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Engenharia Civil ·
Concreto Armado 2
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Concreto II Módulo B Fundamentos do Concreto Armado Glossário de termos comuns utilizados em Concreto II fck Resistência característica à compressão do concreto geralmente expressa em MPa Mega Pascal fyk Resistência característica à tração do aço geralmente expressa em MPa γc Coeficiente de segurança parcial para o concreto γs Coeficiente de segurança parcial para o aço Rd Resistência de projeto Sd Solicitação de projeto ELU Estado Limite Último relacionado à segurança estrutural e prevenção de colapso ELS Estado Limite de Serviço relacionado ao desempenho e conforto em condições normais de uso Ec Módulo de elasticidade do concreto Es Módulo de elasticidade do aço G Carga permanente ou peso próprio da estrutura Q Carga acidental ou variável como peso de ocupantes e mobiliário H Carga horizontal como vento ou terremoto V Força cortante M Momento fletor T Momento torçor N Força normal As Área da seção transversal das barras de aço Ac Área da seção transversal do concreto d Distância entre o centro de gravidade da armadura tracionada e a fibra mais comprimida do concreto L Vão da estrutura distância entre apoios h Altura da seção transversal da viga laje ou pilar b Largura da seção transversal da viga laje ou pilar φ Diâmetro das barras de aço ρ Taxa de armadura que é a razão entre a área de aço e a área de concreto δ Flecha ou deslocamento vertical da estrutura λ Coeficiente de flambagem relacionado à estabilidade da estrutura ε Deformação alongamento ou encurtamento do material σ Tensão no material compressão tração ou cisalhamento ψ Coeficiente de carga combinada relacionado à combinação de diferentes tipos de cargas Concreto II CONCRETO ARMADURA Conceitos Básicos O concreto armado é um material de construção formado pela combinação do concreto e do aço Ele é muito usado na construção civil devido às suas excelentes propriedades Os três princípios fundamentais do concreto armado são Conceitos Básicos União de forças O concreto é forte quando pressionado mas fraco quando esticado Já o aço é forte tanto na compressão quanto na tração Combinando os dois temos um material que resiste bem a diferentes tipos de esforços Conexão firme No concreto armado barras de aço são colocadas dentro do concreto e os dois materiais se conectam firmemente Essa conexão permite que as forças sejam distribuídas entre o concreto e o aço de maneira eficiente Deformação compatível Concreto e aço devem se deformar juntos de forma proporcional para garantir que as forças sejam distribuídas corretamente Isso ocorre porque o aço é 10 a 15 vezes mais rígido que o concreto permitindo que ambos deformemse proporcionalmente sob carga Conceitos Básicos Em resumo o concreto armado combina concreto e aço aproveitando a força de ambos com conexão firme e deformação compatível Essas características tornam o concreto armado ideal para construções resistentes duráveis e versáteis Normativas NBR 6118 projeto de estruturas de concreto procedimento NBR 14931 execução de estruturas de concreto procedimento NBR 6120 cargas para o cálculo de edificações NBR 6123 forças devidas ao vento em edificações NBR 8681 ações e segurança nas estruturas NBR 7191 execução de desenhos para obras de concreto simples e armado NBR 5732 especificação de cimentos NBR 7480 barras e fios de aço destinados à armadura de concreto armado NBR 12655 concreto preparo controle e recebimento procedimento NBR 15146 qualificação de pessoal do controle tecnológico do concreto NBR 15696 formas e escoramentos para estruturas de concreto e procedimentos de execução Água Vantagens e Desvantagens Vantagens do concreto armado Resistência e durabilidade O concreto armado apresenta excelente resistência à compressão e quando combinado com o aço também oferece boa resistência à tração A durabilidade do concreto armado é notável e ele pode suportar as condições ambientais adversas e a deterioração ao longo do tempo Resistência ao fogo O concreto armado possui alta resistência ao fogo em comparação a outros materiais como o aço estrutural Essa característica é fundamental para a segurança das edificações e para reduzir os riscos de colapso em caso de incêndio Vantagens e Desvantagens Vantagens do concreto armado Versatilidade O concreto armado é um material extremamente versátil que permite a construção de estruturas com formas e geometrias variadas Isso facilita a adaptação a diferentes projetos arquitetônicos e de engenharia Economia A utilização do concreto armado pode ser econômica em relação a outros sistemas construtivos principalmente devido à disponibilidade de matériaprima e mão de obra especializada Além disso o concreto armado geralmente requer pouca manutenção ao longo do tempo o que reduz os custos ao longo do ciclo de vida da estrutura Absorção de vibrações e ruído O concreto armado possui uma boa capacidade de amortecer vibrações e atenuar ruídos sendo uma excelente opção para edificações em áreas urbanas ou com elevado nível de ruído externo Vantagens e Desvantagens Desvantagens do concreto armado Peso O concreto armado é um material pesado o que pode exigir um sistema de fundação mais robusto e aumentar os custos de transporte e mão de obra Cura e tempo de execução O concreto armado requer tempo para a cura que é o processo de endurecimento do concreto e ganho de resistência Durante esse período é preciso cuidar do concreto para evitar fissuras ou outros problemas Além disso a montagem das formas e das armaduras pode exigir mais tempo de execução em comparação a outros sistemas construtivos Sensibilidade à fissuração Embora o concreto armado seja resistente ele pode ser suscetível à fissuração devido a variações térmicas retração ou sobrecargas Essas fissuras podem comprometer a durabilidade da estrutura se não forem tratadas adequadamente Vantagens e Desvantagens Desvantagens do concreto armado Estética O concreto armado pode apresentar limitações estéticas já que sua aparência natural é considerada menos atraente do que outros materiais como aço vidro ou madeira No entanto técnicas modernas de arquitetura e engenharia têm explorado o potencial estético do concreto armado criando formas e texturas inovadoras Impacto ambiental A produção de cimento um dos componentes do concreto é responsável por uma parcela significativa das emissões de gases de efeito estufa Além disso a extração de agregados e o consumo de água durante a produção de concreto também contribuem para o impacto ambiental Portanto a sustentabilidade do concreto armado é uma preocupação crescente no setor da construção civil Soluções como concretos de baixo carbono e o uso de materiais reciclados têm sido estudadas para reduzir o impacto ambiental do concreto armado Impermeabilidade Embora o concreto armado possa ser impermeabilizado com aditivos e técnicas específicas o material em si é poroso o que permite a passagem de umidade e pode levar à corrosão das armaduras de aço Para evitar problemas de durabilidade é necessário garantir a qualidade do concreto e a proteção adequada das armaduras Características Mecânicas Características Mecânicas O concreto é um material compósito amplamente utilizado na construção civil principalmente devido às suas características mecânicas que o tornam adequado para uma ampla gama de aplicações Algumas das principais características mecânicas do concreto incluem Resistência à compressão O concreto apresenta excelente resistência à compressão o que significa que ele é capaz de suportar cargas que tendem a reduzir seu volume ou comprimilo A resistência à compressão do concreto é uma de suas principais