Capítulo 05 Ações e Segurança

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AÇÕES E SEGURANÇA NAS ESTRUTURAS
DEFINIÇÃO DOS ESTADOS LIMITES
As obras são construídas para resistir, com uma conveniente margem de segurança, a todas as solicitações oriundas de carregamentos aplicados ou de deformações impostas durante o período de construção e de uso posterior, além de não apresentar deformações excessivas que possam comprometer o conforto de sua utilização, ou indesejável grau de fissuração que venha a diminuir a sua durabilidade.
Dizemos que uma estrutura atingiu um estado limite quando ela apresenta desempenho inadequado às finalidades da construção. Os estados limites são divididos em duas categorias: estados limites últimos e estados limites de serviço.
ESTADOS LIMITES ÚLTIMOS
Os estados limites últimos são aqueles que correspondem ao esgotamento da capacidade portante da estrutura, em parte ou no todo, determinando a paralisação do uso da construção. Os estados limites últimos são caracterizados por:
perda de equilíbrio, global ou parcial, admitida a estrutura como um corpo rígido;
ruptura ou deformação plástica excessiva dos materiais;
transformação da estrutura, no todo ou em parte, em sistema hipostático;
instabilidade por deformação;
instabilidade dinâmica.
ESTADOS LIMITES DE SERVIÇO
Os estados limites de serviço são aqueles que, mesmo não tendo esgotado a capacidade portante da estrutura, sua ocorrência, repetição ou duração, causam efeitos estruturais que não respeitam as condições especificadas para o uso normal da construção, ou que são indícios de comprometimento da durabilidade da estrutura. Os estados limites de serviço são caracterizados por:
danos ligeiros ou localizados, que comprometam o aspecto estético da construção ou a durabilidade da estrutura;
deformações excessivas que afetem a utilização normal da construção ou seu aspecto estético;
vibração excessiva ou desconfortável.
AÇÕES
Definimos como ação, qualquer coisa que provoque 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.
CLASSIFICAÇÃO DAS AÇÕES
Para o estabelecimento das regras de combinação das ações, estas são classificadas segundo sua variabilidade no tempo em três categorias:
Permanente;
Variáveis;
Excepcionais.
AÇÕES PERMANENTES
Ações permanentes são aquelas que ocorrem com valores constantes ou de pequena variação em torno de sua média, durante praticamente toda a vida da construção. Existem dois tipos de ações permanentes:
ações permanentes diretas: os pesos próprios dos elementos da construção, incluindo-se 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;
ações permanentes indiretas: a protensão, os recalques de apoio, a retração dos materiais, a fluência e imperfeições geométricas (locais e globais).
AÇÕES VARIÁVEIS
Ações variáveis são aquelas que ocorrem com valores que apresentam variações significativas em torno de sua média, durante a vida da construção. As ações variáveis também são divididas em diretas e indiretas.
ações variáveis diretas: cargas acidentais previstas para o uso da construção, ação do vento, ação da água e ações variáveis durante a construção.
ações variáveis indiretas: variações uniformes de temperatura, variações não uniformes de temperatura e ações dinâmicas.
Ações excepcionais
Ações excepcionais são as que têm duração extremamente curta e muito baixa probabilidade de ocorrência durante a vida da construção, mas que devem ser consideradas nos projetos de determinadas estruturas.
Consideram-se como excepcionais as ações decorrentes de causas tais como explosões, choques de veículos, incêndios, enchentes ou sismos excepcionais.
VALORES DAS AÇÕES
VALORES CARACTERÍSTICOS
Os valores característicos Fk das ações são definidos em função da variabilidade de suas intensidades.
- Para as ações permanentes, os valores característicos, Fgk, devem ser adotados iguais aos valores médios das respectivas distribuições de probabilidade, sejam valores característicos superiores ou inferiores.
- Os valores característicos das ações variáveis, Fqk, 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, isso significa que o valor característico Fqk é o valor com período médio de retorno de 200 anos a 140 anos, respectivamente.
VALORES REPRESENTATIVOS
As ações são quantificadas por seus valores representativos, que podem ser:
	- Valores característicos;
	- Valores convencionais excepcionais;
	- Valores reduzidos, em função da combinação de ações.
		ELU-ψ0Fk
		ELS- ψ1Fk e ψ2Fk
VALORES DE CÁLCULO
Os valores de cálculo Fd das ações são obtidos a partir dos valores representativos, multiplicando-os pelos respectivos coeficientes de ponderação γf.
COEFICIENTES DE PONDERAÇÃO DAS AÇÕES
As ações devem ser majoradas pelo coeficiente de γf= γf1.γf2.γf3, onde:
γf1 - leva em conta a variabilidade das ações;
	γf2 - leva em conta a simultaneidade das ações;
γf3 - considera os possíveis erros de avaliação dos efeitos das ações, seja por problemas construtivos, seja por deficiência do método de cálculo empregado.
5.2.3.1-NO ESTADO LIMITE ÚLTIMO
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 γg, γq, γp, γЄ, respectivamente para as ações permanentes, para as ações diretas variáveis, para a protensão e para os efeitos de deformações impostas (ações indiretas).
Os valores do coeficiente γf=γf1.γf3 são apresentados na tabela seguinte.
	Combinações de
ações
	Ações
	
