Estruturas de Concreto 1 UFSCar - Conceitos Fundamentais e Segurança Estrutural

PPGECiv UFSCar 22102024 Ricardo Laguardia Justen de Almeida 1 Estruturas de Concreto 1 Professor Ricardo Laguardia Justen de Almeida laguardiaufscarbr Período 20242 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS Departamento de Engenharia Civil Outubro2024 Unidade 1 Conceitos Fundamentais Sumário 2 11 Introdução ao concreto armado 12 Propriedades dos materiais para concreto armado 13 Durabilidade das estruturas de concreto 14 Ações e segurança estrutural Estruturas de Concreto 1 Unidade 1 Conceitos Fundamentais Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida 14 Ações e segurança estrutural 3 Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida As estruturas de concreto armado devem ser projetadas de modo que apresentem segurança satisfatória Atualmente essa segurança está condicionada à verificação dos estadoslimites que são situações em que a estrutura apresenta desempenho inadequado à finalidade da construção ou seja são estados em que a estrutura se encontra imprópria para o uso Queda do viaduto Batalha dos Guararapes na cidade de Belo HorizonteMG em 03072014 Introdução 14 Ações e segurança estrutural 4 O método dos estadoslimites As resistências Rk e as ações Sk assumem uma distribuição normal de probabilidade e são definidas por meio de seus valores característicos Distribuição Normal de Probabilidades PPGECiv UFSCar 22102024 Ricardo Laguardia Justen de Almeida 2 14 Ações e segurança estrutural 5 Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida Consiste em estabelecer limites acima dos quais a estrutura ou parte dela não respeita as condições especificadas para o uso normal da construção ou que impliquem comprometimento da durabilidade caracterizando limites de serviço ou acima dos quais a estrutura ou parte dela será considerada insegura caracterizando limites últimos O método dos estadoslimites Estadoslimites últimos ELU Estadoslimites de serviço ELS ABNT NBR 8681 2003 Ações e segurança nas estruturas Procedimento 14 Ações e segurança estrutural 6 O método dos estadoslimites Estadoslimites últimos ELU Estadoslimites de serviço ELS São aqueles relacionados ao colapso ou a qualquer outra forma de ruína estrutural que determine a paralisação no todo ou em parte do uso da estrutura São aqueles relacionados com a interrupção do uso normal aos danos e à deterioração da estrutura Deformações excessivas Abertura de fissuras Vibrações excessivas Esgotamento da capacidade resistente Instabilidade parcial Instabilidade total 14 Ações e segurança estrutural 7 O método dos estadoslimites Estadoslimites últimos ELU Estadoslimites de serviço ELS 14 Ações e segurança estrutural 8 O método dos estadoslimites Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida Estadoslimites últimos ELU Estadoslimites de serviço ELS PPGECiv UFSCar 22102024 Ricardo Laguardia Justen de Almeida 3 14 Ações e segurança estrutural 9 O método dos estadoslimites No método dos estadoslimites a segurança deve ser verificada para cada elemento estrutural no estado nominal de cálculo onde devese comprovar que a solicitação de cálculo Sd é menor ou igual à resistência de cálculo Rd d d S R A solicitação de cálculo Sd é uma soma ponderada de ações d k g k q S g q ações permanentes ações variáveis coeficientes parciais de segurança Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida combinação de ações 14 Ações e segurança estrutural 10 Ações Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida Ações são causas que provocam esforços ou deformações nas estruturas Exemplos ação da gravidade ação do vento de sismos da temperatura entre várias outras 14 Ações e segurança estrutural 11 Ações Ações Permanentes g Variáveis q Excepcionais e Diretas Indiretas ex peso próprio peso de equipamentos fixos ex retração e fluência do concreto Diretas Indiretas ex cargas acidentais previstas ação do vento