propriedades e é um fator determinante para a escolha do concreto em diversos tipos de estruturas Resistência à Tração A resistência à tração do concreto é relativamente baixa em comparação com sua resistência à compressão Isso significa que o concreto é mais frágil quando submetido a cargas que tendem a esticálo ou alongálo Para compensar essa limitação utilizase o concreto armado que combina concreto com barras de aço para melhorar a resistência à tração e permitir que o material resista a esforços de flexão e cisalhamento Módulo de Elasticidade O módulo de elasticidade do concreto é uma medida da rigidez do material e descreve como o concreto se deforma quando submetido a cargas Concretos com maior módulo de elasticidade são mais rígidos e menos propensos a deformações elásticas O módulo de elasticidade do concreto está relacionado à sua resistência à compressão e à proporção dos materiais utilizados em sua composição Deformação O concreto pode experimentar diferentes tipos de deformação como deformação elástica plástica e por fluência A deformação elástica é uma deformação temporária que desaparece quando a carga é removida enquanto a deformação plástica é uma deformação permanente que ocorre quando o concreto é submetido a cargas além de seu limite elástico A fluência é um fenômeno de deformação lenta e progressiva que ocorre no concreto sob cargas sustentadas ao longo do tempo Resistência ao Cisalhamento O concreto possui resistência ao cisalhamento que é a capacidade de suportar esforços de corte ou deslizamento entre suas camadas internas No entanto essa resistência é geralmente menor do que a resistência à compressão Em estruturas de concreto armado a armadura de aço é posicionada de forma a melhorar a resistência ao cisalhamento do conjunto Resistência à fadiga A resistência à fadiga do concreto é a capacidade do material de suportar cargas repetidas ao longo do tempo sem falhar O concreto geralmente possui boa resistência à fadiga mas essa característica pode ser comprometida por fissuras e defeitos na matriz do concreto Resistência característica à compressão Resistência característica à compressão 𝑓𝑐𝑘 95 de probabilidade que um valor seja maior do que ela 5 de probabilidade que um valor seja menor do que ela 𝑓𝑐𝑘 𝑓𝑐𝑗 165𝜎 𝑓𝑐𝑘 𝑓𝑐𝑗 5 resistência característica resistência média 165𝜎 Em resumo a resistência característica à compressão 𝑓𝑐𝑘 é uma medida estatística que indica o valor de resistência à compressão que a maioria 95 dos corpos de prova de concreto atinge ou supera considerando uma margem de segurança adequada para a construção de estruturas confiáveis e duráveis Resistência característica à tração 𝑓𝑐𝑡𝑘 resistência média resistência característica inferior resistência característica superior 5 5 𝑓𝑐𝑡𝑚 𝑓𝑐𝑡𝑘𝑖𝑛𝑓 𝑓𝑐𝑡𝑘𝑠𝑢𝑝 165𝜎 165𝜎 ABNT 2014 Exercício Exercício Cálculo das resistências à tração do concreto C30 Considere um concreto de classe C30 e realize os seguintes cálculos 1 Determine a resistência média à tração na flexão fctm utilizando a seguinte fórmula 2 Calcule a resistência característica inferior à tração na flexão fctk inf utilizando a seguinte fórmula 3 Calcule a resistência característica superior à tração na flexão fctk sup utilizando a seguinte fórmula Lembrese de que a resistência característica à compressão do concreto fck para a classe C30 é de 30 MPa Apresente seus resultados em MPa Exercício Determine a resistência média à tração na flexão fctm utilizando a seguinte fórmula fctm 03 fck23 Calcule a resistência característica inferior à tração na flexão fctk inf utilizando a seguinte fórmula fctk inf 07 fctm Calcule a resistência característica superior à tração na flexão fctk sup utilizando a seguinte fórmula fctk sup 13 fctm Coeficiente de Poisson 𝜀𝑡 𝜈 𝜀 𝜀𝑡 deformação específica transversal 𝜀 deformação específica longitudinal Tração Compressão ν deformação transversal deformação longitudinal O coeficiente de Poisson é uma propriedade elástica dos materiais que descreve a relação entre a deformação transversal e a deformação axial quando um material é submetido a tensões ou esforços Em outras palavras ele expressa como um material se contrai ou se expande em uma direção quando é esticado ou comprimido em outra direção Retração e a Expansão são deformações que ocorrem no concreto independentemente da carga aplicada Essas deformações estão relacionadas às mudanças na umidade do concreto que busca equilibrarse com a umidade do ambiente externo Quando a umidade no concreto diminui a água é expulsa começando pela superfície do material e finalmente do seu interior Esse processo leva à criação de tensões internas que por sua vez podem causar fissuras no concreto A retração e a expansão são responsáveis pelo aparecimento de fissuras em elementos estruturais como lajes e pistas de rolamento Portanto é importante considerar esses fenômenos ao projetar e construir estruturas de concreto a fim de minimizar o risco de fissuras e garantir a durabilidade e a segurança da estrutura A fluência É uma deformação que ocorre no concreto sob a ação de cargas constantes ao longo do tempo Diferentemente da retração a fluência é dependente do carregamento aplicado na estrutura Apenas uma pequena parte dessa deformação é recuperável ou seja a maior parte é uma deformação plástica permanente O mecanismo da fluência envolve os seguintes passos 1 A deformação inicial causada pelo carregamento provoca uma redução de volume no concreto 2 Essa redução de volume gera tensões na água presente no concreto 3 A água tende a migrar para áreas onde já ocorreu evaporação 4 Esse processo causa um aumento nas deformações de forma análoga à retração Lançamento da Estrutura Concepção EstruturalEstruturaçãoLançamento da Estrutura Escolher os elementos estruturais Definir suas posições Formar um sistema estrutural eficiente Absorver esforços verticais e horizontais Transmitilos ao solo Escolher os elementos estruturais 1Nesta etapa o engenheiro seleciona os componentes que comporão a estrutura como vigas pilares lajes fundações e outros elementos de acordo com as necessidades do projeto e as cargas previstas Definir suas posições 2Após escolher os elementos o engenheiro define suas posições na estrutura garantindo que eles estejam dispostos de forma a otimizar a distribuição das cargas e esforços e proporcionar estabilidade e eficiência ao sistema Formar um sistema estrutural eficiente 3Ao posicionar os elementos estruturais o objetivo é criar um sistema coeso e eficiente que permita uma distribuição adequada das cargas e esforços minimizando o uso excessivo de materiais e garantindo a segurança e o desempenho da estrutura Absorver esforços verticais e horizontais 4 A estrutura deve ser projetada para absorver tanto os esforços verticais como peso próprio e cargas acidentais quanto os esforços horizontais como vento e terremoto Essa capacidade de absorção é fundamental para garantir a estabilidade e a segurança da estrutura Transmitilos ao solo 5 Por fim a estrutura deve ser projetada para transmitir os esforços e cargas absorvidos de forma eficiente e segura ao solo através das fundações Essa etapa garante que a estrutura não sofra deslocamentos ou colapsos devido à sua interação com o solo Elementos estruturais Elementos Estruturais Estética Esconder a estrutura dentro das paredes A estética é uma consideração importante em projetos de construção No caso do concreto armado é comum esconder os elementos estruturais como vigas e pilares dentro das paredes Isso resulta em um acabamento mais limpo e agradável visualmente Elementos Estruturais Economia Uniformizar a estrutura Para otimizar os custos é importante uniformizar a estrutura utilizando elementos de dimensões e características