Segurança e estados limites

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1 Segurança e estados limites Introdução Em um projeto estrutural, deve-se garantir segurança, bom desempenho e durabilidade. É preciso evitar o colapso da estrutura, a ocorrência de vibrações e deslocamentos excessivos, de danos locais, ou outros danos que limite o uso da estrutura. Para isso, é importante conhecer os critérios que proporcionem segurança e conforto ao longo do uso da estrutura. Você sabia que há vários tipos de segurança em estruturas civis, e que não se deve apenas garantir que ela fique em pé? Esses critérios de segurança são divididos em dois grandes grupos: os estados limites últimos e os estados limites de serviço. Ambos estados limites afetam a utilização da construção, seja por ocupação de pessoas ou armazenamento de equipamentos ou objetos. Ao final desta aula, você será capaz de: conhecer e identificar os critérios de segurança e estados limites, apresentando as fórmulas e conceitos descritos na norma vigente. Critérios de segurança Segundo a NBR 8681(2003), deve-se verificar a segurança de uma estrutura em relação a todos os possíveis estados de comportamento que são admitidos como limites, através de condições analíticas construtivas. Condições analíticas são aquelas que avaliam a segurança pela comparação entre os valores de parâmetros oriundos da análise estrutural com os valores de parâmetros que limitam um determinado comportamento, podendo ser físicos (limite de ruptura do material, elasticidade etc.) ou normativos. As condições construtivas estabelecidas em norma devem ser atendidas para garantir condições de segurança em relação aos estados limites pelo atendimento das exigências de práticas de construção, utilização de materiais adequados ou tempo de cura de concreto ou argamassa. A não observância destes fatores causam problemas, muitas vezes graves, como o apresentado na figura

2 Figura 1 - Material inadequado para execução de tirante metálico que sofreu corrosão Fonte: DreamWP / Shutterstock As normas NBR 8681 (2003) e 8800 (2008) determinam os critérios de segurança aplicáveis às estruturas e às peças estruturais construídas com quaisquer dos materiais usualmente empregados na construção civil, inclusive o aço. Esses critérios utilizam o Método dos estados limites e são definidos conforme a seguir. Estados limites Segundo Pfeil (2014), estados limites ocorrem sempre que a estrutura deixa de satisfazer um de seus objetivos e podem ser divididos em estados limites últimos (ELU) e estados limites de serviços (ELS). EXEMPLO Os estados limites das estruturas, na prática, referem-se ao máximo de resposta que uma estrutura pode dar no que diz respeito a carregamentos. Um estado último se refere ao fim de capacidade estrutural por ruptura ou perda de equilíbrio global, além de instabilidade por deformação ou deterioração por fadiga. Já um estado de serviço decorre do comportamento da estrutura quando colocada em serviço, tendo-se restrições às suas respostas, como vibrações ou deformações excessivas. A norma exige que, para qualquer combinação de ações, nenhum dos estados limites seja excedido. Caso um ou mais estados limites forem excedidos, a estrutura perde a funcionalidade

3 Estados limites últimos (ELU) Os estados limites últimos estão associados à ocorrência de cargas excessivas e consequente colapso da estrutura. Segundo a NBR 8800 (2008), os estados limites últimos estão relacionados com a segurança da estrutura sujeita às combinações mais desfavoráveis de ações previstas em toda a vida útil, durante a construção ou quando atuar uma ação especial ou excepcional. Figura 2 - Estrutura metálica colapsada: atingiu o estado limite último Fonte: CoolimagesCo / Shutterstock Simplificadamente, a segurança é verificada da seguinte forma: Onde Sd representa os valores de cálculo dos esforços atuantes (em alguns casos específicos, das tensões atuantes), obtidos com base nas combinações últimas de ações, ou seja, Sd = S(Sgfi.Fi). Sendo que cada combinação de ações Fi é majorada pelo coeficiente ponderação das ações gfi. Por sua vez, R representa os valores de cálculo dos correspondentes esforços resistentes (em alguns casos d específicos, das tensões resistentes), ou seja, Rd = fk/gm. Sendo fk a resistência característica do material e gm o coeficiente de ponderação das resistências. Segundo PFEIL (2014), os coeficientes de ponderação das ações e das resistências refletem as variabilidades dos valores característicos dos diversos carregamentos e das propriedades mecânicas do material e outros fatores, como discrepâncias entre o modelo estrutural e o sistema real. A segurança das estruturas fica garantida sempre que a diferença (R - S), denominada margem de segurança, for positiva