ex temperatura ações dinâmicas Significativas variações Pequena variabilidade Curta duração e probabilidade muito baixa de ocorrência ex incêndios sismos enchentes 14 Ações e segurança estrutural 12 Valores usuais para as ações em edificações Peso específico aparente kNm³ Material 778 Aço 19 Argamassa de cal cimento e areia 19 a 23 Argamassa de cimento e areia 12 a 18 Argamassa de gesso 14 Blocos de concreto vazados função estrutural ABNT NBR 6136 Classes A e B 12 Blocos cerâmicos vazados com paredes vazadas função estrutural ABNT NBR 152701 14 Blocos cerâmicos vazados com paredes maciças função estrutural ABNT NBR 152701 25 Concreto armado 24 Concreto simples Pesos específicos de materiais de construção fornecidos na ABNT NBR 6120 2019 PPGECiv UFSCar 22102024 Ricardo Laguardia Justen de Almeida 4 14 Ações e segurança estrutural 13 Valores usuais para as ações em edificações Pesos específicos de alvenarias e divisórias fornecidos na ABNT NBR 6120 2019 14 Ações e segurança estrutural 14 Valores usuais para as ações em edificações A ABNT NBR 6120 2019 define valores mínimos para cargas variáveis em edifícios residenciais e comerciais Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida 14 Ações e segurança estrutural 15 Exemplos Determinar a carga permanente para a seguinte laje utilizando os valores sugeridos de pesos específicos fornecidos pela ABNT NBR 6120 2019 14 Ações e segurança estrutural 16 Exemplos Determinar a carga permanente para a seguinte laje utilizando os valores sugeridos de pesos específicos fornecidos pela ABNT NBR 6120 2019 2 002 28 001 21 003 21 01 25 002 15 056 021 062 250 030 419 kNm 250 60 419 total total total pp total g g g g g PPGECiv UFSCar 22102024 Ricardo Laguardia Justen de Almeida 5 14 Ações e segurança estrutural 17 Segurança estrutural A segurança estrutural deve ser verificada avaliandose a intensidade das ações e a resistência dos materiais representadas respectivamente pela solicitação de cálculo Sd e pela resistência de cálculo Rd d d S R k d m R R k f d S S Coeficientes parciais de segurança coeficientes de ponderação 14 Ações e segurança 18 Segurança estrutural A ideia básica portanto é majorar ações e esforços solicitantes valores representativos das ações resultando nas ações e solicitações de cálculo de forma que a probabilidade desses valores serem ultrapassados seja pequena reduzir os valores característicos das resistências fk resultando nas resistências de cálculo com pequena probabilidade dos valores reais atingirem esse patamar equacionar a situação de ruína fazendo com que o esforço solicitantes de cálculo seja igual à resistência de cálculo d d S R Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida 14 Ações e segurança 19 Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida Segurança estrutural Para edificações usuais de concreto armado d d S R Visão local Fonte KIMURA et al 2022 14 Ações e segurança estrutural 20 Valores de cálculo das ações para os estadoslimites últimos Os coeficientes de majoração ponderação das ações são representados por f e são definidos na ABNT NBR 61182023 item 1171 1 2 3 f f f f f1 fator que representa a variabilidade das ações f2 fator que representa a simultaneidade das ações f3 fator que representa os possíveis erros de avaliação dos efeitos das ações O índice f do parâmetro f pode ser alterado para identificar a ação considerada g para ações permanentes q para ações variáveis p para protensão PPGECiv UFSCar 22102024 Ricardo Laguardia Justen de Almeida 6 14 Ações e segurança estrutural 21 Valores de cálculo das ações para os estadoslimites últimos Fonte ABNT NBR 61182023 Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida 14 Ações e segurança estrutural 22 Valores de cálculo das ações para os estadoslimites últimos Fonte ABNT NBR 61182023 Quando houver apenas uma ação 0 f2 10 14 Ações e segurança estrutural 23 Valores de cálculo das ações para os estadoslimites