Durabilidade e Análise Estrutural. Parâmetros Decisivos na Durabilidade. Classes de Agressividade Ambiental

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1 NBR 6118 Durabilidade e P R O M O Ç Ã O Conteúdo Parâmetros Decisivos na Durabilidade Cobrimentos Nominais Classes de Agressividade Ambiental Diretrizes para Durabilidade Depoimento Eng o José Zamarion Ferreira Diniz Objetivo da Tipos de Análise Modelagem Seções e Vãos Teóricos Redistribuição de Momentos Estabilidade Global Depoimento Eng o Ricardo L. S. França Exemplo

2 Durabilidade Parâmetros Decisivos na Durabilidade Durabilidade Presença de Umidade Carbonatação (e subsequente, com o tempo, despassivação da armadura) Contaminação por Íons Cloro (e despassivação da armadura quandosua concentração fica crítica) Corrosão (com a armadura despassivada, a presença de oxigênio e umidade inicia o processo de corrosão) Difusão de Co 2 Difusão de Cl - Difusão de O 2 Armadura Processo só possível se o concreto for permeável Concreto Cobrimento

3 Durabilidade Espessura da Camada de Cobrimento do Concreto Tempo de Proteção Ativa Fator Água - Cimento Lançamento e Adensamento do Concreto Cura Permeabilidade Consumo de Cimento Trababilidade Durabilidade Cobrimentos Nominais Adequados Cobrimento do Concreto C Nom. Valor nominal C Nom. = C Min. + C C C Nom. C Min. Controle de Qualidade Cobrimento Mínimo (Depende do meio ambiente) C = 0,5 cm Com Controle e Cura Adequados C = 1,0 a 2,0 cm Sem Controle e Cura Adequados

4 Durabilidade Classes de Agressividade Ambiental Classe de agressividade ambiental I Agressividade fraca Agressividade Risco de deterioração da estrutura insignificante II III moderada forte pequeno grande IV muito forte elevado Durabilidade Valores de Cobrimento Nominal Cnom = Cmin + 10 mm Classe de Agressividade Ambiental Lajes em concreto armado Vigas e Pilares em concreto armado I Fraca II Moderada III Forte IV Muito Forte 45 50

5 Durabilidade Macro-clima Rural Urbana Marinha Industrial Especial 5) respingos de maré submersa 3m Solo Ambientes internos Seco (1) UR 65% I I II II II Úmido ou ciclos de molhagem e secagem (2) I II III III III ou IV Micro-clima Ambientes externos e obras em geral Seco (3) UR 65% I I II III Não agressivo I Úmido ou ciclos de molhagem e secagem (4) II II III III III ou IV IV I úmido e agressivo II, III ou IV Durabilidade 1) Salas, dormitórios, banheiros, cozinhas e áreas de serviço de aptos. residenciais e conjuntos comerciais ou ambientes com concreto revestido com argamassa e pintura. 2) Vestiários, banheiros, cozinhas, lavanderias industriais e garagens. 3) Obras em regiões secas, como o nordeste do país, partes protegidas de chuva em ambientes predominantemente secos. 4) Ambientes quimicamente agressivos, tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em indústrias de celulose e papel, armazéns de fertilizantes, indústrias químicas. 5) Macro clima especial significa ambiente com agressividade bem conhecida, que permitirá definir a classe de agressividade III ou IV nos ambientes úmidos. Se o ambiente for seco, a classe de agressividade será sempre II, nos ambientes internos e III nos externos.