4 Os coeficientes de ponderação (gf e gm), segundo PFEIL (2014), são calculados através de métodos de análise de -4-6 confiabilidade, de modo que a probabilidade de colapso varie entre 10 e 10 por ano de utilização, dependendo do tipo de colapso e suas consequências. Entretanto, esses valores de probabilidade não refletem a realidade das estatísticas, pois não consideram a existência dos erros humanos, que são os maiores causadores dos danos e colapsos nas estruturas. Para evitar ou diminuir os erros humanos, deve-se promover constante atualização e treinamento dos projetistas, exigir documentos claros e completos, ter mecanismos de controle nas etapas de projeto e execução e fazer verificações dos projetos, evitando situações como a da figura 3, onde os elementos tubulares que seriam ligados não foram corretamente locados. Figura 3 - Elementos metálicos com imprecisão de posicionamento Fonte: Vishnevskiy 1284 / Shutterstock Os valores das ações a serem utilizados no cálculo podem ser obtidos por critério estatístico ou critério determinístico. Em geral, as normas fixam os valores a adotar no projeto das estruturas pelas dificuldades em se aplicar um tratamento estatístico para algumas ações. As normas brasileiras que tratam das cargas sobre as estruturas são a NBR 6120 (Cargas para o cálculo de estruturas de edificações), NBR 6123 (Forças devidas ao vento em edificações) e NBR Carga móvel em ponte rodoviária e passarela de pedestres. Estados limites de serviço (ELS) Os estados limites de serviço estão relacionados com o desempenho da estrutura sob condições normais de utilização. A ocorrência de um estado limite de serviço prejudica a confiabilidade da estrutura perante o seu usuário. Segundo a NBR 8800 (2008), essa condição afeta a aparência da estrutura, a durabilidade, a funcionalidade e o conforto dos usuários, além de poder danificar equipamentos e objetos presentes na estrutura

5 FIQUE ATENTO Deve-se evitar a sensação de insegurança dos usuários de uma obra pela presença de deslocamentos ou vibrações excessivas ou, ainda, por danos a componentes não estruturais, como alvenarias e esquadrias. As condições usuais referentes aos estados limites de serviço são expressas pela desigualdade: Onde Sser é o conjunto de valores dos efeitos estruturais do serviço obtidos a partir das combinações de serviço das ações e Slim é o conjunto de valores-limites admissíveis. Os valores máximos para os deslocamentos verticais (flechas) e horizontais são dados na figura 4. Figura 4 - Deslocamentos máximos para atender o estado limite de serviço Fonte: NBR 8800 (2008), p Os valores de L são os comprimentos das vigas e H são as alturas dos pilares e/ou topos de vigas em relação à base

6 SAIBA MAIS Para mais informações sobre os valores dos deslocamentos máximos e vibrações em pisos, requeridos para situações usuais nas construções, consultar os anexos C e L da NBR 8800 (2008). A variação de temperatura pode prejudicar a utilização da estrutura, devido às variações dimensionais de seus elementos. Devem ser tomadas medidas para que essas variações não danifiquem outros elementos, estruturais ou não. FIQUE ATENTO Deve-se evitar empoçamento de água em coberturas e pisos, em decorrência dos deslocamentos da estrutura, pois essas situações geram, além de incômodo para os ocupantes, manifestações patológicas de várias naturezas, como corrosão de armaduras ou lixiviação do concreto. A norma determina que, para verificar a possibilidade de empoçamento de água, deve-se considerar imperfeições construtivas, recalques de fundação e a deformação da estrutura e dos materiais de fechamento, incluindo os efeitos de contraflecha. Fechamento Agora que você já conhece os critérios de segurança e os métodos dos estados limites, poderá aprofundar seus estudos em ações e suas combinações para iniciar o dimensionamento de estruturas de aço. Nesta aula, você teve a oportunidade de: conhecer e identificar os critérios de segurança e os métodos dos estados limites aplicados a estruturas. Referências ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8800: projetos de estrutura de aço e de estrutura mista de aço e concreto de edifícios. Rio de janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8681: ações e segurança nas estruturas procedimento. Rio de janeiro,

7 PFEIL, W.; PFEIL, M. Estruturas de aço: dimensionamento prático. 8. ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos,