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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo III – Método de Dimensionamento MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 40 III.1 A FILOSOFIA DO DIMENSIONAMENTO A conversão das ações externas de uma construção, em tensões internas(i, j) nas tênues fibras(i, j) dimensionantes, de suas mais solicitadas seções (h), dos seus elementos(h) representativos que estruturam os diferentes grupos, níveis, planos e partes, da estrutura(g) que sustentará esta construção, possui um só fim: Dimensionar, com segurança, contenção de recursos e desempenho qualificado, as construções da Engenharia Estrutural. Esta, já não mais restrita às barragens, pontes e prédios da Engenharia Civil, destaca-se ainda na Indústria Aeroespacial e Naval. Transformar carregamentos da construção, em tensões atuantes nas suas infinitesimais fibras, configura êxito de secular trajetória que consumiu esforço de muitos. Originando-se nos trabalhos de Leonardo da Vinci(a), Galileu Galilei(b) e seu estudo de viga(c); impulsionados por Robert Hooke(?d), Daniel Bernoulli(e), Claude Navier(f) e vários outros, constituiu-se ao fim a moderna Mecânica dos Sólidos e a Análise Estrutural(g) com seus evoluídos recursos atuais. Dimensionar uma seção de um elemento estrutural é, em essência, comparar as tensões atuantes obtidas pela Análise Estrutural, com as que o material demonstra, em ensaios prévios de laboratório, ser capaz de resistir. Figura 1 – A Formação da Filosofia do Dimensionamento a b c d e f g h i j UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo III – Método de Dimensionamento MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 41 O resultado da comparação por meio das inequações abaixo, estas calibradas por coeficientes de segurança normalizados, aponta para a ratificação da seção (inequação 1); a inevitabilidade (2); ou a conveniência (3) do ajuste de suas características. Após eventuais ajustes no elemento e seu grupo, encerra-se então o dimensionamento com seções seguras e comprovadas, que traduzem a ponderação das duas exigências fundamentais para a estrutura: Segurança com economia. oração resistente ensaios majoração atuante seção min seção segura e econômica (1) oração resistente ensaios majoração atuante seção min seção insegura (2) oração resistente ensaios majoração atuante seção min seção segura e antieconômica (3) A evolução e aplicação desta filosofia de fundo cartesiano, em que se fragmenta o problema global (ação externa na estrutura projetada) sucessivamente, até sua menor parte (fibras da seção do elemento), para que então sua solução (obtenção de tensões atuantes) abra caminho para resolução do todo, acomodou-se bem ao dimensionamento de estruturas em aço, material homogêneo cujo emprego precedeu e se superpõe ao do concreto armado. Métodos assim formulados são denominados “Clássicos” ou das “Tensões Admissíveis” e, simplificadamente, o nível de segurança das estruturas por meio deles alcançada, poderia ser avaliado pelo produto dos coeficientes “g” aplicados nos dois membros da inequação. Este produto mediria o afastamento da estrutura carregada, de seu provável colapso. oraçãomajoraçãoSegurançadeQuantidade min (4) A heterogeneidade do concreto armado, composto por materiais tão distintos em suas resistências e módulos de deformação, torna inadequada a comparação de tensões. Assim, impôs-se gradativamente o desenvolvimento de uma filosofia específica para dimensionamento do concreto armado. A partir de ensaios de laboratório e com abordagem semi-probabilística são obtidas as solicitações resistentes (no instante da ruptura), em lugar das tensões resistentes oriundas de ensaios. Formou-se assim o “Método dos Estados Limites” no qual, basicamente, se mantiveram os procedimentos apresentados, com exceção da utilização de tensões, UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo III – Método de Dimensionamento MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 42 que foram substituídas por seus entes precedentes no processo de fragmentação; as solicitações. Além