6 Durabilidade Durabilidade Valores de a/c e fck - Concreto Armado Classe de Agressividade Ambiental Relação água/aglomerante em massa Classe de concreto I Fraca 0,65 C20 II Moderada 0,60 C25 III Forte 0,55 C30 IV Muito Forte 0,45 C40

7 Durabilidade Correspondência entre Classe de Agressividade e Qualidade do Concreto Concreto relação água/cimento em massa classe de concreto Tipo CA CP CA CP Classe de Agressividade I II III 0,65 0,60 C20 C25 0,60 0,55 C25 C30 0,55 0,50 C30 C35 0,45 0,45 C40 C40 NOTAS 1 CA Componentes e elementos estruturais de concreto armado 2 CP Componentes e elementos estruturais de concreto protendido IV Durabilidade Correspondência entre Classe de Agressividade Ambiental e Cobrimento Nominal Cnom (mm) Concreto armado Concreto protendido 1) Componente ou elemento Laje 2) Viga / pilar Todos Classe de agressividade ambiental cnom 1) Cobrimento nominal da armadura passiva que envolve a bainha ou os fios, cabos e cordoalhas, sempre superior ao especificado para o elemento de concreto armado, devido aos riscos de corrosão fragilizante sob tensão. 2) Para a face superior de lajes e vigas que serão revestidas com argamassa de contrapiso, com revestimentos finais secos tipo carpete e madeira, com argamassa de revestimento e acabamento tais como pisos de elevado desempenho, pisos cerâmicos, pisos asfálticos, e outros tantos, as exigências desta Tabela podem ser substituídas pelo item respeitado um cobrimento nominal 15 mm. I II III IV

8 Durabilidade Diretrizes para Durabilidade 6 Diretrizes para durabilidade das estruturas de concreto 6.1 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 o período correspondente à sua vida útil. 6.2 Vida útil Por vida útil de projeto, entende-se o período de tempo durante o qual se mantêm as características das estruturas de concreto desde que atendidos os requisitos de uso e manutenção prescritos pelo projetista e pelo construtor, conforme 7.8 e 25.4, bem como de execução dos reparos necessários decorrentes de danos acidentais O conceito de vida útil aplica-se à estrutura como um todo ou às suas partes. Dessa forma, determinadas partes das estruturas podem merecer consideração especial com valor de vida útil diferente do todo A durabilidade das estruturas de concreto requer cooperação e esforços coordenados de todos os envolvidos nos processos de projeto, construção e utilização, devendo, como mínimo, ser seguido o que estabelece a NBR 12655, sendo também obedecidas as disposições de 25.4 com relação às condições de uso, inspeção e manutenção. Durabilidade Depoimento Garantia da Durabilidade Aumento dos Cobrimentos Mínimos A durabilidade e a Interface do Projeto Estrutural com o Processo Construtivo Eng o José Zamarion Ferreira Diniz

9 Objetivo O objetivo da análise estrutural é determinar os efeitos das ações em uma estrutura, com a finalidade de efetuar verificações de estados limites últimos e de serviço. A análise estrutural permite estabelecer as distribuições de esforços internos, tensões, deformações e deslocamentos, em uma parte ou em toda a estrutura. Tipos de Análise Análise Linear Análise Linear com Redistribuição Análise Plástica Análise Não-Linear Análise através de Modelos Físicos Análise Linear Admite-se comportamento elástico-linear para os materiais Na análise global as características geométricas podem ser determinadas pela seção bruta de concreto dos elementos estruturais. Em análises locais para cálculo dos deslocamentos, na eventualidade da fissuração, esta deve ser considerada Os valores para o módulo de elasticidade e o coeficiente de Poisson devem ser adotados de acordo com o apresentado em e 8.2.9, devendo, em princípio, ser considerado o módulo de elasticidade secante E cs Os resultados de uma análise linear são usualmente empregados para a verificação de estados limites de serviço É possível estender os resultados para verificações de estado limite último, mesmo com tensões elevadas, desde que se garanta a dutilidade dos elementos estruturais

10 Análise Linear com Redistribuição Na análise linear com redistribuição, os efeitos das ações, determinados em uma análise linear, são redistribuídos na estrutura, para as combinações de carregamento do ELU Nesse caso as condições de equilíbrio e de dutilidade devem ser obrigatoriamente satisfeitas Todos os esforços internos devem ser recalculados de modo a garantir o equilíbrio de cada um dos elementos estruturais e da estrutura como um todo. Os efeitos de redistribuição devem ser considerados em todos os aspectos do projeto estrutural, inclusive as condições de ancoragem e corte de armaduras e os esforços a ancorar Cuidados especiais devem ser tomados com relação a carregamentos de grande variabilidade As verificações de combinações de carregamento de ELS ou de fadiga podem ser baseadas na análise linear sem redistribuição. De uma maneira geral é desejável que não haja redistribuição de esforços em serviço Análise Plástica A análise estrutural é denominada plástica quando as não linearidades puderem ser consideradas, admitindo-se materiais de comportamento rígidoplástico perfeito ou elasto-plástico perfeito A análise plástica de estruturas reticuladas não pode ser adotada quando: a) se consideram os efeitos de segunda ordem global b) não houver suficiente dutilidade para que as configurações adotadas sejam atingidas No caso de carregamento cíclico com possibilidade de fadiga, deve-se evitar o cálculo plástico, observando-se as prescrições contidas na seção 23

11 Análise Não-Linear Na análise não-linear, considera-se o comportamento não-linear dos materiais Toda a geometria da estrutura, bem como todas as suas armaduras, precisam ser conhecidas para que a análise não-linear possa ser efetuada, pois a resposta da estrutura depende de como ela foi armada Condições de equilíbrio, de compatibilidade e de dutilidade devem ser necessariamente satisfeitas Análises não-lineares podem ser adotadas tanto para verificações de estados limites últimos como para verificações de estados limites de serviço Análise através de Modelos Físicos Na análise através de modelos físicos, o comportamento estrutural é determinado a partir de ensaios realizados com modelos físicos de concreto, considerando os critérios de semelhança mecânica A metodologia empregada nos experimentos deve assegurar a possibilidade de obter a correta interpretação dos resultados Neste caso, a interpretação dos resultados deve ser justificada por modelo teórico do equilíbrio nas seções críticas e análise estatística dos resultados Se for possível uma avaliação adequada da variabilidade dos resultados, pode-se adotar as margens de segurança prescritas nesta Norma, conforme as seções 11 e 12 Caso contrário, quando só for possível avaliar o valor médio dos resultados, deve ser ampliada a margem de segurança referida nesta Norma, cobrindo a favor da segurança as variabilidades avaliadas por outros meios Obrigatoriamente devem ser obtidos resultados para todos os estados limites últimos e de serviço a serem empregados na análise da estrutura Todas as ações, condições e possíveis influências que possam ocorrer durante a vida da estrutura devem ser convenientemente reproduzidas nos ensaios. Esse tipo de análise é apropriado quando os modelos de cálculo são insuficientes ou estão fora do escopo desta Norma.

12 Modelagem Elementos Isolados Pavimentos Estrutura Global Elementos Isolados São considerados elementos isolados os seguintes: a) os elementos estruturais isostáticos b) os elementos contraventados c) os elementos das estruturas de contraventamento de nós fixos d) os elementos das subestruturas de contraventamento de nós moveis desde que, aos esforços nas extremidades, obtidos numa análise de 1 a ordem, sejam acrescentados os determinados por análise global de 2 a ordem Elementos Isolados l X charneira l y engaste 1 2A 2B 3 L1 4A 4B 5A 5B 6 my = 5,34 kn.m mx = 5,34 kn.m m'x12 = 13,59 kn.m m'x13 = 13,59 kn.m L2 mx = 7,40 kn.m x y y my = 5,36 kn.m m'x24 = 17,93 kn.m 2 pl x m = α p m = l x β p m l = β x 2 p l x m = α y x y 2 x 2 x L3 my = 5,36 kn.m mx = 7,40 kn.m m'x34 = 17,93 kn.m my = 7,98 kn.m L4 mx =7,98 kn.m

13 Pavimentos Etapas de Modelagem a) lançamento dos pontos, linhas e superfícies, geradores do esquema estrutural b) definição das condições de contorno c) aplicação do carregamento d) definição das características do concreto utilizado e) fornecimento das dimensões das seções transversais f) definição dos offsets (eles serão comentados posteriormente) g) definição da densidade da malha de elementos finitos h) seleção e aplicação dos elementos de viga 3D e placa Pavimentos

14 Pavimentos Pavimentos

15 Estrutura Global Etapas de Modelagem a) definição das características mecânicas dos materiais empregados b) fornecimentos dos valores dos carregamentos atuantes, inclusive vento c) Em modelador estrutural, criar os elementos estruturais (lajes, vigas e pilares), compondo a estrutura Estrutura Global

16 Estrutura Global Comparação Modelagem por elementos isolados conduz a resultados mais conservadores Validade dos três métodos de modelagem Avaliar relação custoxbenefício para modelagem baseada em elementos finitos

17 Seções e Vãos Teóricos Caracterização geométrica Trechos Rígidos Os trechos de elementos lineares pertencentes a região comum ao cruzamento de dois ou mais elementos podem ser considerados como rígidos Seções e Vãos Teóricos Caracterização geométrica Largura Colaborante de Vigas T» A largura colaborante b f deve ser dada pela largura da viga b w acrescida de no máximo 10% da distância a entre pontos de momento fletor nulo, para cada lado da viga em que houver laje colaborante» A distância a pode ser estimada, em função do comprimento l do tramo considerado, como se apresenta a seguir: -viga simplesmente apoiada: a = 1,00 l -tramo com momento em uma só extremidade: a = 0,75 l -tramo com momentos nas duas extremidades: a = 0,60 l -tramo em balanço: a = 2,00 l

18 Seções e Vãos Teóricos Caracterização geométrica Largura Colaborante de Vigas T Seções e Vãos Teóricos Caracterização geométrica Largura Efetiva com Abertura Quando a laje apresentar aberturas ou interrupções na região da mesa colaborante, a variação da largura efetiva (b ef ) da mesa deve respeitar o máximo b f e limitações impostas pelas aberturas

19 Seções e Vãos Teóricos Caracterização geométrica Mísulas e Variações Bruscas de Seções Na ocorrência de mísula ou variação brusca de seção transversal, só deve ser considerada como parte efetiva da seção aquela indicada na figura abaixo Altura e largura efetivas de uma seção transversal Seções e Vãos Teóricos Caracterização geométrica Vãos Efetivos de Vigas O vão efetivo pode ser calculado por: l ef = l 0+ a1+ a 2 com a 1 igual ao menor valor entre (t 1 /2 e 0,3h) e a 2 igual ao menor valor entre (t 2 /2 e 0,3h), conforme indicado abaixo a) Apoio de vão extremo b) Apoio de vão intermediário

20 Arredondamento do Diagrama de Momentos Fletores O diagrama de momentos fletores pode ser arredondado sobre os apoios e pontos de aplicação de forças consideradas como concentradas e nós de pórticos Limites para Redistribuição de Momentos e Condições de Dutilidade A posição da linha neutra no ELU deve obedecer aos seguintes limites: a) x/d 0,50 para concretos com f ck 35 MPa ou b) x/d 0,40 para concretos com f ck > 35 Mpa Quando for efetuada uma redistribuição,a relação entre o coeficiente de redistribuição δ e a posição da linha neutra nessa seção x/d, deve ser dada por: a) δ 0,44 + 1,25 x/d para concretos com f ck 35 MPa ou b) δ 0,56 + 1,25 x/d para concretos com f ck > 35 MPa

21 Limites para Redistribuição de Momentos e Condições de Dutilidade M k equalização O coeficiente de redistribuição deve, ainda, obedecer aos seguintes limites: a) δ 0,90 para estruturas de nós móveis b) δ 0,75 em qualquer outro caso Análise Plástica A capacidade rotação plástica é função da profundidade relativa x/d da linha neutra na seção para o momento fletor considerado na rótula Capacidade de rotação de rótulas plásticas Curvas tracejadas: Curva 1: para x/d 0, θ pl = 2 d/x Curva 2: para x/d 0, θ pl = 3,5 d/x

