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ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/1 Sumario DEFINIÇÕES ..................................................................................................................................... 4 Estados limites de uma estrutura ..................................................................................................... 4 Estados limites últimos ................................................................................................................. 4 Estados limites de utilização ......................................................................................................... 4 Ações ............................................................................................................................................... 4 Ações permanentes ...................................................................................................................... 4 Ações variáveis ............................................................................................................................. 4 Ações excepcionais ....................................................................................................................... 4 Estados Limites ................................................................................................................................ 4 Estados limites últimos ..................................................................................................................... 4 Estados limites de utilização ............................................................................................................. 5 Caracterização do estados limites de utilização ............................................................................ 5 Combinações de ações ................................................................................................................. 5 Ações............................................................................................................................................... 5 Classificação ..................................................................................................................................... 5 Ações permanentes ...................................................................................................................... 5 Ações variáveis ............................................................................................................................. 6 Ações excepcionais ....................................................................................................................... 6 Valores representativos das ações ................................................................................................... 6 Valores representativos para estados limites últimos ................................................................... 6 Valores representativos para estados limites de utilização ........................................................... 8 Valores de cálculo das ações ............................................................................................................ 8 Coeficientes de ponderação para os estados limites últimos ........................................................ 8 Coeficientes de ponderação para os estados limites de utilização ................................................ 9 Ações - Tipos de carregamento e critérios de combinação .............................................................. 9 ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/2 Tipos de carregamento .................................................................................................................... 9 Carregamento normal .................................................................................................................. 9 Carregamento especial ................................................................................................................. 9 Carregamento de construção ....................................................................................................... 9 Carregamento excepcional ......................................................................................................... 10 Critério de combinação das ações .................................................................................................. 10 Critérios para combinação última ............................................................................................... 10 Condições de segurança ................................................................................................................ 11 Condições usuais relativas aos estados limites últimos ................................................................... 11 Condições usuais relativas aos estados limites de utilização ........................................................... 11 Combinações últimas das ações ..................................................................................................... 12 Definições .................................................................................................................................. 12 Combinações últimas normais .................................................................................................... 13 Combinações últimas especiais ou de construção ...................................................................... 17 Combinações últimas excepcionais............................................................................................. 18 Alteração dos coeficientes de ponderação ................................................................................. 19 Coeficientes de ajustamento ...................................................................................................... 20 Combinações de utilização das ações ............................................................................................. 20 Definições .................................................................................................................................. 20 Combinações quase-permanentes de utilização ......................................................................... 20 Combinações freqüentes de utilização ....................................................................................... 21 Combinações raras de utilização ................................................................................................ 21 Valores de ψ1 e ψ2 ...................................................................................................................... 