semelhantes sempre que possível Isso simplifica a execução e reduz a quantidade de diferentes materiais e formas necessárias Transferência das cargas mais direta possível para as fundações A fim de minimizar os esforços e reduzir o uso excessivo de material a estrutura deve ser projetada de modo a transferir as cargas de forma mais direta e eficiente para as fundações Isso inclui evitar vigas apoiadas em outras vigas e pilares apoiados em vigas o que pode gerar esforços indesejados e complexidade no projeto Elementos Estruturais Funcionalidade Vagas na garagem A funcionalidade é crucial para garantir que a estrutura atenda às necessidades dos usuários Um exemplo prático é a criação de vagas de garagem em edifícios residenciais e comerciais A estrutura deve ser projetada de forma a acomodar adequadamente as vagas de estacionamento considerando aspectos como dimensões acesso e circulação Resistência às ações horizontais Formação de pórticos Criação dos Pórticos Modelo de Distribuição 1 Seria viável a instalação de um pilar na região marcada em vermelho 2 Qual o impacto desse pilar para a estrutura Modelo Ineficiente de Distribuição Resistência às ações horizontais A resistência às ações horizontais é uma consideração crucial no projeto de estruturas especialmente quando se trata de edifícios altos ou localizados em regiões propensas a terremotos e ventos fortes Para garantir a estabilidade e a segurança das estruturas sob essas condições é comum empregar a formação de pórticos Vamos explorar esse conceito de forma didática Pórticos são estruturas reticuladas compostas por vigas e pilares interligados formando um sistema rígido capaz de resistir às ações horizontais Eles podem ser entendidos como esqueletos que dão suporte e rigidez ao edifício Ao formar um pórtico as forças horizontais são transferidas para os pilares que as redistribuem ao longo da estrutura e eventualmente às fundações Dessa forma os pórticos ajudam a garantir que o edifício não se desloque ou entre em colapso sob a ação de ventos fortes terremotos ou outras forças horizontais Formação de pórticos e sua importância na resistência às ações horizontais Pense em um pórtico como um conjunto de quadros rígidos interligados onde cada quadro é formado por vigas e pilares Esses quadros são conectados de tal forma que criam um sistema contínuo e robusto Os pórticos ajudam a distribuir as forças horizontais ao longo da estrutura de modo que os esforços sejam absorvidos de maneira eficiente e segura Além de resistir às ações horizontais os pórticos também contribuem para a resistência às ações verticais como o peso próprio do edifício e as cargas dos ocupantes e mobiliário Na concepção de pórticos é crucial levar em conta a rigidez dos elementos estruturais como vigas e pilares bem como a conexão entre eles Isso garante que o pórtico funcione como um todo coeso e eficaz Ordem usual de lançamento Pilares Vigas Lajes Distribuição de Pilares Iniciar pelos cantos Ao posicionar os pilares comece pelos cantos do edifício Isso ajuda a garantir a estabilidade e a distribuição adequada das cargas nas extremidades da estrutura Áreas comuns a todos pavimentos escada elevador Posicione os pilares em áreas comuns a todos os pavimentos como áreas de escadas e elevadores Isso permite uma melhor continuidade e alinhamento dos pilares ao longo de toda a altura do edifício Alinhados formando pórticos Alinhe os pilares de modo a formar pórticos que são estruturas rígidas compostas por vigas e pilares interligados Isso ajuda a resistir às ações horizontais como vento e terremotos Encontros de vigas importantes Posicione os pilares nos encontros de vigas importantes ou seja aquelas que suportam cargas significativas Isso garante uma distribuição eficiente das cargas e aumenta a estabilidade da estrutura Distribuição de Pilares Embutidos na alvenaria Sempre que possível embuta os pilares na alvenaria Isso contribui para a estética do projeto e pode otimizar o uso do espaço interno Vãos da ordem de 4 m a 6 m Mantenha os vãos entre pilares na faixa de 4 a 6 metros para equilibrar a eficiência do projeto e a quantidade de material utilizado Dimensão mínima 19 cm Utilize uma dimensão mínima de 19 cm para os pilares garantindo assim a resistência e a durabilidade adequadas Compatibilizar a distribuição dos pilares entre os diversos pavimentos Assegurese de que a distribuição dos pilares seja compatível entre os diferentes pavimentos do edifício Isso facilita a construção e a execução do projeto além de garantir a integridade estrutural ao longo de toda a altura do edifício 1 Os pilares são responsáveis por formar pórticos e compatibilizar a distribuição entre os diversos pavimentos 2 Já a viga de transição é um elemento estrutural usado para redistribuir cargas entre diferentes configurações de pilares ou paredes em uma construção Ela permite mudar a disposição dos pilares entre pavimentos transferindo as cargas de forma eficiente e garantindo a estabilidade da estrutura Pilares Prédimensionamento 𝑁𝑑 Área de influência 15 𝑘𝑁𝑚² Intermediário Extremidade e Canto 𝑐 𝐴 𝑁𝑑 06𝑓𝑐𝑘 042 𝑐 𝐴 14𝑁𝑑 06𝑓𝑐𝑘 042 𝑓𝑐𝑘 𝑘𝑁Τ𝑐𝑚2 𝑁𝑑 𝑘𝑁 𝐴𝑐 𝑐𝑚2 Contorno do pavimento As vigas são colocadas no perímetro do pavimento proporcionando suporte e estabilidade Ligando os pilares formando pórticos As vigas conectam os pilares criando pórticos para resistir a esforços horizontais e verticais Suportando as paredes Vigas ajudam a sustentar as cargas das paredes e transferilas aos pilares e fundações Largura igual à largura das paredes A largura das vigas deve ser igual à das paredes garantindo estabilidade e integração visual Vãos entre 35 m e 50 m Os vãos das vigas devem variar otimizando o uso de material e espaço Vigas Prédimensionamento Largura mínima 12 cm para garantir resistência e durabilidade Largura determinada pelo tamanho dos tijolos A largura das vigas deve ser compatível com a dos tijolos usados nas paredes Altura A altura das vigas deve ser dimensionada considerando as cargas aplicadas e os vãos proporcionando a resistência necessária Biapoiadas ℎ vão10 Contínuas ℎ vão12 Vigas SALA 970 ASERV 120 COZINHA 240 BAN 375 DORM 535 DORM 420 Sua vez Metodologia de Projeto estados limites Definição Estados a partir dos quais a estrutura não mais satisfaz a finalidade para a qual foi projetada Estados Limites Estados limites são condições críticas nas quais uma estrutura pode deixar de atender aos requisitos de segurança durabilidade funcionalidade ou estética No projeto estrutural o conceito de estados limites é fundamental para garantir que a estrutura seja projetada de forma a evitar tais condições Os estados limites são classificados em dois grupos principais estados limites últimos ELU e estados limites de serviço ELS Estados Limites Estados Limites Últimos ELU Estes são estados críticos nos quais a estrutura pode sofrer colapso ou falha com consequências potencialmente graves para a segurança e a integridade da edificação Os estados limites últimos incluem Ruptura ou colapso da estrutura devido à insuficiente resistência dos elementos estruturais por exemplo falha por flexão cisalhamento compressão ou torção Perda de estabilidade global da estrutura por exemplo tombamento flambagem ou deslocamento excessivo Falha das fundações ou do solo de apoio levando à instabilidade ou assentamentos inaceitáveis O projeto para estados limites últimos visa garantir que a estrutura possua resistência rigidez e estabilidade suficientes para suportar as cargas e os esforços atuantes com uma margem de segurança adequada Estados Limites Estados Limites de Serviço ELS Estes são estados que embora não causem colapso ou falha estrutural podem afetar negativamente a funcionalidade a durabilidade