22 Estabilidade Global Efeitos de 2 a Ordem São aqueles que se somam aos obtidos numa análise de primeira ordem deve ser levado em conta o comportamento não-linear dos materiais podem ser desprezados sempre que não representem acréscimo superior a 10% nas reações e nas solicitações relevantes da estrutura Princípios Básicos de Cálculo construção da relação momento-curvatura para cada seção pode ser considerada também a formulação de segurança em que se calculam os efeitos de 2 a ordem das cargas majoradas de γ f /γ f3, que posteriormente são majorados de γ f3, com γ f3 = 1,1 Estabilidade Global Princípios Básicos de Cálculo S d,tot = 1,10 Sd (F) onde: F γ γ n = f F + f F F gk + q1k Ψ oj qjk 1,10 1,10 2 Relação momento-curvatura

23 Estabilidade Global Princípios Básicos de Cálculo Define-se como rigidez secante adimensional κ o valor dado por: κ= (EI) SEC /(A c.h 2.fcd) onde: h é a altura da seção considerada Dispensa da Consideração dos Esforços os Globais de 2 a Ordem Parâmetro de Instabilidade Uma estrutura é nós fixos se seu parâmetro de instabilidade α for menor que o valor α 1 α = Htot Nk/( EcsIc ) onde: α 1 = 0,2+ 0,1n se: n 3 α 1 = 0,6 se: n 4 Estabilidade Global Dispensa da Consideração dos Esforços os Globais de 2 a Ordem Parâmetro de Instabilidade onde: n - número de níveis de barras horizontais (andares) acima da fundação ou de um nível pouco deslocável do subsolo H tot - altura total da estrutura, medida a partir do topo da fundação ou de um nível pouco deslocável do subsolo N k - somatória de todas as cargas verticais atuantes na estrutura (a partir do nível considerado para o cálculo de H tot ), com seu valor característico E cs I c - representa a somatória dos valores de rigidez de todos os pilares na direção considerada.

24 Estabilidade Global Dispensa da Consideração dos Esforços os Globais de 2 a Ordem Coeficiente γ z Avaliação da importância dos esforços de segunda ordem global 1 γz = Mtot,d 1 M1,tot,d onde: M 1,tot,d é o momento de tombamento, a soma dos momentos de todas as forças horizontais em relação à base da estrutura M tot,d é a soma dos produtos de todas as forças verticais pelos deslocamentos horizontais de seus respectivos pontos de aplicação, obtidos da análise de 1 a ordem estrutura de nós fixos: γ z 1,1 Depoimento Possibilidades de Consideração da Ação do Vento O Concreto Estrutural nas Normas Estrangeiras Eng o Ricardo L. S. França

25 Exemplo Para o pórtico representado a seguir, pede-se que seja calculado o coeficiente γ z. W1 P2 2 P2 2 F2 a2 (2) (2) 5 m W2 P1 2 (1) (1) 7 m P1 2 5 m F1 a1 Dados: W 1 = W 1d = 10 tf W 2 = W 2d = 5 tf P 1 = P 1d = 100 tf P 2 = P 2d = 50 tf a 2 = 0,00295.F 1 + 0,00628.F 2 a 1 = 0,00202.F 1 + 0,00214.F 2 M tot,base = 10.F F 1 Exemplo Andar y (m) Fx (tf) Desloc. Horiz. (m) Carga do Andar (tf) M 1,d (tf.m) Md (tf.m) , , , ,2 M 1,tot,d (tf.m) Mtot,d (tf.m) = 125 = 7,1 1 γz = Mtot,d 1 M1,tot,d 1 γ z = = 1,06 7,

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