22 Condições de segurança relativas à perda de equilíbrio como corpo rígido .................................... 24 Estados limites de perda de equilíbrio das fundações..................................................................... 25 Resistências ................................................................................................................................... 26 Resistência dos materiais ............................................................................................................... 26 Valores representativos ................................................................................................................. 26 ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/3 Resistência média ....................................................................................................................... 26 Resistência característica ........................................................................................................... 26 Resistência característica inferior ............................................................................................... 26 Escolha do valor representativo ................................................................................................. 26 Valores de cálculo .......................................................................................................................... 27 Resistência de cálculo ................................................................................................................. 27 Tensões últimas resistentes ........................................................................................................ 27 Coeficientes de ajustamento ...................................................................................................... 27 Verificação da Segurança ............................................................................................................... 28 Verificação das condições analíticas ............................................................................................... 28 Verificação das condições construtivas .......................................................................................... 28 ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/4 DEFINIÇÕES Estados limites de uma estrutura Estados a partir dos quais a estrutura apresenta desempenho inadequado às finalidade da construção. Estados limites últimos Estados que pela sua simples ocorrência determinam a paralisação, no todo ou em parte, do uso da construção. Estados limites de utilização Estados que pela sua ocorrência, repetição ou duração causam efeitos estruturais que não respeitem as condições para o uso normal da construção, ou que são indícios de comprometimento da durabilidade da estrutura. Ações Ações são as causas que provocam esforços ou deformações nas estruturas. Do ponto de vista prático, as forças e as deformações impostas pelas ações são consideradas como se fossem as próprias ações. As deformações impostas são por vezes designadas por ações indiretas e as forças por ações diretas. Ações permanentes Ações permanentes são as que ocorrem com valores constantes ou de pequena variação em torno de sua média, durante praticamente toda a vida da construção. A variabilidade das ações permanentes é medida num conjunto de construções análogas. Ações variáveis Ações variáveis são as que ocorrem com valores que apresentam variações significativas em torno de sua média, durante a vida da construção. Cargas acidentais são ações variáveis que atuam nas construções em função de seu uso (pessoas, mobiliário, veículos, materiais diversos, etc.). Ações excepcionais Ações excepcionais são as que tem duração extremamente curta e muito baixa probabilidade de ocorrência durante a vida da construção, mas que devem ser consideradas nos projetos de determinadas estruturas. Estados Limites Estados limites últimos Os estados limites últimos são caracterizados por: a. perda de equilíbrio, global ou parcial, admitida a estrutura como corpo rígido; b. ruptura ou deformação plástica excessiva dos materiais; c. transformação da estrutura, no todo ou em parte, em sistema hipostático; d. instabilidade por deformação; e ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/5 e. instabilidade dinâmica. Estados limites de utilização Caracterização do estados limites de utilização Os estados limites de utilização são caracterizados por: a. danos ligeiros ou localizados, que comprometam o aspecto estético da construção ou a durabilidade da estrutura; b. deformações excessivas, que afetem a utilização normal da construção ou seu aspecto estético; e c. vibrações de amplitude excessiva. Combinações de ações Combinações quase-permanentes Combinações que podem atuar durante grande parte do período de vida da estrutura, da ordem da metade deste período. Combinações freqüentes Combinações que se repetem muitas vezes durante o período de vida da estrutura, da ordem de 105 vezes em 50 anos, ou que tenham duração total igual a uma parte não desprezível desse período, da ordem de 5%. Combinações raras Combinações que podem atuar no máximo algumas horas durante o período de vida da estrutura. Ações Classificação Ações permanentes Ações permanentes diretas Consideram-se ações permanentes diretas os pesos próprios dos elementos da construção, incluindo o peso próprio da estrutura e de todos os elementos construtivos permanentes, os pesos dos equipamentos fixos e os empuxos devidos ao peso próprio de terras não removíveis e de outras ações permanentes sobre elas aplicadas. Em casos particulares, os empuxos hidrostáticos também podem ser considerados como permanentes. Ações permanentes indiretas Consideram-se como ações permanentes indiretas a protensão, os recalques de apoio e a retração dos materiais. Ações variáveis Consideram-se como ações variáveis as cargas acidentais das construções, bem como efeitos, tais como forças de frenação, de impacto e centrífugas, os efeitos do vento, das variações da temperatura, do atrito ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/6 nos aparelhos de apoio e, em geral, as pressões hidrostáticas e hidrodinâmicas. Em função de sua probabilidade de ocorrência durante a vida da construção, as ações variáveis são classificadas em normais ou especiais. Ações variáveis normais Ações variáveis com probabilidade de ocorrência suficientemente grande para que sejam obrigatoriamente consideradas no projeto das estruturas de um dado tipo de construção. Ações