disto, desenvolveu-se um meio de adicionar “qualidades” a “quantidade” de segurança. Desta forma, a estrutura além de “segura sem excesso” é estudada para ser adequada (“qualificada”) no desempenho de suas funções em serviço. Os desafios dessa filosofia passam então a ser a realização de ensaios em elementos de concreto armado e, mais especificamente, a formação de modelos de dimensionamento, associados à construção de ferramentas de cálculo, para que sejam determinadas as solicitações resistentes em seções. oração resistente elos majoração atuante seção S S min mod seção segura e econômica (5) oração resistente elos majoração atuante seção S S min mod seção insegura (6) oração resistente elos majoração atuante seção S S min mod seção segura e antieconômica (7) Quadro1- Métodos de Dimensionamento das Seções Etapas Principais dos Métodos de Dimensionamento para Materiais Homogêneos 1 2 3 4 5 6 7 A Análise Estrutural fornece A Resistência dos Materiais fornece Obtém-se as razões Especifica-se o material A normalização prescreve Obtém-se a razão Comparam-se Solicitações atuantes: Características Mecânicas Tensões atuantes Tensões características Coeficientes de Segurança Tensões admissíveis Tensões Atuan. x Adm. S A J Cg Ws Wi = S / (A,W) k adm = k / adm Etapas Principais dos Métodos de Dimensionamento para Materiais Não Homogêneos 1 2 3 4 5 6 7 A Análise Estrutural fornece A Normalização prescreve Obtém-se o produto Especifica-se o material A Normalização prescreve Obtém-se a razão Usando-se dim impõe-se a igualdade Solicitações Características Coeficientes de Majoração de Solicitações Solicitações de Dimensiona- mento Tensões Características Coeficientes de Minoração de Resistência Tensões de Dimensiona- mento Resistências de Dimensionamen -to na Ruptura Sk maj Sd = maj x S k min dim=k /min Rd= Sd UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo III – Método de Dimensionamento MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 43 III.2 O MÉTODO DOS ESTADOS LIMITES III.2.1 – Objetivos e Delineamento do Método O Método dos Estados Limites objetiva proporcionar segurança qualificada às estruturas de concreto por meio dele dimensionadas, dotando-as de três requisitos: 1º. Segurança (econômica) à ruptura. 2º. Desempenho adequado em serviço. 3º. Durabilidade em vida útil. O primeiro requisito se atinge por técnicas (modelos e ferramentas de cálculo)de dimensionamentos à ruptura; o segundo via técnicas (idem) de verificações em serviço e o terceiro por especificações apropriadas do concreto e cobrimentos de armações, face à agressividade do ambiente. Na fase de detalhamento das armaduras estes requisitos, já garantidos em seções, são então estendidos para os elementos estruturais às quais estas pertencem e daí, para a estrutura em sua totalidade. Os dimensionamentos na ruptura, que garantem a segurança, se fazem por esgotamento da capacidade resistente das seções, colocando-as em condições limites que lhes conduzem à ruptura técnica por um de seus dois componentes, aço ou concreto, e daí afastando-as por meio de coeficientes de segurança apropriados. Estas condições limites são denominadas “Estados Limites Últimos” (ELUs). As verificações das condições de serviço, que garantem desempenho adequado às seções e capacidade de servir apropriadamente as suas finalidades, também são feitas em limites; os “Estados limites de Serviço” (ELSs). Os Estados Limites a seguir definidos são fronteiras que, atingidas, tornam seções, elementos e estruturas inseguras ou inadequadas. Os ELUs podem levar efetivamente o elemento ou a estrutura ao colapso de fato. Já os ELSs, embora possam com o tempo, não a levam em princípio. A vantagem de se dimensionar e verificar estruturas nestes limites decorre do fato, de que os coeficientes de segurança que daí as afastam podem ser calibrados para afastamento ponderado (sem excesso). ELUs: São 6 vias pelas quais seções ou elementos atingem a ruptura técnica ou o colapso de fato. ELSs: São 3 vias pelas quais seções, elementos ou a própria estrutura deixam de apresentar desempenho adequado ao uso, por