônicas e estruturais inadequadas; garantir concreto de qualidade apropriada, particularmente nas regiões superficiais dos elementos estruturais; garantir cobrimentos de concreto apropriados para proteção às armaduras; detalhar adequadamente as armaduras; controlar a fissuração das peças; prever espessuras de sacrifício ou revestimento protetores em regiões sob condições de exposição ambiental muito agressivas; definir um plano de inspeção e manutenção preventiva.

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