ou a estética da edificação Os estados limites de serviço incluem Deformações ou deslocamentos excessivos que afetam a funcionalidade ou o conforto dos usuários por exemplo vibrações perceptíveis deslocamentos excessivos das lajes ou deformações das paredes Fissuração do concreto que possa comprometer a durabilidade da estrutura por exemplo devido à corrosão das armaduras ou afetar a aparência da edificação Problemas de durabilidade relacionados à corrosão carbonatação ataque químico ou outros fenômenos que possam reduzir a vida útil da estrutura O projeto para estados limites de serviço visa garantir que a estrutura atenda aos requisitos de funcionalidade conforto durabilidade e estética durante sua vida útil sob condições normais de uso e exposição Estados Limites Ao projetar uma estrutura os engenheiros devem considerar tanto os estados limites últimos quanto os estados limites de serviço aplicando métodos de análise dimensionamento e detalhamento apropriados para garantir que a estrutura atenda aos requisitos de desempenho em todos os aspectos relevantes Por fim Nenhum estado limite aplicável pode ser excedido quando a estrutura for submetida a qualquer combinação adequada de cargas Base Conceitual 𝑅𝑑 𝑆𝑑 resistência de projeto de cálculo solicitação de projeto de cálculo Base Conceitual No contexto do projeto estrutural os termos resistência de projeto Rd e solicitação de projeto Sd são fundamentais para garantir a segurança e a adequação das estruturas às cargas previstas e às condições de uso Vamos explorar o que são Rd e Sd e como eles são usados no projeto estrutural Base Conceitual Resistência de projeto Rd A resistência de projeto é a capacidade de um elemento estrutural de suportar cargas e esforços considerando as incertezas inerentes aos materiais e ao processo de construção A resistência de projeto é calculada com base na resistência característica do material que é obtida por meio de ensaios e representa um valor limite abaixo do qual uma pequena porcentagem das amostras de material pode falhar Para obter a resistência de projeto a resistência característica é dividida por um coeficiente de segurança parcial γm relacionado ao material Rd Rk γm O coeficiente de segurança parcial γm leva em consideração as variações na qualidade do material na precisão dos ensaios e na incerteza nas estimativas da resistência Base Conceitual Solicitação de projeto Sd A solicitação de projeto é a combinação das cargas e esforços atuantes sobre um elemento estrutural considerando as incertezas e as variações associadas às cargas As cargas são determinadas com base em critérios estabelecidos pelas normas técnicas e são classificadas como permanentes acidentais e ambientais Para obter a solicitação de projeto as cargas características são multiplicadas por coeficientes de segurança parciais γf relacionados ao tipo de carga Sd γf Sk Os coeficientes de segurança parciais γf levam em conta as incertezas na estimativa das cargas e as variações temporais e espaciais das cargas atuantes Base Conceitual No projeto estrutural o objetivo é garantir que a resistência de projeto Rd seja sempre maior do que a solicitação de projeto Sd para todos os elementos e condições críticas da estrutura Essa abordagem é conhecida como princípio do estado limite e garante que a estrutura possua uma margem de segurança adequada para suportar as cargas e os esforços previstos durante sua vida útil Rd Sd Essa verificação é realizada tanto para estados limites últimos ELU que envolvem a segurança estrutural e a prevenção de colapso quanto para estados limites de serviço ELS que envolvem o desempenho e o conforto em condições normais de uso 𝑆𝑚 𝑅𝑚 𝑅𝑘 𝑆𝑘 Valor característico Associado a uma pequena probabilidade de ser excedido ou de que o valor seja inferior Resistência R Solicitação S Resistência de projeto 𝑑 𝑅𝑘 𝑅 𝛾𝑚 resistência de projeto de cálculo resistência característica nominal coeficiente ponderador da resistência Coeficiente ponderador da resistência Base conceitual 𝛾𝑚 𝛾𝑚1𝛾𝑚2 𝛾𝑚3 ABNT 2014 Coeficiente ponderador da resistência Resistências de cálculo 𝑓𝑐𝑑 𝑓𝑐𝑘 𝛾𝑐 𝑦𝑑 𝑓 𝑓𝑦𝑘 𝛾𝑠 Solicitações de projeto Efeito das combinações de ações 𝐹𝑑 𝛾𝑓𝐹𝑘 Ações de projeto de cálculo Ação característica nominal coeficiente ponderador das ações ABNT 2014 Coeficiente ponderador das ações Base conceitual 𝛾𝑓 𝛾𝑓1𝛾𝑓3 Coeficientes ponderadores das ações 𝛾𝑔 𝛾𝑞 Ações permanentes favoráveis a segurança Vento peso próprio não deve ser multiplicado por coeficiente maior do que 1 não deve ser considerada sobrecargas favoráveis a segurança Coeficientes ponderadores das ações ELU ELS ABNT 2014 Coeficientes ponderadores das ações Ações características NBR 6120 cargas para cálculo de estruturas de edificações NBR 6123 forças devidas ao vento em edificações Tipos de ações Permanentes G oriundas do peso próprio da estrutura e de todos os elementos construtivos permanentemente fixos na estrutura e quipamentos fixos Variáveis Q decorrentes do uso sobrecarga ação do vento variação da temperatura Excepcionais E decorrentes de eventos excepcionais incêndio explosão choque de veículo Coeficientes ponderadores das ações Combinações de ações 1 Combinações Normais Essas combinações envolvem as ações que ocorrem regularmente durante a vida útil da estrutura ou seja quando ela está em sua condição definitiva e em uso normal 2 Exemplos de ações normais incluem o peso próprio da estrutura o peso dos elementos construtivos e as sobrecargas acidentais Coeficientes ponderadores das ações Combinações de ações 1 Combinações de ConstruçãoMontagem Estas combinações abordam as ações que ocorrem durante as etapas de construção ou montagem da estrutura Essas ações podem ser diferentes das ações normais e podem exigir medidas temporárias de suporte e reforço 2 Exemplos de ações de construçãomontagem incluem o peso dos materiais de construção equipamentos e trabalhadores Coeficientes ponderadores das ações Combinações de ações 1 Combinações Excepcionais Essas combinações envolvem ações raras ou extremas que podem ocorrer durante a vida útil da estrutura Estas ações podem ser resultado de eventos naturais como terremotos e furacões ou eventos causados pelo homem como explosões e colisões 2 A estrutura deve ser projetada para resistir a essas ações excepcionais mesmo que a probabilidade de sua ocorrência seja baixa Calculo de Estruturas Combinações normais Combinações de serviço ELS Combinações quase permanentes de serviço CQP Combinações frequentes de serviço CF Combinações raras de serviço CR Deslocamentos limites ABNT 2014 Algumas ações para edifícios 1 PP Peso próprio da estrutura É a carga proveniente do peso dos elementos estruturais que compõem a edificação como pilares vigas e lajes 2 PE Peso próprio dos elementos construtivos É a carga resultante do peso de elementos não estruturais como paredes revestimentos coberturas e demais acabamentos 3 SA Sobrecarga acidental Referese às cargas variáveis que atuam sobre a estrutura devido ao uso e ocupação do edifício como pessoas móveis e equipamentos 4 Vento X e Vento Y Representam as cargas devido à ação do vento nas direções X e Y respectivamente Essas cargas variam conforme a velocidade e direção do vento e podem causar pressões e sucções na estrutura afetando sua estabilidade e resistência Algumas combinações de ações para edifícios residenciais Estado limite último combinações normais Abordagem simplificada Estado limite último combinações normais Edifícios residenciais José Milton de Araújo Ações e fatores de ponderação e combinação 12 13 PP 13 PE 13 SA 14 Vento X 34 13 PP 13 PE 13 SA 14 Vento Y NBR 61182001 Ações e fatores de ponderação e combinação 12 14 PP 14 PE 14 SA 112 Vento X 34 14 PP 14 PE 14 SA 112 Vento Y Redução da sobrecarga acidental NBR 6120 Pilar e fundações Pavimentos acima Redução da carga acidental 1 2 e 3 0 4 20 5 40 6 ou mais 60 Carregamse os andares superiores e aplicamse as reduções nos demais SA kgfm² 1 200 2 200 3 200 4 160 5 120 6 80 7 80 8 80 9 80 10 80 11 80 12 80 13 80 Algumas combinações de ações para edifícios residenciais Estado limite de serviço Ações e fatores de ponderação e combinação 1 10 PP 10 PE 03 SA 25 10 PP 10 PE 03 Vento X 69 10 PP 10 PE 03 Vento Y Exercise Resolução qd ρ0 Gk ρq1 Q1 ρq2 Q2 V0