	Permanentes
(g)
	Variáveis
(q)
	Protensão
(p)
	Recalques de apoio e
retração
	
	D1)
	F
	G
	T
	D
	F
	D
	F
	Normais
	1,4
	1,0
	1,4
	1,2
	1,2
	0,9
	1,2
	0
	Especiais ou de
construção
	1,3
	1,0
	1,2
	1,0
	1,2
	0,9
	1,2
	0
	Excepcionais
	1,2
	1,0
	1,0
	0
	1,2
	0,9
	0
	0
	Onde:
D é desfavorável, F é favorável, G é geral e T é temporária.
1) Para as cargas permanentes de pequena variabilidade, como o peso próprio das estruturas, especialmente as pré-moldadas, esse coeficiente pode ser reduzido para 1,3.
	A tabela seguinte mostra os valores de γf2.
	Ações
	γf2
	
	Ψ0
	Ψ11)
	Ψ2
	Cargas
acidentais de
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 2)
	0,5
	0,4
	0,3
	
	Locais em que há predominância de pesos de equipamentos que permanecem fixos por longos períodos de tempo, ou de elevada concentração de pessoas 3)
	0,7
	0,6
	0,4
	
	Biblioteca, arquivos, oficinas e garagens
	0,8
	0,7
	0,6
	Vento
	Pressão dinâmica do vento nas estruturas em geral
	0,6
	0,3
	0
	Temperatura
	Variações uniformes de temperatura em relação à média anual local
	0,6
	0,5
	0,3
	1) Para os valores de Ψ1 relativos às pontes e principalmente aos problemas de fadiga, ver seção 23 da NBR 6118/2014.
2) Edifícios residenciais.
3) Edifícios comerciais, de escritórios, estações e edifícios públicos.
5.2.3.2-NO ESTADO LIMITE DE SERVIÇO
	Em geral, o coeficiente de ponderação das ações para estados limites de serviço é dado pela expressão:
		
			γf= γf2
onde:
γf2 tem valor variável conforme a verificação que se deseja fazer (tabela acima):
γf2 = 1 para combinações raras;
γf2 = Ψ1 para combinaçõesfreqüentes;
γf2 = Ψ2 para combinações quase permanentes.
5.2.4-COMBINAÇÕES DE AÇÕES
Um carregamento é definido pela combinação das ações que têm probabilidades não desprezíveis de atuarem simultaneamente sobre a estrutura, durante um período preestabelecido.
A combinação das ações deve ser feita de forma que possam ser determinados os efeitos mais desfavoráveis para a estrutura; a verificação da segurança em relação aos estados limites últimos e aos estados limites de serviço deve ser realizada em função de combinações últimas e combinações de serviço, respectivamente.
5.2.4.1-COMBINAÇÕES ÚLTIMAS
Uma combinação última pode ser classificada em normal, especial ou de construção e excepcional.
5.2.4.1.1-Combinações últimas normais
Em cada combinação devem estar incluídas as ações permanentes e a ação variável principal, com seus valores característicos e as demais ações variáveis, consideradas como secundárias, com seus valores reduzidos de combinação, conforme NBR 8681.
5.2.4.1.2-Combinações últimas especiais ou de construção
Em cada combinação devem estar presentes as ações permanentes e a ação variável especial, quando existir, com seus valores característicos e as demais ações variáveis com probabilidade não desprezível de ocorrência simultânea, com seus valores reduzidos de combinação, conforme NBR 8681.
5.2.4.1.3-Combinações últimas excepcionais
Em cada combinação devem figurar as ações permanentes e a ação variável excepcional, quando existir, com seus valores representativos e as demais ações variáveis com probabilidade não desprezível de ocorrência simultânea, com seus valores reduzidos de combinação, conforme NBR 8681. Nesse caso se enquadram, entre outras, sismo, incêndio e colapso progressivo.
5.2.4.1.4-Combinações últimas USUAIS
Para facilitar a visualização, essas combinações estão dispostas na tabela abaixo.
	Combinações últimas (ELU)
	Descrição
	Cálculo das solicitações
	Normais
	Esgotamento da capacidade resistente para elementos estruturais de concreto armado1)
	