últimos Os valores de cálculo das ações Fd são obtidos a partir dos valores representativos Fk multiplicandoos pelos respectivos coeficientes de ponderação f d f k F F Exemplo 2 2 10 kNm 10 5 3125 kN m 8 8 14 3125 4375 kN m k k Sk Sd g q ql M M 14 Ações e segurança estrutural 24 Valores de cálculo das resistências para os estadoslimites últimos Os coeficientes de minoração ponderação das resistências são representados por m e são definidos na ABNT NBR 61182023 item 124 1 2 3 m m m m m1 fator que representa a variabilidade da resistência efetiva do material m2 fator que considera as diferenças entre a resistência do material na estrutura e a resistência medida convencionalmente em corpos de prova padronizados m3 fator que representa os desvios gerados na construção e as aproximações feitas em projeto do ponto de vista da resistência Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida PPGECiv UFSCar 22102024 Ricardo Laguardia Justen de Almeida 7 14 Ações e segurança estrutural 25 Valores de cálculo das resistências para os estadoslimites últimos Os coeficientes de minoração das resistências são indicados por m sendo c para o concreto s para o aço Os valores para verificação no estadolimite último estão indicados abaixo ABNT NBR 61182023 item 124 14 ck ck cd cd c f f f f 115 yk yk yd yd s f f f f 14 Ações e segurança estrutural 26 Combinações de ações A combinação de ações tem como objetivo levar em consideração a probabilidade de ocorrência simultânea não desprezível das ações durante um período estabelecido Efeitos mais desfavoráveis para o elemento estrutural Diferentes combinações Combinações últimas Combinações de serviço As ações incluídas em cada combinação devem ser consideradas com seus valores representativos multiplicados pelos respectivos coeficientes de ponderação Estadoslimites últimos Estadoslimites de serviço 14 Ações e segurança estrutural 27 Combinações de ações Combinações últimas Normais Especiais ou de construção Excepcionais 1 0 0 d g gk g gk q q k j qjk q qk F F F F F F 1 0 0 d g gk g gk q q k j qjk q qk F F F F F F 1 0 0 d g gk g gk q exc q j qjk q qk F F F F F F 0 0 14 Ações e segurança estrutural 28 Combinações de ações Combinações últimas Normais 1 0 0 d g gk g gk q q k j qjk q qk F F F F F F 0 0 1 0 d g gk q q k j qjk F F F F Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida Ação variável principal AVP Ação variável secundária AVS PPGECiv UFSCar 22102024 Ricardo Laguardia Justen de Almeida 8 14 Ações e segurança estrutural 29 Exercício Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida Para um edifício residencial defina as combinações críticas momentos fletores máximos e mínimos em módulo para o dimensionamento à flexão de uma viga considerando que momentos fletores característicos descritos abaixo Admita que as ações podem ter efeito favorável ou desfavorável Ações permanentes Mgk 786kNm Ação variável de utilização Mqk 453 kNm Ação variável do vento Mvk 697 kNm a depender da direção do vento A ação variável deve ser multiplicada pelo coeficiente f 14 se for considerada desfavorável ou f 00 ou seja não participa do cálculo se for considerada favorável Referências bibliográficas 30 ARAÚJO J M 2023 Curso de Concreto Armado 5ª edição Rio Grande Editora Dunas 2023 v 1 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 6118 Projeto de estruturas de concreto Rio de Janeiro 2023 242p CARVALHO R C FILHO J R F 2024 Cálculo e Detalhamento de Estruturas Usuais de Concreto Armado Segundo a NBR 61182023 5ª edição São Carlos EdUFSCar 2024 479p KIMURA A E PARSEKIAN G A ALMEIDA L C SANTOS S H C BITTENCOURT T N 2022 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Volume 1 Capítulos Básicos B1 a B9 1ª edição São Paulo IBRACON 2022 v 1 665p SÁLESJJ NETOJM MALITEM Segurança nas Estruturas Rio de Janeiro Elsevier 2ªed 2015 Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Estruturas de Concreto 1 Prof Ricardo Laguardia Justen de Almeida