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entre o centro de gravidade da armadura tracionada e a fibra mais comprimida do concreto L Vão da estrutura distância entre apoios h Altura da seção transversal da viga laje ou pilar b Largura da seção transversal da viga laje ou pilar φ Diâmetro das barras de aço ρ Taxa de armadura que é a razão entre a área de aço e a área de concreto δ Flecha ou deslocamento vertical da estrutura λ Coeficiente de flambagem relacionado à estabilidade da estrutura ε Deformação alongamento ou encurtamento do material σ Tensão no material compressão tração ou cisalhamento ψ Coeficiente de carga combinada relacionado à combinação de diferentes tipos de cargas Concreto II CONCRETO ARMADURA Conceitos Básicos O concreto armado é um material de construção formado pela combinação do concreto e do aço Ele é muito usado na construção civil devido às suas excelentes propriedades Os três princípios fundamentais do concreto armado são Conceitos Básicos União de forças O concreto é forte quando pressionado mas fraco quando esticado Já o aço é forte tanto na compressão quanto na tração Combinando os dois temos um material que resiste bem a diferentes tipos de esforços Conexão firme No concreto armado barras de aço são colocadas dentro do concreto e os dois materiais se conectam firmemente Essa conexão permite que as forças sejam distribuídas entre o concreto e o aço de maneira eficiente Deformação compatível Concreto e aço devem se deformar juntos de forma proporcional para garantir que as forças sejam distribuídas corretamente Isso ocorre porque o aço é 10 a 15 vezes mais rígido que o concreto permitindo que ambos deformemse proporcionalmente sob carga Conceitos Básicos Em resumo o concreto armado combina concreto e aço aproveitando a força de ambos com conexão firme e deformação compatível Essas características tornam o concreto armado ideal para construções resistentes duráveis e versáteis Normativas NBR 6118 projeto de estruturas de concreto procedimento NBR 14931 execução de estruturas de concreto procedimento NBR 6120 cargas para o cálculo de edificações NBR 6123 forças devidas ao vento em edificações NBR 8681 ações e segurança nas estruturas NBR 7191 execução de desenhos para obras de concreto simples e armado NBR 5732 especificação de cimentos NBR 7480 barras e fios de aço destinados à armadura de concreto armado NBR 12655 concreto preparo controle e recebimento procedimento NBR 15146 qualificação de pessoal do controle tecnológico do concreto NBR 15696 formas e escoramentos para estruturas de concreto e procedimentos de execução Água Vantagens e Desvantagens Vantagens do concreto armado Resistência e durabilidade O concreto armado apresenta excelente resistência à compressão e quando combinado com o aço também oferece boa resistência à tração A durabilidade do concreto armado é notável e ele pode suportar as condições ambientais adversas e a deterioração ao longo do tempo Resistência ao fogo O concreto armado possui alta resistência ao fogo em comparação a outros materiais como o aço estrutural Essa característica é fundamental para a segurança das edificações e para reduzir os riscos de colapso em caso de incêndio Vantagens e Desvantagens Vantagens do concreto armado Versatilidade O concreto armado é um material extremamente versátil que permite a construção de estruturas com formas e geometrias variadas Isso facilita a adaptação a diferentes projetos arquitetônicos e de engenharia Economia A utilização do concreto armado pode ser econômica em relação a outros sistemas construtivos principalmente devido à disponibilidade de matériaprima e mão de obra especializada Além disso o concreto armado geralmente requer pouca manutenção ao longo do tempo o que reduz os custos ao longo do ciclo de vida da estrutura Absorção de vibrações e ruído O concreto armado possui uma boa capacidade de amortecer vibrações e atenuar ruídos sendo uma excelente opção para edificações em áreas urbanas ou com elevado nível de ruído externo Vantagens e Desvantagens Desvantagens do concreto armado Peso O concreto armado é um material pesado o que pode exigir um sistema de fundação mais robusto e aumentar os custos de transporte e mão de obra Cura e tempo de execução O concreto armado requer tempo para a cura que é o processo de endurecimento do concreto e ganho de resistência Durante esse período é preciso cuidar do concreto para evitar fissuras ou outros problemas Além disso a montagem das formas e das armaduras pode exigir mais tempo de execução em comparação a outros sistemas construtivos Sensibilidade à fissuração Embora o concreto armado seja resistente ele pode ser suscetível à fissuração devido a variações térmicas retração ou sobrecargas Essas fissuras podem comprometer a durabilidade da estrutura se não forem tratadas adequadamente Vantagens e Desvantagens Desvantagens do concreto armado Estética O concreto armado pode apresentar limitações estéticas já que sua aparência natural é considerada menos atraente do que outros materiais como aço vidro ou madeira No entanto técnicas modernas de arquitetura e engenharia têm explorado o potencial estético do concreto armado criando formas e texturas inovadoras Impacto ambiental A produção de cimento um dos componentes do concreto é responsável por uma parcela significativa das emissões de gases de efeito estufa Além disso a extração de agregados e o consumo de água durante a produção de concreto também contribuem para o impacto ambiental Portanto a sustentabilidade do concreto armado é uma preocupação crescente no setor da construção civil Soluções como concretos de baixo carbono e o uso de materiais reciclados têm sido estudadas para reduzir o impacto ambiental do concreto armado Impermeabilidade Embora o concreto armado possa ser impermeabilizado com aditivos e técnicas específicas o material em si é poroso o que permite a passagem de umidade e pode levar à corrosão das armaduras de aço Para evitar problemas de durabilidade é necessário garantir a qualidade do concreto e a proteção adequada das armaduras Características Mecânicas Características Mecânicas O concreto é um material compósito amplamente utilizado na construção civil principalmente devido às suas características mecânicas que o tornam adequado para uma ampla gama de aplicações Algumas das principais características mecânicas do concreto incluem Resistência à compressão O concreto apresenta excelente resistência à compressão o que significa que ele é capaz de suportar cargas que tendem a reduzir seu volume ou comprimilo A resistência à compressão do concreto é uma de suas principais propriedades e é um fator determinante para a escolha do concreto em diversos tipos de estruturas Resistência à Tração A resistência à tração do concreto é relativamente baixa em comparação com sua resistência à compressão Isso significa que o concreto é mais frágil quando submetido a cargas que tendem a esticálo ou alongálo Para compensar essa limitação utilizase o concreto armado que combina concreto com barras de aço para melhorar a resistência à tração e permitir que o material resista a esforços de flexão e cisalhamento Módulo de Elasticidade