variáveis especiais Nas estruturas em que devam ser consideradas certas ações especiais como ações sísmicas ou cargas acidentais de natureza ou de intensidade especiais, elas também devem ser admitidas como ações variáveis. As combinações de ações em que comparecem ações especiais devem ser especificamente definidas para as situações especiais consideradas. Ações excepcionais Consideram-se como excepcional as ações decorrentes de causas tais como explosões, choques de veículos, incêndios, enchentes ou sismos excepcionais. Os incêndios, ao invés de serem tratados como causa de ações excepcionais, também podem ser levados em conta por meio de uma redução da resistência dos materiais constitutivos da estrutura. Valores representativos das ações As ações são quantificadas por seus valores representativos, que podem ser valores característicos, valores característicos nominais, valores reduzidos de combinação, valores convencionais excepcionais, valores reduzidos de utilização e valores raros de utilização. Valores representativos para estados limites últimos Valores característicos Os valores característicos Fk das ações são definidos em função da variabilidade de suas intensidades. Consideram-se um período convencional de referência de 50 anos. Os valores característicos das ações variáveis, estabelecidos por consenso e indicados em normas específicas, correspondem a valores que têm de 25% a 35% de probabilidade de serem ultrapassados no sentido desfavorável, durante um período de 50 anos. Os valores característicos das ações permanentes correspondem à variabilidade existente num conjunto de estruturas análogas. ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/7 Para as ações permanentes que produzam efeitos desfavoráveis na estrutura, o valor característico corresponde ao quantil de 95% da respectiva distribuição de probabilidade (valor característico superior). Para as ações permanentes que produzam efeitos favoráveis na estrutura, o valor característico corresponde ao quantil de 5% da respectiva distribuição de probabilidade (valor característico inferior). Valores característicos nominais Para as ações que não tenham sua variabilidade adequadamente expressa por distribuição de probabilidade, os valores característicos Fk são substituídos por valores nominais convenientemente escolhidos. Para ações que tenham baixa variabilidade, diferido muito pouco entre si os valores característicos superior e inferior, adotam-se como característicos os valores médios das respectivas distribuições. Valores reduzidos de combinação Os valores reduzidos de combinação são determinados a partir dos valores característicos pela expressão ψψψψ0 Fk e são empregados nas condições de segurança relativas a estados limites últimos, quando existem ações variáveis de diferentes natureza. Os valores ψψψψ0 Fk levam em conta que é muito baixa a probabilidade de ocorrência simultânea dos valores característicos de duas ou mais ações variáveis de natureza diferentes. Ao invés de serem adotados diferentes valores de ψψψψ0 em função das ações que vão atuar simultaneamente, por simplicidade, admite-se um único valor ψψψψ0 para cada ação a ser considerada no projeto. Nos casos particulares em que sejam consideradas ações que atuem simultaneamente com ações de período da atuação extremamente curto, adotam-se para ψψψψ0 os mesmos valores especificados para os coeficientes ψψψψ2. Valores convencionais excepcionais Valores convencionais excepcionais são valores arbitrados para as ações excepcionais. Estes valores devem ser estabelecidos por consenso entre o proprietário da construção e as autoridades governamentais que nela tenham interesse. Valores representativos para estados limites de utilização Valores reduzidos de utilização Os valores reduzidos de utilização, para a verificação da segurança em relação a estados limites de utilização, são ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/8 determinados a partir dos valores característicos pelas expressões: ψψψψ1 Fk para ações que se repetem muitas vezes, e ψψψψ2 Fk para ações de longa duração. Os valores reduzidos das ações variáveis: ψψψψ1 Fk são designados por valores freqüentes; e ψψψψ2 Fk são designados por valores quase-permanentes. Valores raros de utilização, Os valores raros de utilização quantificam as ações que podem acarretar estados limites de utilização, mesmo que atuem com duração muito curta. Valores de cálculo das ações Os valores de cálculo Fd das ações são obtidos a partir dos valores representativos, multiplicando-se pelos respectivos coeficientes de ponderação γγγγf. Coeficientes de ponderação para os estados limites últimos Quando se consideram estados limites últimos, os coeficientes γγγγf de ponderação das ações podem ser considerados como o produto de dois outros γγγγf1 e γγγγf3 (o coeficiente de combinação ψψψψ0 faz o papel do terceiro coeficiente, que seria indicado por γγγγf2). O coeficiente parcial γγγγf1 leva em conta a variabilidade das ações e o coeficiente γγγγf3 considera os possíveis erros de avaliação dos efeitos das ações, seja por problemas construtivos, seja por deficiência do método de cálculo empregado. O desdobramento do coeficiente de segurança γf em coeficientes parciais permite que os valores gerais especificados para γf possam ser discriminados em função de peculiaridades dos diferentes tipos de estruturas e de materiais de construção considerados. Tendo em vista as diversas ações levadas em conta no projeto, o índice do coeficiente γf pode ser alterado para identificar a ação considerada, resultando os símbolos: γγγγg para ações permanentes; γγγγq para ações diretas variáveis; γγγγp para protensão; e γγγγεεεε para deformações impostas (ações indiretas). Coeficientes de ponderação para os estados limites de utilização Quando se consideram estados limites de utilização, os coeficientes de ponderação das ações são tomados com valor γγγγf = 1,0, salvo exigência em contrário, expressa em norma especial. ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/9 Ações - Tipos de carregamento e critérios de combinação Um tipo de carregamento é especificado pelo conjunto das ações que têm probabilidade não desprezível de atuarem simultaneamente sobre uma estrutura, durante um período de tempo preestabelecido. Em cada tipo de carregamento as ações devem ser combinadas de diferentes maneiras, a fim de que possam ser determinados os efeitos mais desfavoráveis para a estrutura. Devem ser estabelecidas tantas combinações de ações quantas sejam necessárias para que a segurança seja verificada em relação a todos os possíveis estados limites da estrutura. Tipos de carregamento Os tipos de carregamento podem ser de longa duração ou transitórios, conforme seu tempo de duração. Carregamento normal O carregamento normal decorre do uso previsto para a construção e sempre deve ser considerado na verificação da segurança, tanto em relação ao estados limites últimos quanto em relação a estados limites de utilização. Carregamento especial Um carregamento especial decorre da atuação de ações variáveis de natureza ou intensidade especiais, cujos efeitos superam em intensidade os efeitos produzidos pelas ações consideradas no carregamento normal. Os carregamentos especiais são transitórios, com duração muito pequena em relação ao período de referência da estrutura. Os carregamentos especiais são em geral considerados apenas na verificação da segurança em relação aos estados limites últimos, não se observando as exigências referentes aos estados limites de utilização. A cada carregamento especial, corresponde uma única combinação última especial de ações. Em casos particulares, pode ser necessário considerar o carregamento especial na verificação da segurança em relação aos estados limites de utilização. Carregamento de construção O carregamento de construção é considerado apenas nas estruturas em que haja risco de ocorrência de estados limites, já durante a fase de construção. O carregamento de construção é transitório e sua duração deve ser definida em cada caso particular. Devem ser consideradas tantas combinações de ações quantas sejam necessárias para a verificação das condições de segurança em relação a todos os estados limites que são de temer durante a fase de construção. Carregamento excepcional Um carregamento excepcional decorre da atuação de ações excepcionais que podem provocar efeitos catastróficos. Os carregamentos excepcionais somente devem ser considerados no projeto de estruturas de determinados tipos de construção, para os quais a ocorrência de ações excepcionais não possa ser desprezada e que, além disso, na concepção estrutural, não possam ser tomadas mediadas que anulem ou atenuem a ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/10 gravidade das conseqüências dos efeitos dessa ações. O carregamento excepcional e transitório, com duração muito curta. Com um carregamento de tipo excepcional considera-se apenas a verificação da segurança em relação a estados limites últimos, através de uma única combinação última excepcional de ações. Critério de combinação das ações Para a verificação da segurança em relação aos possíveis estados limites, para tipo de carregamento devem ser consideradas todas as combinações de ações que possam acarretar os efeitos mais desfavoráveis nas seções criticas da estrutura. As ações permanentes são consideradas em sua totalidade. Das ações variáveis, são consideradas apenas as parcelas que produzam efeitos desfavoráveis para a segurança. Ações variáveis móveis devem ser consideradas em suas posições mais desfavoráveis para a segurança. Critérios para combinação última Ações permanentes As ações permanentes devem figurar em todas as combinações de ações. Ações variáveis nas combinações últimas normais Em cada combinação última, uma das ações variáveis é considerada como principal, admitindo-se que ela atue com seu valor característico Fk; as demais ações variáveis são consideradas como secundárias, admitindo-se que elas atuem com seus valores reduzidos de combinação ψψψψ0 Fk. Ações variáveis nas combinações últimas especiais Nas combinações últimas especiais, quando existirem, a ação variável especial deve ser considerada com seu valor representativo e as demais ações variáveis devem ser consideradas com valores correspondentes a uma probabilidade não desprezível de atuação simultânea com a ação especial. Ações variáveis nas combinações últimas excepcionais Nas combinações últimas excepcionais, quando existirem, a ação excepcional deve ser considerada com seu valor representativo e as demais ações variáveis devem ser consideradas com valores correspondentes a uma grande probabilidade de atuação simultânea com a ação variável excepcional. Condições de segurança Condições usuais relativas aos estados limites últimos Quando a segurança é verificada isoladamente em relação a cada um dos esforços atuantes (momento fletor, força normal, momento torçor e força cortante), as condições de segurança tomam a forma simplificada: ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/11 Rd ≥≥≥≥ Sd onde Rd corresponde aos valores de cálculo dos esforços resistentes e Sd corresponde aos valores de cálculo dos esforços atuantes. Para a determinação de Sd, em geral, é considerado apenas o carregamento normal, salvo indicação em contrário, expressa em norma relativa ao tipo de construção e de material empregado, ou por exigência do proprietário da obra ou das autoridades governamentais nela interessadas. Se o cálculo do esforço atuante for feito em regime elástico linear (elástico ou pseudo-elástico), o coeficiente γf poderá ser aplicado tanto à ação característica quanto diretamente ao esforço característico: Sd = S(γf Fk) γf aplicado diretamente sobre a ação característica Fk ou Sd = γγγγf Sk γf aplicado diretamente sobre a solicitação característica Sk, sendo Sk = S(Fk) Se o cálculo do esforço atuante for feito por processo não linear, o coeficiente γf será aplicado à ação característica: Sd = S(γf Fk) Diz-se que há não linearidade geométrica quando o comportamento estrutural deixa de ser linear em virtude da alteração da geometria do sistema. Quando for considerada a não linearidade geométrica, o coeficiente γf pode ser desdobrado em seus coeficientes parciais, aplicando-se o coeficiente γf3 à solicitação calculada com a ação característica multiplicada por γf1 ψ0: Sd = γγγγf3 S(γγγγf1 ψψψψ0 Fk) Condições usuais relativas aos estados limites de utilização As condições usuais de verificação da segurança relativas aos estados limites de utilização são expressas por desigualdades do tipo: Sd ≥≥≥≥ Slim onde Sd corresponde aos valores de cálculo dos efeitos estruturais de interesse calculados com γf = 1,0, e Slim corresponde aos valores adotados para esses efeitos (Slim representa valores de flechas limites, aberturas máximas de fissuras em peças concreto, etc.) Combinações últimas das ações Definições Coeficientes de ponderação para ações permanentes Os coeficientes de ponderação γγγγg das ações permanentes majoram os valores representativos das ações permanentes que provocam efeitos desfavoráveis e minoram os valores representativos daquelas que provocam efeitos favoráveis para a segurança da estrutura. ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/12 Para uma dada ação permanente, todas as suas parcelas são ponderadas pelo mesmo coeficiente γγγγg, não se admitindo que algumas de suas partes possam ser majoradas e outras minoradas. Para os materiais sólidos que possam provocar empuxos, a componente vertical é considerada como uma ação e a horizontal como outra ação, independente da primeira. Coeficientes de ponderação para ações variáveis Os coeficientes de ponderação γγγγq das ações variáveis majoram os valores representativos das ações variáveis que provocam efeitos desfavoráveis para a segurança da estrutura. As ações variáveis que provocam efeitos favoráveis não são consideradas na combinação de ações, admitindo-se que sobre a estrutura atuem apenas parcelas de ações variáveis que produzam efeitos desfavoráveis. As ações variáveis que tenham parcelas favoráveis e desfavoráveis, que fisicamente não possam atuar separadamente, devem ser consideradas conjuntamente como uma ação única. Coeficientes de ponderação para ações excepcionais Os coeficientes de ponderação γγγγf relativo à ação excepcional que figura nas combinações últimas excepcionais, salvo indicação em contrário, expressa em norma relativa ao tipo de construção e de material considerados, deve ser tomado com o valor básico, ou seja γγγγf = 1,0. Fatores de combinação Os valores do fator de combinação ψψψψ0 para as combinações últimas são aplicáveis para as ações usualmente consideradas nas estruturas da Engenharia Civil, salvo indicação em contrário, expressa em norma relativa ao tipo de construção e de material considerado. Ações permanentes de grande variabilidade As ações permanentes de grande variabilidade correspondem àquelas em que o peso próprio da estrutura não supera em 75% a totalidade dos pesos permanentes (peso próprio da estrutura, peso dos elementos construtivos permanentes não estruturais e peso dos equipamentos fixos, todos considerados globalmente). Ações permanentes de pequena variabilidade As ações permanentes de pequena variabilidade correspondem àquelas em que o peso próprio da estrutura supera em 75% a totalidade dos pesos permanentes (peso próprio da estrutura, peso dos elementos construtivos permanentes não estruturais e peso dos equipamentos fixos, todos considerados globalmente). ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/13 Combinações últimas normais ∑ ∑ = = Ψ+γ+γ= m 1i n 2j k,Qjj0k,1Qqk,Gigid FFFF Fd valor de cálculo resultante da combinação das ações γgi coeficiente de ponderação para ações permanentes FGi,k valor característico das ações permanentes γq coeficiente de ponderação para ações variáveis FQ1,k valor característico da ação variável considerada como principal ψ0j fator de combinação FQj,k valor característico das ações variáveis Em casos especiais devem ser consideradas duas combinações: a. primeiro, admite-se que as ações permanentes sejam desfavoráveis a segurança; b. depois, admite-se que as ações permanentes sejam favoráveis a segurança. Na tabela seguinte são apresentados os valores correspondentes aos coeficientes de ponderação γγγγg, γγγγεεεε e γγγγq. ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/14 ações/efeitos efeitos desfavoráv eis efeitos favoráveis ações permanentes de grande variabilidade γg = 1,4 γg = 0,9 ações permanentes de pequena variabilidade γg = 1,3 γg = 1,0 efeitos de recalques de apoio e retração dos materiais (ação permanente indireta) γε = 1,2 γε = 1,0 ações variáveis em geral, incluída as cargas acidentais móveis γq = 1,4 efeitos de temperatura (ação variável) γε = 1,2 Nas tabela seguinte são apresentados os valores do fator de combinação ψ0. ações em geral variações uniforme de temperatura em relação á média anual local ψ0 = 0,6 pressão dinâmica do vento nas estruturas em geral ψ0 = 0,4 pressão dinâmica do vento nas estruturas em que a ação variável principal tem pequena variabilidade durante grandes intervalos de tempo (exemplo: edifícios de habitação) ψ0 = 0,6 ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/15 cargas acidentais dos edifícios locais em que não há predominância de pesos de equipamentos que permanecem fixos por longos períodos de tempo, nem de elevadas concentrações de pessoas ψ0 = 0,4 locais em que há predominância de pesos de equipamentos que permanecem fixos por longos períodos de tempo, ou de elevadas concentrações de pessoas ψ0 = 0,7 bibliotecas, arquivos, oficinas, e garagens ψ0 = 0,8 cargas móveis e seus efeitos dinâmicos pontes de pedestres ψ0 = 0,4 pontes rodoviárias ψ0 = 0,7 pontes ferroviárias (ferrovias não especializadas) ψ0 = 0,8 É importante observar que a equação das combinações últimas normais não faz referência ao coeficiente de ponderação γε, embora na tabela "ações/efeitos" ele apareça como igual a 1,2, tanto para os efeitos de recalque de apoio e retração (ação permanente indireta), quanto para os efeitos de temperatura (ação variável). No caso da ação permanente indireta (recalques e retração) o índice "ε" pode ser entendido como parte do índice "g" das ações permanentes. Neste caso a expressão das combinações últimas normais assumiria a expressão: ∑∑ ∑ = εε = = γ+ Ψ+γ+γ= p 1u k,uGu m 1i n 2j k,Qjj0k,1Qqk,Gigid FFFFF Fd valor de cálculo resultante da combinação das ações γgi coeficiente de ponderação para ações permanentes FGi,k valor característico das ações permanentes γq coeficiente de ponderação para ações variáveis ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/16 FQ1,k valor característico da ação variável considerada como principal ψ0j fator de combinação FQj,k valor característico das ações variáveis γεu coeficiente de ponderação para ações permanentes indiretas FGεu,k valor característico das ações permanentes indiretas No que se refere aos efeitos de temperatura, há duas possibilidades de interpretação da Norma: a. incorporar estes efeitos junto às ações variáveis, como parte de efeitos combinados (neste caso vale ψ0 = 0,6 da tabela "ações em geral", sendo ignorado o valor γε = 1,2 da tabela "ações/efeitos"); ou b. incorporar estes efeitos junto às ações permanentes indiretas, considerando recalques de apoio, retração de materiais e variação de temperatura como ações indiretas, independentemente de serem permanentes ou variáveis (neste caso vale γε = 1,2 da tabela "ações/efeitos", sendo ignorado o valor ψ0 = 0,6 da tabela "ações em geral"). Conforme visto em 3.2.1.c, "ao invés de serem adotados diferentes valores de ψ0 em função das ações que vão atuar simultaneamente, por simplicidade, admite-se um único valor ψψψψ0 para cada