motivos de funcionalidade, conforto ou estéticos. UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo III – Método de Dimensionamento MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 44 Em termos gerais, os ELUs são mais graves e os ELSs mais brandos. Os coeficientes de segurança que separam as condições de ruptura ou inadeqüabilidade das estruturas, de seu funcionamento seguro e qualificado, refletem tais intensidades; ou seja, coeficientes mais rigorosos aplicam-se aos ELUs e mais leves aos ELSs. Estatisticamente, de forma contrária à abordagem determinística dos métodos clássicos, adota-se no MEL tratamento semi-probabilístico no qual, simplificações dos modelos da análise estrutural, dimensões dos elementos, ações que geram solicitações e resistências dos materiais, são admitidas como variáveis dentro de certa faixa de valores e tolerâncias. Fixam-se para estas, valores característicos com o mesmo princípio probabilístico já exposto na definição estatística de fck. Ponderando segurança e economia, os valores fixados pela NBR6118 estão essencialmente ligados a cada categoria de Estados Limites. Assim, seguindo a divisão dos grupos de estados limites, os coeficientes de ponderação também são divididos em duas categorias Coeficientes dos ELUs: Constituídos de valores mais severos, já que sua função principal é a de evitar a ruptura da estrutura. Coeficientes dos ELSs: Constituídos de valores mais brandos, já que não se relacionam, em princípio, com o colapso da estrutura. Os grupos de coeficientes de ponderação subdividem-se em três classes: o gf -Coeficientes de ponderação de ações e solicitações: Cobrem incertezas quanto às aproximações da análise estrutural e tolerâncias de execução. Abrem-se em quatro tipos, função da origem da solicitação: Ações permanentes, variáveis, protensão e deformações impostas. o Ψi -Coeficientes redutores de combinações: Cobrem incertezas quanto à dispersão de ações, simultaneidade de ocorrência. Desdobram-se em três níveis em função da origem das combinações de ações variáveis que minoram: Ações acidentais, vento e temperatura. o gm -Coeficientes de ponderação de resistência de materiais: Cobrem incertezas quanto às condições de fabricação, diferenças entre resistências medidas em ensaios e reais; imprecisões em suas correlações. Minoram ou mantém as resistências dos dois materiais. Desdobram-se em dois tipos: coeficientes do concreto e do aço. UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo III – Método de Dimensionamento MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 45 Os coeficientes de ponderação foram estatisticamente estudados para proporcionar balanceamento apropriado entre os objetivos concorrentes que se encontram presentes: Segurança e economia. Na medida em que se maximiza um, minimiza-se outro. Ambos são necessários e prioriza-se a segurança, sem, entretanto, buscá-la de forma absoluta e total. Assume-se então um risco calculado por tratamento semi-probabilístico, no qual a economia exerce certo peso. Os valores dos coeficientes fixados pela NBR6118 proporcionam baixa probabilidade de ocorrência de ruptura ou inadequabilidade estrutural, com custos adequados à realidade nacional. Quadro 2- Princípios do Dimensionamento do Concreto Armado Método dos Estados Limites 1 2 3 4 5 6 7 A Análise Estrutural fornece A NBR-6118 prescreve Obtém-se o produto Especifica-se Concreto e Aço A NBR-6118 prescreve Obtém-se a razão Usando-se fcd e fyd impõe-se a igualdade Solicitações em Serviço: Sk Coeficientes de Ponderação de Solicitações Solicitações de Dimensiona- mento Tensões Características Coeficientes de Ponderação de Resistências Tensões de Dimensiona- mento Solicitações Últimas na Ruptura: Sr Mk Nk Vk Tk f Msd=f x Mk Nsd=f x Nk Vsd=f x Vk Tsd=f x Tk fck fyk c s fcd= fck /c fyd= fyk /s Mrd= Msd Nrd= Nsd Vrd= Vsd Trd= Tsd Nos ELUs as solicitações de dimensionamento são obtidas por 3 combinações denominadas normais, construtivas ou excepcionais e seus coeficientes de ponderação retratam estas condições. Nos ELSs, as solicitações para verificações se obtêm também em 