O módulo de elasticidade do concreto é uma medida da rigidez do material e descreve como o concreto se deforma quando submetido a cargas Concretos com maior módulo de elasticidade são mais rígidos e menos propensos a deformações elásticas O módulo de elasticidade do concreto está relacionado à sua resistência à compressão e à proporção dos materiais utilizados em sua composição Deformação O concreto pode experimentar diferentes tipos de deformação como deformação elástica plástica e por fluência A deformação elástica é uma deformação temporária que desaparece quando a carga é removida enquanto a deformação plástica é uma deformação permanente que ocorre quando o concreto é submetido a cargas além de seu limite elástico A fluência é um fenômeno de deformação lenta e progressiva que ocorre no concreto sob cargas sustentadas ao longo do tempo Resistência ao Cisalhamento O concreto possui resistência ao cisalhamento que é a capacidade de suportar esforços de corte ou deslizamento entre suas camadas internas No entanto essa resistência é geralmente menor do que a resistência à compressão Em estruturas de concreto armado a armadura de aço é posicionada de forma a melhorar a resistência ao cisalhamento do conjunto Resistência à fadiga A resistência à fadiga do concreto é a capacidade do material de suportar cargas repetidas ao longo do tempo sem falhar O concreto geralmente possui boa resistência à fadiga mas essa característica pode ser comprometida por fissuras e defeitos na matriz do concreto Resistência característica à compressão Resistência característica à compressão 𝑓𝑐𝑘 95 de probabilidade que um valor seja maior do que ela 5 de probabilidade que um valor seja menor do que ela 𝑓𝑐𝑘 𝑓𝑐𝑗 165𝜎 𝑓𝑐𝑘 𝑓𝑐𝑗 5 resistência característica resistência média 165𝜎 Em resumo a resistência característica à compressão 𝑓𝑐𝑘 é uma medida estatística que indica o valor de resistência à compressão que a maioria 95 dos corpos de prova de concreto atinge ou supera considerando uma margem de segurança adequada para a construção de estruturas confiáveis e duráveis Resistência característica à tração 𝑓𝑐𝑡𝑘 resistência média resistência característica inferior resistência característica superior 5 5 𝑓𝑐𝑡𝑚 𝑓𝑐𝑡𝑘𝑖𝑛𝑓 𝑓𝑐𝑡𝑘𝑠𝑢𝑝 165𝜎 165𝜎 ABNT 2014 Exercício Exercício Cálculo das resistências à tração do concreto C30 Considere um concreto de classe C30 e realize os seguintes cálculos 1 Determine a resistência média à tração na flexão fctm utilizando a seguinte fórmula 2 Calcule a resistência característica inferior à tração na flexão fctk inf utilizando a seguinte fórmula 3 Calcule a resistência característica superior à tração na flexão fctk sup utilizando a seguinte fórmula Lembrese de que a resistência característica à compressão do concreto fck para a classe C30 é de 30 MPa Apresente seus resultados em MPa Exercício Determine a resistência média à tração na flexão fctm utilizando a seguinte fórmula fctm 03 fck23 Calcule a resistência característica inferior à tração na flexão fctk inf utilizando a seguinte fórmula fctk inf 07 fctm Calcule a resistência característica superior à tração na flexão fctk sup utilizando a seguinte fórmula fctk sup 13 fctm Coeficiente de Poisson 𝜀𝑡 𝜈 𝜀 𝜀𝑡 deformação específica transversal 𝜀 deformação específica longitudinal Tração Compressão ν deformação transversal deformação longitudinal O coeficiente de Poisson é uma propriedade elástica dos materiais que descreve a relação entre a deformação transversal e a deformação axial quando um material é submetido a tensões ou esforços Em outras palavras ele expressa como um material se contrai ou se expande em uma direção quando é esticado ou comprimido em outra direção Retração e a Expansão são deformações que ocorrem no concreto independentemente da carga aplicada Essas deformações estão relacionadas às mudanças na umidade do concreto que busca equilibrarse com a umidade do ambiente externo Quando a umidade no concreto diminui a água é expulsa começando pela superfície do material e finalmente do seu interior Esse processo leva à criação de tensões internas que por sua vez podem causar fissuras no concreto A retração e a expansão são responsáveis pelo aparecimento de fissuras em elementos estruturais como lajes e pistas de rolamento Portanto é importante considerar esses fenômenos ao projetar e construir estruturas de concreto a fim de minimizar o risco de fissuras e garantir a durabilidade e a segurança da estrutura A fluência É uma deformação que ocorre no concreto sob a ação de cargas constantes ao longo do tempo Diferentemente da retração a fluência é dependente do carregamento aplicado na estrutura Apenas uma pequena parte dessa deformação é recuperável ou seja a maior parte é uma deformação plástica permanente O mecanismo da fluência envolve os seguintes passos 1 A deformação inicial causada pelo carregamento provoca uma redução de volume no concreto 2 Essa redução de volume gera tensões na água presente no concreto 3 A água tende a migrar para áreas onde já ocorreu evaporação 4 Esse processo causa um aumento nas deformações de forma análoga à retração Lançamento da Estrutura Concepção EstruturalEstruturaçãoLançamento da Estrutura Escolher os elementos estruturais Definir suas posições Formar um sistema estrutural eficiente Absorver esforços verticais e horizontais Transmitilos ao solo Escolher os elementos estruturais 1Nesta etapa o engenheiro seleciona os componentes que comporão a estrutura como vigas pilares lajes fundações e outros elementos de acordo com as necessidades do projeto e as cargas previstas Definir suas posições 2Após escolher os elementos o engenheiro define suas posições na estrutura garantindo que eles estejam dispostos de forma a otimizar a distribuição das cargas e esforços e proporcionar estabilidade e eficiência ao sistema Formar um sistema estrutural eficiente 3Ao posicionar os elementos estruturais o objetivo é criar um sistema coeso e eficiente que permita uma distribuição adequada das cargas e esforços minimizando o uso excessivo de materiais e garantindo a segurança e o desempenho da estrutura Absorver esforços verticais e horizontais 4 A estrutura deve ser projetada para absorver tanto os esforços verticais como peso próprio e cargas acidentais quanto os esforços horizontais como vento e terremoto Essa capacidade de absorção é fundamental para garantir a estabilidade e a segurança da estrutura Transmitilos ao solo 5 Por fim a estrutura deve ser projetada para transmitir os esforços e cargas absorvidos de forma eficiente e segura ao solo através das fundações Essa etapa garante que a estrutura não sofra deslocamentos ou colapsos devido à sua interação com o solo Elementos estruturais Elementos Estruturais Estética Esconder a estrutura dentro das paredes A estética é uma consideração importante em projetos de construção No caso do concreto armado é comum esconder os elementos estruturais como vigas e pilares dentro das paredes Isso resulta em um acabamento mais limpo e agradável visualmente Elementos Estruturais Economia Uniformizar a estrutura Para otimizar os custos é importante uniformizar a estrutura utilizando elementos de dimensões e características semelhantes sempre que possível Isso simplifica a execução e reduz a quantidade de diferentes materiais e formas necessárias Transferência das cargas mais direta possível para as fundações A fim de minimizar os esforços e reduzir o uso excessivo de material a estrutura deve ser projetada de modo a transferir as cargas de forma mais direta e eficiente para as fundações Isso inclui evitar vigas apoiadas em outras vigas e pilares apoiados em vigas o que pode gerar esforços indesejados e complexidade no projeto Elementos Estruturais Funcionalidade