ação a ser considerada no projeto". Esta simplificação foi adotada pela NBR-6118, item 5.4.2.1 Estado limite último: "Será considerado o mais desfavorável dos seguintes valores de cálculo da solicitação: Sd = 1,4Sgk + 1,4Sqk + 1,2Sεk Sd = 0,9Sgk + 1,4Sqk + 1,2Sεk No caso de estruturas de edifícios, pode ser considerada apenas a primeira destas expressões. Quando existirem ações acidentais de diferentes origens, com pouca probabilidade de ocorrência simultânea, que causem solicitações Sqk1 ≥ Sqk2 ≥ Sqk3 ....., poderá Sqk nas expressões anteriores ser substituída por: Sqk1 + 0,8(Sqk2 + Sqk3 + .....)" Desta forma a solicitação de cálculo da NBR-6118, resultaria: Sd = 1,4Sgk + 1,4[Sqk1 +0,8(Sqk2 + Sqk3 + .....)] + 1,2Sεk Sd = 0,9Sgk + 1,4[Sqk1 +0,8(Sqk2 + Sqk3 + .....)] + 1,2Sεk ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/17 O valor 0,8 da expressão acima corresponde ao maior valor possível para o fator de combinação ψ0 mostrado na tabela "cargas acidentais dos edifícios". Pelo exposto, uma estrutura de edifício de habitação sujeita a cargas permanentes (peso próprio da estrutura + paredes) e cargas variáveis (cargas acidentais da NBR-6120 + vento da NBR-6123) teria sua solicitação de cálculo dada por: a. NBR-6118, equação geral Sd = 1,4Sgk + 1,4(Sqk,acid + Sqk,vento) b. NBR-6118, considerando Sqk,acid > Sqk,vento Sd = 1,4Sgk + 1,4(Sqk,acid + 0,8Sqk,vento) c. NBR-8681, considerando ψ0 = 0,6 Sd = 1,4Sgk + 1,4(Sqk,acid + 0,6Sqk,vento) Combinações últimas especiais ou de construção ∑ ∑ = = Ψ+γ+γ= m 1i n 2j k,Qjef,j0k,1Qqk,Gigid FFFF Fd valor de cálculo resultante da combinação das ações γgi coeficiente de ponderação para ações permanentes FGi,k valor característico das ações permanentes γq coeficiente de ponderação para ações variáveis FQ1,k valor característico da ação variável considerada como principal para a situação transitória considerada ψ0j,ef fator de combinação efetivo de cada uma das variáveis que podem agir concomitantemente coma a ação principal FQ1, durante a situação transitória FQj,k valor característico das ações variáveis Em casos especiais devem se consideradas duas combinações: a. primeiro, admite-se que as ações permanentes sejam desfavoráveis a segurança; b. depois, admite-se que as ações permanentes sejam favoráveis a segurança. Na tabela seguinte são apresentados os valores correspondentes aos coeficientes de ponderação γγγγg, γγγγεεεε e γγγγq. ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/18 ações/efeitos efeitos desfavor. efeitos favoráveis ações permanentes de grande variabilidade γg = 1,3 γg = 0,9 ações permanentes de pequena variabilidade γg = 1,2 γg = 1,0 efeitos de recalques de apoio e retração dos materiais (ação permanente indireta) γε = 1,2 γε = 1,0 ações variáveis em geral, incluída as cargas acidentais móveis γq = 1,2 efeitos de temperatura (ação variável) γε = 1,0 O fator ψ0j,ef é igual ao fator ψ0j adotado nas combinações normais (item 5.3.2) salvo quando a ação principal FQ1 tiver um tempo de atuação muito pequeno, caso em que ψ0j,ef pode ser tomado com o correspondente ψ2j (item 5.4.5). Combinações últimas excepcionais ∑ ∑ = = Ψγ++γ= m 1i n 1j k,Qjef,j0qexc,Qk,Gigid FFFF Fd valor de cálculo resultante da combinação das ações γgi coeficiente de ponderação para ações permanentes FGi,k valor característico das ações permanentes FQ,exc valor característico da ação transitória excepcional γq coeficiente de ponderação para ações variáveis ψ0j,ef fator de combinação efetivo de cada uma das variáveis que podem agir concomitantemente coma a ação transitória excepcional FQ,exc FQj,k valor característico das ações variáveis ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/19 Em casos especiais devem se consideradas duas combinações: a. primeiro, admite-se que as ações permanentes sejam desfavoráveis a segurança; b. depois, admite-se que as ações permanentes sejam favoráveis a segurança. Na tabela seguinte são apresentados os valores correspondentes aos coeficientes de ponderação γγγγg, γγγγεεεε e γγγγq. ações/efeitos efeitos desfavor. efeitos favoráveis ações permanentes de grande variabilidade γg = 1,2 γg = 0,9 ações permanentes de pequena variabilidade γg = 1,1 γg = 1,0 efeitos de recalques de apoio e retração dos materiais (ação permanente indireta) γε = 0,0 γε = 0,0 ações variáveis em geral, incluída as cargas acidentais móveis γq = 1,0 efeitos de temperatura (ação variável) γε = 0,0 O fator ψ0j,ef é igual ao fator ψ0j adotado nas combinações normais (item 5.3.2) salvo quando a ação transitória excepcional FQ,exc tiver um tempo de atuação muito pequeno, caso em que ψ0j,ef pode ser tomado com o correspondente ψ2j (item 5.4.5). Alteração dos coeficientes de ponderação Comportamento com não linearidade geométrica Para efeitos desfavoráveis, os valores do coeficiente de ponderação γγγγf para as combinações normais e para as combinações especiais ou de construção podem ser desdobrados no produto dos coeficientes γγγγf1 e γγγγf3. Neste caso, deve manter-se γf3 ≥ 1,1. ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/20 Ações com distribuição truncada Nos casos em que a ação atuante tenha distribuição de probabilidade truncada, em virtude de arranjos físicos que efetivamente impeçam o aumento significativo da intensidade da ação atuante acima do valor representativo adotado, permite-se tomar o valor γf = γf1 γf3, com γf3 ≥ 1,1 e γf1 coerente com a variabilidade efetiva da ação considerada. Coeficientes de ajustamento Em casos especiais, considerados em normas correspondentes a determinados tipos de construção, podem ser alterados os coeficientes de ponderação das ações de valor γf ≥ 1,0 multiplicando os valores usuais por coeficientes de ajustamento γγγγn dados por γn = γn1 γn2 γn1 ≤ 1,2 em função da ductilidade de uma eventual ruína γn2 ≤ 1,2 em função da gravidade das conseqüências de uma eventual ruína Combinações de utilização das ações Nas combinações de utilização são considerados todas as ações permanentes, inclusive as deformações impostas permanentes, e as ações variáveis correspondentes a cada um dos tipos de combinações. Definições Fatores de utilização para combinações de grande freqüência Os valores do fator de utilização ψψψψ1 para as combinações freqüentes são aplicáveis para as ações usualmente consideradas nas estruturas da Engenharia Civil, salvo indicação em contrário, expressa em norma relativa ao tipo de construção e de material considerado. Fatores de utilização para combinações quase-permanentes Os valores do fator de utilização ψψψψ2 para as combinações quase-permanentes são aplicáveis para as ações usualmente