3 diferentes combinações; quase permanentes, frequentes e raras; com coeficientes cujas intensidades também buscam refletir estas situações. As divisões, desdobramentos e subdivisões dos coeficientes de segurança permitem impor uma dosagem afinada e ponderada às necessidades do binômio segurança-economia. Como exemplo, verifica-se que a divisão dos coeficientes redutores das combinações em três tipos, possui, dentre outras, a função de minimizar para os ELSs as solicitações variáveis de diferentes origens, buscando simular a baixa probabilidade de ocorrência simultânea destas em seus valores extremos. Ainda como exemplo, cita-se o desdobramento dos coeficientes de ponderação dos materiais, que permitem dispensar tratamento diferenciado aos dois componentes do concreto armado. Ao aço, por sua ductilidade e melhores condições de controle, aplica-se minoração mais leve que a imposta ao concreto, por sua ruptura frágil e condições de fabricação. UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo III – Método de Dimensionamento MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 46 Existem duas maneiras de se estudarem seções de elementos estruturais. Uma é denominada dimensionamento e outra verificação. As seções de concreto armado são dimensionadas nosELUs e posteriormente verificadas para os ELSs. O dimensionamento de uma seção parte do conhecimento prévio de três características pré-definidas nas etapas de Concepção e Análise Estrutural: 1º. Dimensões da seção: larguras (mesa, alma), alturas, diâmetros etc. 2º. Especificação dos materiais envolvidos: concreto (fck) e aço (fyk) 3º. Solicitações atuantes máximas na seção: Sk Este procedimento segue então com 3 objetivos distintos e encadeados: 1º. Confirmar ou alterar (majorando ou minorando) as dimensões pré-fixadas. 2º. Confirmar ou alterar a especificação dos materiais envolvidos; fck; fyk. 3º. Calcular a quantidade de aço necessária ao funcionamento da seção: As. Já as verificações partem em geral de seções já dimensionadas (As conhecidos) ou de seções nas quais sejam estimadas as quantidades de aço. Estas verificações permitem confirmar ou alterar os 3 dados supra, e em especial ratificam ou modificam o 3º, as quantidades de aço obtidas pelo dimensionamento, definindo detalhadamente suas características: bitola, espaçamento, cobrimento, tensão e posicionamento. III.2.2 – Os Dimensionamentos de Segurança (Econômica) A segurança da estrutura e seus elementos é alcançada ao se dimensionar suas seções, impondo-se pela inequação 8, sua ruptura por um dos ELUs abaixo, e deles afastando-as por coeficientes de ponderação das funções 9 e 10, indicados nas tabelas 1, 2, 3 e 4. 1º. Ruptura da seção por compressão do concreto. 2º. Ruptura da seção por deformação da armadura de tração. 3º. Ruptura da seção por fadiga (principalmente da armadura). 4º. Ruptura do elemento estrutural por instabilidade elástica. 5º. Desequilíbrio da estrutura como corpo rígido. 6º. Colapso progressivo da estrutura. UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo III – Método de Dimensionamento MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 47 Tecnicamente, o concreto rompe à compressão com tensão 0,85fcd e deformação correspondente de 3,50/00. O aço rompe, tecnicamente, por alongamento excessivo em 10 0/00 de deformação e tensão correspondente de fyd. Estas duas formas de ruptura são as possíveis e devem ser examinadas no dimensionamento de solicitações de flexão (lajes, vigas, sapatas, blocos), de cortante (vigas) e torsor (vigas), bem como suas combinações (flexo-compressão: pilares, estacas). Como o aço suporta, sem romper, alongamentos de 5 (CA60) a 18 (CA25) vezes maiores que 10 0/00, o ELU por sua deformação pode ser considerado, de fato, uma ruptura por incapacidade do concreto, frágil, de acompanhar alongamentos superiores sem fissurar-se de forma exagerada e nociva ao próprio aço. Este estado limite configura, portanto, um primeiro passo no controle da fissuração do concreto. A ruptura por fadiga decorre da modificação progressiva do material por oscilação de tensões produzidas