Vagas na garagem A funcionalidade é crucial para garantir que a estrutura atenda às necessidades dos usuários Um exemplo prático é a criação de vagas de garagem em edifícios residenciais e comerciais A estrutura deve ser projetada de forma a acomodar adequadamente as vagas de estacionamento considerando aspectos como dimensões acesso e circulação Resistência às ações horizontais Formação de pórticos Criação dos Pórticos Modelo de Distribuição 1 Seria viável a instalação de um pilar na região marcada em vermelho 2 Qual o impacto desse pilar para a estrutura Modelo Ineficiente de Distribuição Resistência às ações horizontais A resistência às ações horizontais é uma consideração crucial no projeto de estruturas especialmente quando se trata de edifícios altos ou localizados em regiões propensas a terremotos e ventos fortes Para garantir a estabilidade e a segurança das estruturas sob essas condições é comum empregar a formação de pórticos Vamos explorar esse conceito de forma didática Pórticos são estruturas reticuladas compostas por vigas e pilares interligados formando um sistema rígido capaz de resistir às ações horizontais Eles podem ser entendidos como esqueletos que dão suporte e rigidez ao edifício Ao formar um pórtico as forças horizontais são transferidas para os pilares que as redistribuem ao longo da estrutura e eventualmente às fundações Dessa forma os pórticos ajudam a garantir que o edifício não se desloque ou entre em colapso sob a ação de ventos fortes terremotos ou outras forças horizontais Formação de pórticos e sua importância na resistência às ações horizontais Pense em um pórtico como um conjunto de quadros rígidos interligados onde cada quadro é formado por vigas e pilares Esses quadros são conectados de tal forma que criam um sistema contínuo e robusto Os pórticos ajudam a distribuir as forças horizontais ao longo da estrutura de modo que os esforços sejam absorvidos de maneira eficiente e segura Além de resistir às ações horizontais os pórticos também contribuem para a resistência às ações verticais como o peso próprio do edifício e as cargas dos ocupantes e mobiliário Na concepção de pórticos é crucial levar em conta a rigidez dos elementos estruturais como vigas e pilares bem como a conexão entre eles Isso garante que o pórtico funcione como um todo coeso e eficaz Ordem usual de lançamento Pilares Vigas Lajes Distribuição de Pilares Iniciar pelos cantos Ao posicionar os pilares comece pelos cantos do edifício Isso ajuda a garantir a estabilidade e a distribuição adequada das cargas nas extremidades da estrutura Áreas comuns a todos pavimentos escada elevador Posicione os pilares em áreas comuns a todos os pavimentos como áreas de escadas e elevadores Isso permite uma melhor continuidade e alinhamento dos pilares ao longo de toda a altura do edifício Alinhados formando pórticos Alinhe os pilares de modo a formar pórticos que são estruturas rígidas compostas por vigas e pilares interligados Isso ajuda a resistir às ações horizontais como vento e terremotos Encontros de vigas importantes Posicione os pilares nos encontros de vigas importantes ou seja aquelas que suportam cargas significativas Isso garante uma distribuição eficiente das cargas e aumenta a estabilidade da estrutura Distribuição de Pilares Embutidos na alvenaria Sempre que possível embuta os pilares na alvenaria Isso contribui para a estética do projeto e pode otimizar o uso do espaço interno Vãos da ordem de 4 m a 6 m Mantenha os vãos entre pilares na faixa de 4 a 6 metros para equilibrar a eficiência do projeto e a quantidade de material utilizado Dimensão mínima 19 cm Utilize uma dimensão mínima de 19 cm para os pilares garantindo assim a resistência e a durabilidade adequadas Compatibilizar a distribuição dos pilares entre os diversos pavimentos Assegurese de que a distribuição dos pilares seja compatível entre os diferentes pavimentos do edifício Isso facilita a construção e a execução do projeto além de garantir a integridade estrutural ao longo de toda a altura do edifício 1 Os pilares são responsáveis por formar pórticos e compatibilizar a distribuição entre os diversos pavimentos 2 Já a viga de transição é um elemento estrutural usado para redistribuir cargas entre diferentes configurações de pilares ou paredes em uma construção Ela permite mudar a disposição dos pilares entre pavimentos transferindo as cargas de forma eficiente e garantindo a estabilidade da estrutura Pilares Prédimensionamento 𝑁𝑑 Área de influência 15 𝑘𝑁𝑚² Intermediário Extremidade e Canto 𝑐 𝐴 𝑁𝑑 06𝑓𝑐𝑘 042 𝑐 𝐴 14𝑁𝑑 06𝑓𝑐𝑘 042 𝑓𝑐𝑘 𝑘𝑁Τ𝑐𝑚2 𝑁𝑑 𝑘𝑁 𝐴𝑐 𝑐𝑚2 Contorno do pavimento As vigas são colocadas no perímetro do pavimento proporcionando suporte e estabilidade Ligando os pilares formando pórticos As vigas conectam os pilares criando pórticos para resistir a esforços horizontais e verticais Suportando as paredes Vigas ajudam a sustentar as cargas das paredes e transferilas aos pilares e fundações Largura igual à largura das paredes A largura das vigas deve ser igual à das paredes garantindo estabilidade e integração visual Vãos entre 35 m e 50 m Os vãos das vigas devem variar otimizando o uso de material e espaço Vigas Prédimensionamento Largura mínima 12 cm para garantir resistência e durabilidade Largura determinada pelo tamanho dos tijolos A largura das vigas deve ser compatível com a dos tijolos usados nas paredes Altura A altura das vigas deve ser dimensionada considerando as cargas aplicadas e os vãos proporcionando a resistência necessária Biapoiadas ℎ vão10 Contínuas ℎ vão12 Vigas SALA 970 ASERV 120 COZINHA 240 BAN 375 DORM 535 DORM 420 Sua vez Metodologia de Projeto estados limites Definição Estados a partir dos quais a estrutura não mais satisfaz a finalidade para a qual foi projetada Estados Limites Estados limites são condições críticas nas quais uma estrutura pode deixar de atender aos requisitos de segurança durabilidade funcionalidade ou estética No projeto estrutural o conceito de estados limites é fundamental para garantir que a estrutura seja projetada de forma a evitar tais condições Os estados limites são classificados em dois grupos principais estados limites últimos ELU e estados limites de serviço ELS Estados Limites Estados Limites Últimos ELU Estes são estados críticos nos quais a estrutura pode sofrer colapso ou falha com consequências potencialmente graves para a segurança e a integridade da edificação Os estados limites últimos incluem Ruptura ou colapso da estrutura devido à insuficiente resistência dos elementos estruturais por exemplo falha por flexão cisalhamento compressão ou torção Perda de estabilidade global da estrutura por exemplo tombamento flambagem ou deslocamento excessivo Falha das fundações ou do solo de apoio levando à instabilidade ou assentamentos inaceitáveis O projeto para estados limites últimos visa garantir que a estrutura possua resistência rigidez e estabilidade suficientes para suportar as cargas e os esforços atuantes com uma margem de segurança adequada Estados Limites Estados Limites de Serviço ELS Estes são estados que embora não causem colapso ou falha estrutural podem afetar negativamente a funcionalidade a durabilidade ou a estética da edificação Os estados limites de serviço incluem Deformações ou deslocamentos excessivos que afetam a funcionalidade ou o conforto dos usuários por exemplo vibrações perceptíveis deslocamentos excessivos das lajes ou deformações das paredes Fissuração do concreto que possa comprometer a durabilidade da estrutura por exemplo devido à corrosão das armaduras ou afetar a aparência da edificação Problemas de durabilidade relacionados à corrosão carbonatação ataque químico ou outros fenômenos que possam reduzir a vida útil