consideradas nas estruturas da Engenharia Civil, salvo indicação em contrário, expressa em norma relativa ao tipo de construção e de material considerado. Combinações quase-permanentes de utilização Nas combinações quase-permanentes de utilização, todas as ações variáveis são consideradas com seus valores quase-permanentes ψ2 FQk: ∑ ∑ = = Ψ+= m 1i n 1j k,Qjj2k,Giuti,d FFF Fd,uti valor de cálculo resultante da combinação das ações ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/21 FGi,k valor característico das ações permanentes ψ2j fator de combinação quase-permanente FQj,k valor característico das ações variáveis Combinações freqüentes de utilização Nas combinações freqüentes de utilização, a ação variável principal FQ1 é tomada com seu valor freqüente ψ1 FQ1,k e todas as demais ações variáveis são tomadas com seus valores quase-permanentes ψ2 FQk: ∑ ∑ = = Ψ+Ψ+= m 1i n 2j k,Qjj2k,1Q1k,Giuti,d FFFF Fd,uti valor de cálculo resultante da combinação das ações FGi,k valor característico das ações permanentes ψ1 fator de combinação freqüente da ação principal FQ1,k valor característico da ação variável principal ψ2j fator de combinação quase-permanente FQj,k valor característico das ações variáveis Combinações raras de utilização Nas combinações raras de utilização, a ação variável principal FQ1 é tomada com seu valor característico FQ1,k e todas as demais ações variáveis são tomadas com seus valores freqüentes ψ1 FQk: ∑ ∑ = = Ψ++= m 1i n 2j k,Qjj1k,1Qk,Giuti,d FFFF Fd,uti valor de cálculo resultante da combinação das ações FGi,k valor característico das ações permanentes ψ1 fator de combinação freqüente da ação principal FQ1,k valor característico da ação variável principal ψ2j fator de combinação quase-permanente FQj,k valor característico das ações variáveis ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/22 Valores de ψψψψ1 e ψψψψ2 ações em geral ψ1 ψ2 variações uniforme de temperatura em relação á média anual local 0, 5 0, 3 pressão dinâmica do vento nas estruturas em geral 0, 2 0, 0 pressão dinâmica do vento nas estruturas em que a ação variável principal tem pequena variabilidade durante grandes intervalos de tempo (exemplo: edifícios de habitação) 0, 2 0, 0 cargas acidentais dos edifícios ψ1 ψ2 locais em que não há predominância de pesos de equipamentos que permanecem fixos por longos períodos de tempo, nem de elevadas concentrações de pessoas 0, 3 0, 2 locais em que há predominância de pesos de equipamentos que permanecem fixos por longos períodos de tempo, ou de elevadas concentrações de pessoas 0, 6 0, 4 bibliotecas, arquivos, oficinas, e garagens 0, 7 0, 6 ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/23 cargas móveis e seus efeitos dinâmicos ψ1 ψ2 pontes de pedestres 0, 3 0, 2(a ) pontes rodoviárias 0, 4 0, 2(a ) pontes ferroviárias (ferrovias não especializadas) 0, 6 0, 4(a ) (A) Admite-se ψ2 = 0,0 quando a ação variável principal corresponde a um efeito sísmico A NBR-6118, item 5.4.2.2 não faz referência as combinações quase-permanentes, freqüentes ou raras de utilização apregoadas pela NBR-8681. Diz a NBR-6118: "Em geral, deverá ser considerada a solicitação de cálculo: Sd = Sgk + χSqk + Sεk Existindo ações acidentais de diferentes origens com pouca probabilidade de ocorrência simultânea, poderá a solicitação de cálculo ser considerada com a seguinte expressão: Sd = Sgk + χ[Sqk1 + 0,8(Sqk2 + Sqk3 + .....)] + Sεk O valor do coeficiente χ será 0,7 para as estruturas de edifícios e 0,5 para as demais. Em gera, não é necessário considerar a ação do vento nos estados limites de utilização (χ = 0,0)." O valor χ = 0,7 da NBR-6116 corresponde a ψ1 = 0,7 das combinações freqüentes (máximo valor) para cargas acidentais de edifícios da NBR-8681. Convém lembrar, ainda, que a NBR-6118, no que se refere a estados limites de utilização (item 4.2) faz referência a estado de formação de fissuras, estado de fissuração inaceitável, estado de deformação excessiva, ações de curta duração, ações de longa duração, flechas quando atuarem todas as ações, deslocamento causado por cargas acidentais, etc.. As definições, para estados limites de utilização, da NBR-6118 não se enquadram de modo claro nas definições da NBR-8681. A publicação "Estado Limite de Utilização, Escola de Engenharia de São Carlos, Ana Maria S. Brandão e Libânio M. Pinheiro" define as seguintes situações: a. Estado de formação de fissuras ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/24 Considerar a combinação rara de utilização, na qual a ação variável é tomada com seu valor característico: Fd,rara = Fg,k + Fq,k Fd,rara valor raro das ações de serviço Fg,k valor característico das ações permanentes Fq,k valor característico das ações variáveis b. Estado de fissuração inaceitável Considerar a combinação freqüente de utilização, na qual a ação variável é tomada com seu valor freqüente: Fd,freq = Fg,k + ψ1Fq,k Fd,freq valor freqüente das ações de serviço Fg,k valor característico das ações permanentes ψ1 fator de utilização para combinações freqüentes Fq,k valor característico das ações variáveis O fator ψ1 para valores para valores freqüentes das ações vale 0,3 para edifícios em geral. c. Estado de deformação excessiva Considerar a combinação quase-permanente de utilização, na qual a ação variável é tomada com seu valor quase-permanente: Fd,qp = Fg,k + ψ2Fq,k Fd,qp valor quase-permanente das ações de serviço Fg,k valor característico das ações permanentes ψ2 fator de utilização para combinações quase-permanentes Fq,k valor característico das ações variáveis O fator ψ2 para valores para valores quase-permanente das ações vale 0,2 para edifícios em geral. Condições de segurança relativas à perda de equilíbrio como corpo rígido Os estados limites últimos de perda de equilíbrio, considera a estrutura como um corpo rígido, não dependem da resistência dos materiais empregados e correspondem ao início da movimentação de estrutura como um corpo rígido. ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/25 As condições de segurança relativas aos estados limites últimos de perda de equilíbrio são expressas por desigualdades do tipo: Ssd ≥ Snd ou S(Fsd) ≥ S(Fnd) Ssd valor de cálculo dos esforços estabilizantes Snd valor de cálculo dos esforços não estabilizantes Fsd valor de cálculo das ações estabilizantes Fnd valor de cálculo das ações não estabilizantes Os valores de Fnd e Fsd são determinados pelas mesmas regras de combinações de ações indicadas em 5.3 (combinações últimas das ações). Os coeficientes de ponderação γ (γg, γq e γε) a empregar devem ser convenientemente justificados. As condições de segurança podem ser expressas simbolicamente por: S(γgs Gsk) ≥ S(γgn Gnk + γq Qnk) γgs coeficiente de ponderação correspondente à ação permanente estabilizante Gsk ação permanente estabilizante γgn coeficiente de ponderação correspondente à ação permanente não estabilizante Gnk ação permanente não estabilizante γq coeficiente de ponderação correspondente à ação variável não estabilizante Qnk ação variável não estabilizante As ações permanentes estabilizantes Gs, as ações permanentes não estabilizantes Gn e as ações variáveis não estabilizantes Qn devem ser determinadas, para cada tipo de carregamento, de acordo com as regras definidas em 5.3 (combinações últimas das ações). Como regra geral devem ser tomadas somente as ações variáveis não estabilizantes. Estados limites de perda de equilíbrio das fundações Os estados limites últimos de perda de equilíbrio das fundações são em geral idealizações simplificadas de estados limites últimos de natureza mais complexa. Estes estados limites são decorrentes de modos de ruptura com superfícies de fratura pré-determinadas e podem ser assimilados a estados limites de perda de equilíbrio, pela consideração do esforço resistente Rd como um esforço estabilizante. As condições de segurança têm, nestes casos, a forma simbólica seguinte: ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/26 S(Fsd) + S(Rd) ≥ S(Fnd) Fsd valor de cálculo das ações estabilizantes Rd valor de cálculo do esforço resistente Fnd valor de cálculo das ações não estabilizantes Resistências Resistência dos materiais A resistência é a aptidão da matéria de suportar tensões. Do ponto de vista prático, a medida dessa aptidão é considerada com a própria resistência. A resistência é determinada convencionalmente pela máxima tensão que pode ser aplicada a corpo-de-prova do material considerado, até o aparecimento de fenômenos particulares de comportamento além dos quais há restrições de emprego do material em elementos estruturais. De modo geral estes fenômenos são de ruptura ou deformação específica excessiva. Para cada material particular, as normas correspondentes devem especificar quais os fenômenos que permitem determinar as resistências. Valores representativos Resistência média A resistência média fm é dada pela média aritmética das resistências dos elementos que compõem o lote considerado de material. Resistência característica Os valores característicos fk das resistências são os que, num lote de material, têm uma determinada probabilidade de serem ultrapassados, no sentido desfavorável para a segurança. Usualmente é de interesse a resistência característica inferior fk,inf, cujo valor é menor que a resistência média fm, embora por vezes haja interesse na resistência característica superior fk,sup, cujo valor é maior que fm. Resistência característica inferior A resistência característica inferior fk,inf é admitida como sendo o valor que tem apenas 5% de probabilidade de não ser atingido pelos elementos de um dado lote de material. Escolha do valor representativo Salvo exigência expressa em norma referente a determinado material ou tipo de construção, o valor representativo deve ser tomado como o da resistência característica inferior, sempre que a segurança dependa das porções menos resistentes do material da estrutura. O valor representativo pode ser tomado como o da resistência média, quando a segurança é condicionada pela soma das resistências de muitas porções do material da estrutura, sem que cada uma delas individualmente tenha influência determinante. ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/27 Valores de cálculo Resistência de cálculo A resistência de cálculo fd é dada por: m k d ff γ = fd resistência de cálculo fk resistência característica γm coeficiente de ponderação das resistências O coeficiente de ponderação das resistências é dado por: γm = γm1 γm2 γm3 γm1 leva em conta a variabilidade da resistência efetiva, transformando a resistência característica num valor extremo de menor probabilidade de ocorrência γm2 considera as diferenças entre a resistência efetiva do material da estrutura e a resistência medida convencionalmente em corpos-de-prova padronizados γm3 considera as incertezas existentes na determinação das solicitações resistentes, seja em decorrência dos métodos construtivos seja em virtude do método do cálculo empregado Tensões últimas resistentes As tensões últimas resistentes σσσσu ou ττττu são estabelecidas para a determinação das solicitações resistentes que não dependam diretamente das resistências medidas convencionalmente em ensaios de corpos-de-prova padronizados dos materiais empregados. Os valores de σu ou τu são estabelecidos, em cada caso particular, a partir das teorias de resistência dos elementos estruturais considerados. Coeficientes de ajustamento Em casos especiais, considerados em normas correspondentes a determinados tipos de construção, podem ser alterados os coeficientes de ponderação das resistências multiplicando os valores usuais por coeficientes de ajustamento γγγγn dados por γn = γn1 γn2 γn1 ≤ 1,2 em função da ductilidade de uma eventual ruína γn2 ≤ 1,2 em função da gravidade das conseqüências de uma eventual ruína ENG025 UFBA Introdução aos sistemas estruturais – Notas de aulas 2011B NBR 8681/84 AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS Texto de referência, C/28 Verificação da Segurança A segurança das estruturas deve ser verificada em relação a todos os possíveis estados que são admitidos como limites para a estrutura considerada. A segurança contra os estados limites é verificada tanto pelo respeito às condições analíticas quanto pela obediência às condições construtivas. Verificação das condições analíticas Verifica-se a segurança por meio da comparação dos valores que certos parâmetros tomam na análise estrutural, quando na estrutura atuam as ações a que ela está sujeita, quantificadas e combinadas de acordo com as regras estabelecidas por esta Norma, com os valores que estes mesmos parâmetros tomam quando ser manifestam os estados limites considerados. As variáveis empregadas como parâmetros para estabelecimento das condições de segurança são de três natureza: a. ações; b. esforços internos (solicitações, esforços solicitantes, tensões); e c. efeitos estruturais (deformações, deslocamentos, abertura de fissuras). Verificação das condições construtivas Verificam-se as condições de segurança em relação aos possíveis estados limites pelo atendimento das exigências construtivas incluídas nas diversas normas referentes às estruturas feitas com os materiais de construção considerados.