	
	Esgotamento da capacidade resistente para elementos estruturais de concreto protendido
	Deve ser considerada, quando necessário, a força de protensão como carregamento externo com os valores Pkmáx e Pkmin para a força desfavorável e favorável,
respectivamente
	
	Perda do equilíbrio como corpo rígido
	
, onde: 
	Especiais ou de construção 2)
	
	Excepcionais 2)
	
Onde:
Fd é o valor de cálculo das ações para combinação última;
Fgk representa as ações permanentes diretas;
Fεk representa as ações indiretas, permanentes como a retração Fεgk e variáveis como a temperatura Fεqk;
Fqk representa as ações variáveis diretas das quais Fq1k é escolhida principal;
Fsd representa as ações estabilizantes;
Fnd representa as ações não estabilizantes;
Gsk é o valor característico da ação permanente estabilizante;
Rd é o esforço resistente considerado como estabilizante, quando houver;
Gnk é o valor característico da ação permanente instabilizante;
Qnk é o valor característico das ações variáveis instabilizantes;
Q1k é o valor característico da ação variável instabilizante considerada como principal;
ψojQjk são as demais ações variáveis instabilizantes, consideradas com seu valor reduzido;
Qs,min é o valor característico mínimo da ação variável estabilizante que acompanha obrigatoriamente uma ação variável instabilizante.
1) No caso geral, devem ser consideradas inclusive combinações onde o efeito favorável das cargas permanentes seja reduzido pela consideração de γg=1,0. No caso de estruturas usuais de edifícios essas combinações que consideram γg reduzido (1,0) não precisam ser consideradas.
2) Quando Fg1k ou Fg1exc atuarem em tempo muito pequeno ou tiverem probabilidade de ocorrência muito baixa ψ0j, pode ser substituído por ψ2j.
5.2.4.2-COMBINAÇÕES DE SERVIÇO
5.2.4.2.1-CLASSIFICAÇÃO
São classificadas de acordo com sua permanência na estrutura e devem ser verificadas como estabelecido a seguir:
a) quase permanentes: podem atuar durante grande parte do período de vida da estrutura e sua consideração pode ser necessária na verificação do estado limite de deformações excessivas;
b) freqüentes: se repetem muitas vezes durante o período de vida da estrutura e sua consideração pode ser necessária na verificação dos estados limites de formação de fissuras, de abertura de fissuras e de vibrações excessivas. Podem também ser consideradas para verificações de estados limites de deformações excessivas decorrentes de vento ou temperatura que podem comprometer as vedações;
c) raras: ocorrem algumas vezes durante o período de vida da estrutura e sua consideração pode ser necessária na verificação do estado limite de formação de fissuras.
5.2.4.2.2-COMBINAÇÕES USUAIS DE SERVIÇO
Para facilitar a visualização, essas combinações estão dispostas na tabela abaixo.
	Combinações de serviço (ELS)
	Descrição
	Cálculo das solicitações
	Combinações quase
permanentes de serviço (CQP)
	Nas combinações quase permanentes de serviço, todas as
ações variáveis são consideradas com seus valores quase
permanentes ψ2Fqk
	