da estrutura O projeto para estados limites de serviço visa garantir que a estrutura atenda aos requisitos de funcionalidade conforto durabilidade e estética durante sua vida útil sob condições normais de uso e exposição Estados Limites Ao projetar uma estrutura os engenheiros devem considerar tanto os estados limites últimos quanto os estados limites de serviço aplicando métodos de análise dimensionamento e detalhamento apropriados para garantir que a estrutura atenda aos requisitos de desempenho em todos os aspectos relevantes Por fim Nenhum estado limite aplicável pode ser excedido quando a estrutura for submetida a qualquer combinação adequada de cargas Base Conceitual 𝑅𝑑 𝑆𝑑 resistência de projeto de cálculo solicitação de projeto de cálculo Base Conceitual No contexto do projeto estrutural os termos resistência de projeto Rd e solicitação de projeto Sd são fundamentais para garantir a segurança e a adequação das estruturas às cargas previstas e às condições de uso Vamos explorar o que são Rd e Sd e como eles são usados no projeto estrutural Base Conceitual Resistência de projeto Rd A resistência de projeto é a capacidade de um elemento estrutural de suportar cargas e esforços considerando as incertezas inerentes aos materiais e ao processo de construção A resistência de projeto é calculada com base na resistência característica do material que é obtida por meio de ensaios e representa um valor limite abaixo do qual uma pequena porcentagem das amostras de material pode falhar Para obter a resistência de projeto a resistência característica é dividida por um coeficiente de segurança parcial γm relacionado ao material Rd Rk γm O coeficiente de segurança parcial γm leva em consideração as variações na qualidade do material na precisão dos ensaios e na incerteza nas estimativas da resistência Base Conceitual Solicitação de projeto Sd A solicitação de projeto é a combinação das cargas e esforços atuantes sobre um elemento estrutural considerando as incertezas e as variações associadas às cargas As cargas são determinadas com base em critérios estabelecidos pelas normas técnicas e são classificadas como permanentes acidentais e ambientais Para obter a solicitação de projeto as cargas características são multiplicadas por coeficientes de segurança parciais γf relacionados ao tipo de carga Sd γf Sk Os coeficientes de segurança parciais γf levam em conta as incertezas na estimativa das cargas e as variações temporais e espaciais das cargas atuantes Base Conceitual No projeto estrutural o objetivo é garantir que a resistência de projeto Rd seja sempre maior do que a solicitação de projeto Sd para todos os elementos e condições críticas da estrutura Essa abordagem é conhecida como princípio do estado limite e garante que a estrutura possua uma margem de segurança adequada para suportar as cargas e os esforços previstos durante sua vida útil Rd Sd Essa verificação é realizada tanto para estados limites últimos ELU que envolvem a segurança estrutural e a prevenção de colapso quanto para estados limites de serviço ELS que envolvem o desempenho e o conforto em condições normais de uso 𝑆𝑚 𝑅𝑚 𝑅𝑘 𝑆𝑘 Valor característico Associado a uma pequena probabilidade de ser excedido ou de que o valor seja inferior Resistência R Solicitação S Resistência de projeto 𝑑 𝑅𝑘 𝑅 𝛾𝑚 resistência de projeto de cálculo resistência característica nominal coeficiente ponderador da resistência Coeficiente ponderador da resistência Base conceitual 𝛾𝑚 𝛾𝑚1𝛾𝑚2 𝛾𝑚3 ABNT 2014 Coeficiente ponderador da resistência Resistências de cálculo 𝑓𝑐𝑑 𝑓𝑐𝑘 𝛾𝑐 𝑦𝑑 𝑓 𝑓𝑦𝑘 𝛾𝑠 Solicitações de projeto Efeito das combinações de ações 𝐹𝑑 𝛾𝑓𝐹𝑘 Ações de projeto de cálculo Ação característica nominal coeficiente ponderador das ações ABNT 2014 Coeficiente ponderador das ações Base conceitual 𝛾𝑓 𝛾𝑓1𝛾𝑓3 Coeficientes ponderadores das ações 𝛾𝑔 𝛾𝑞 Ações permanentes favoráveis a segurança Vento peso próprio não deve ser multiplicado por coeficiente maior do que 1 não deve ser considerada sobrecargas favoráveis a segurança Coeficientes ponderadores das ações ELU ELS ABNT 2014 Coeficientes ponderadores das ações Ações características NBR 6120 cargas para cálculo de estruturas de edificações NBR 6123 forças devidas ao vento em edificações Tipos de ações Permanentes G oriundas do peso próprio da estrutura e de todos os elementos construtivos permanentemente fixos na estrutura e quipamentos fixos Variáveis Q decorrentes do uso sobrecarga ação do vento variação da temperatura Excepcionais E decorrentes de eventos excepcionais incêndio explosão choque de veículo Coeficientes ponderadores das ações Combinações de ações 1 Combinações Normais Essas combinações envolvem as ações que ocorrem regularmente durante a vida útil da estrutura ou seja quando ela está em sua condição definitiva e em uso normal 2 Exemplos de ações normais incluem o peso próprio da estrutura o peso dos elementos construtivos e as sobrecargas acidentais Coeficientes ponderadores das ações Combinações de ações 1 Combinações de ConstruçãoMontagem Estas combinações abordam as ações que ocorrem durante as etapas de construção ou montagem da estrutura Essas ações podem ser diferentes das ações normais e podem exigir medidas temporárias de suporte e reforço 2 Exemplos de ações de construçãomontagem incluem o peso dos materiais de construção equipamentos e trabalhadores Coeficientes ponderadores das ações Combinações de ações 1 Combinações Excepcionais Essas combinações envolvem ações raras ou extremas que podem ocorrer durante a vida útil da estrutura Estas ações podem ser resultado de eventos naturais como terremotos e furacões ou eventos causados pelo homem como explosões e colisões 2 A estrutura deve ser projetada para resistir a essas ações excepcionais mesmo que a probabilidade de sua ocorrência seja baixa Calculo de Estruturas Combinações normais Combinações de serviço ELS Combinações quase permanentes de serviço CQP Combinações frequentes de serviço CF Combinações raras de serviço CR Deslocamentos limites ABNT 2014 Algumas ações para edifícios 1 PP Peso próprio da estrutura É a carga proveniente do peso dos elementos estruturais que compõem a edificação como pilares vigas e lajes 2 PE Peso próprio dos elementos construtivos É a carga resultante do peso de elementos não estruturais como paredes revestimentos coberturas e demais acabamentos 3 SA Sobrecarga acidental Referese às cargas variáveis que atuam sobre a estrutura devido ao uso e ocupação do edifício como pessoas móveis e equipamentos 4 Vento X e Vento Y Representam as cargas devido à ação do vento nas direções X e Y respectivamente Essas cargas variam conforme a velocidade e direção do vento e podem causar pressões e sucções na estrutura afetando sua estabilidade e resistência Algumas combinações de ações para edifícios residenciais Estado limite último combinações normais Abordagem simplificada Estado limite último combinações normais Edifícios residenciais José Milton de Araújo Ações e fatores de ponderação e combinação 12 13 PP 13 PE 13 SA 14 Vento X 34 13 PP 13 PE 13 SA 14 Vento Y NBR 61182001 Ações e fatores de ponderação e combinação 12 14 PP 14 PE 14 SA 112 Vento X 34 14 PP 14 PE 14 SA 112 Vento Y Redução da sobrecarga acidental NBR 6120 Pilar e fundações Pavimentos acima Redução da carga acidental 1 2 e 3 0 4 20 5 40 6 ou mais 60 Carregamse os andares superiores e aplicamse as reduções nos demais SA kgfm² 1 200 2 200 3 200 4 160 5 120 6 80 7 80 8 80 9 80 10 80 11 80 12 80 13 80 Algumas combinações de ações para edifícios residenciais Estado limite de serviço Ações e fatores de ponderação e combinação 1 10 PP 10 PE 03 SA 25 10 PP 10 PE 03 Vento X 69 10 PP 10 PE 03 Vento Y Exercise Resolução qd ρ0 Gk ρq1 Q1 ρq2 Q2 V0