	Combinações freqüentes de serviço (CF)
	Nas combinações freqüentes de serviço, a ação variável principal Fq1 é tomada com seu valor freqüente ψ1Fq1k e todas as demais ações variáveis são tomadas com seus valores quase permanentes ψ2Fqk
	
	Combinações raras de serviço (CR)
	Nas combinações raras de serviço, a ação variável principal Fq1
é tomada com seu valor característico Fq1k e todas as demais ações são tomadas com seus valores freqüentes ψ1Fqk
	
	Onde:
Fd,ser é o valor de cálculo das ações para combinações de serviço;
Fq1k é o valor característico das ações variáveis principais diretas;
ψ1 é o fator de redução de combinação freqüente para ELS;
ψ2 é o fator de redução de combinação quase permanente para ELS.
5.3-RESISTÊNCIAS
Da mesma forma que as ações, as resistências também possuem valores característicos e valores de cálculo.
5.3.1-VALORES CARACTERÍSTICOS
	Segundo a NBR 6118:2014, item 12.2, 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.
Para a NBR 6118:2014, a resistência característica inferior é admitida como sendo o valor que tem apenas 5% de probabilidade de não ser atingido pelos elementos de um dado lote de material.
5.3.2-VALORES DE CÁLCULO
	Segundo a NBR 6118:2014, item 12.3, a resistência de cálculo fd é dada pela seguinte expressão:
			
onde;
	fd é a resistência de cálculo;
	fk é a resistência característica;
	γm é o coeficiente de ponderação das resistências.
5.3.3-COEFICINTES DE PONDERAÇÃO DAS RESISTÊNCIAS
	Segundo o item 12.4 da NBR 6118:2014, as resistências devem ser minoradas pelo coeficiente:
			
onde:
γm1 - parte do coeficiente de ponderação das resistências γm, que considera a variabilidade da resistência dos materiais envolvidos;
γm2- parte do coeficiente de ponderação das resistências γm, que considera a diferença entre a resistência do material no corpo-de-prova e na estrutura
γm3- parte do coeficiente de ponderação das resistências γm, que considera os desvios gerados na construção e as aproximações feitas em projeto do ponto de vista das resistências.
5.3.3.1-COEFICINTES DE PONDERAÇÃO DAS RESISTÊNCIAS NO ESTADO LIMITE ÚLTIMO (ELU)
Os valores para verificação no estado limite último estão indicados na tabela abaixo:
	Combinações
	Concreto
γc
	Aço
γsNormais
	1,4
	1,15
	Especiais ou de construção
	1,2
	1,15
	Excepcionais
	1,2
	1,0
5.3.3.2-COEFICINTES DE PONDERAÇÃO DAS RESISTÊNCIAS NO ESTADO LIMITE DE SERVIÇO (ELS)
De acordo com a NBR 6118:2014, item 12.4.2, Os limites estabelecidos para os estados limites de serviço não necessitam de minoração, portanto, γm=1,0.
5.3.4-VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA
	Segundo o item 12.5 da NBR 6118:2014, Na verificação da segurança das estruturas de concreto devem ser atendidas as condições construtivas e as condições analíticas de segurança.
	No que diz respeito às questões construtivas, devem ser atendidas as exigências estabelecidas nos critérios de detalhamento, nas normas de controle dos materiais e no controle de execução da obra.
As condições analíticas de segurança estabelecem que as resistências não devem ser menores que as solicitações e devem ser verificadas em relação a todos os estados limites e todos os carregamentos especificados para o tipo de construção considerada, ou seja, em qualquer caso deve ser respeitada a condição:
		Rd ≥ Sd
onde:
	Rd são os valores de cálculo dos esforços resistentes;
	Sd são os valores de cálculo dos esforços solicitantes.
Os valores de cálculo dos esforços resistentes são determinados a partir dos valores de cálculo das resistências dos materiais adotados no projeto, ou das tensões resistentes de cálculo. 
As solicitações de cálculo são calculadas, para a combinação de ações considerada, de acordo com a análise estrutural.
Para a verificação do estado limite último de perda de equilíbrio como corpo rígido, Rd e Sd devem assumir os valores de cálculo das ações estabilizantes e desestabilizantes respectivamente.
	
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