por ações dinâmicas repetidas e deve ser verificada em elementos sob tensões cíclicas advindas de ações repetitivas. É controlada pela redução das tensões no aço. Como se vê na figura 2 o fenômeno é expresso por curvas(i, j) de número de ciclos e tensões de ruptura. Tecnicamente, a ruptura por instabilidade elástica ocorre em elementos comprimidos axial ou excentricamente(m) por efeito de 2ª ordem. Pode acontecer, e deve ser examinada, em pilares e pórticos. Garantida a estabilidade do elemento, sua ruptura recai em uma das duas anteriores. O desequilíbrio da estrutura como corpo rígido(h) é provocado por ações externas desestabilizantes e deve ser dimensionada para tombamento (contenções), deslizamento (contenções) ou flutuação (lajes de sub-pressão). O colapso progressivo(o, q) é desencadeado em um elemento pelo colapso real de outro. Falhas graves de projeto, materiais, construção, uso, conservação(k) ou fatores excepcionais(p, r) e mesmo naturais(a), isolada ou acumuladamente, podem reduzir resistências ou amplificar ações e solicitações em uma estrutura, invadir e exceder sua faixa de risco, consumir suas reservas de segurança, comprometer sua durabilidade e conduzi-la ao colapso real por uma das 6 vias descritas. Desencadeiam-se então, desde acidentes de pouco alcance, à desastres e tragédias de severas proporções(k, r). Algumas formas de colapso exibem antecipadamente sintomas que os prenunciam. Providências podem então ser tomadas em tempo hábil, de forma que vidas, bens materiais e a própria construção sejam salvas de um acidente “avisado”. A ruptura por alongamento excessivo da armadura de flexão, normalmente precedida de deslocamentos (flechas) significativos e fissuração exagerada exemplifica este caso. Outros tipos de colapso, em especial a ruptura do concreto por compressão(b, g) e a fadiga do aço, normalmente não emitem sinais prévios, configurando assim maior perigo. O dimensionamento de vigas no ELU de compressão, mesmo não proibido, é usualmente evitado por técnica de armadura dupla e prescrições de norma (caso de cortante e torsor). A ruptura real por fadiga do aço se dá por trincas que se iniciam e propagam quando a quantidade de ciclos de tensão supera seu limite de resistência. UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo III – Método de Dimensionamento MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 48 Figura 2 – ELUs e Colapsos Reais d b c e f g h i j k l m n o p q r UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo III – Método de Dimensionamento MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 49 Todo o mecanismo de dimensionamento depende essencialmente da determinação de solicitações resistentes (últimas) Rd de ruptura das seções. Para o cálculo das resistências de dimensionamento na ruptura, Rd, em seções de elementos estruturais de materiais não homogêneos como o concreto armado, tornam-se, como já visto, inaplicáveis as técnicas oferecidas pela Resistência dos Materiais. A inequação 8 parte das solicitações seccionais características obtidas pela Análise Estrutural, majorando-as com coeficientes de segurança de solicitações. Estas solicitações majoradas são então denominadas solicitações de dimensionamento Sd (Nsdnormal, Msdflexão, Vsdcortante e Tsd torção). dd RS seção segura e econômica (8) kredutor scombinaçõemajoraçãoforçasd SfS .)(,)( (9) koração materiais d RfR . 1 min (10) Impõe-se então que estas seções sob dimensionamento sejam capazes de resistir às solicitações resistentes Rd (Nrd; Mrd; Vrd; Trd), não menores que as anteriores. Estas solicitações resistentes são obtidas minorando-se as resistências dos materiais com coeficientes de segurança adequados a cada material. Na inequação 8 apresentada pela NBR 6118, (análoga à 5) os coeficientes de majoração de forças, redutores de combinações e minoração de resistências de materiais, são introduzidos já no desenvolvimento de cálculo dos dois membros das solicitações de comparação. Figura 3 – ELUs: Curvas de Distribuição Normal de Probabilidades de Sd e Rd Solicitações de Ruptura Resistências da SeçãoSd=Rd Rm Rk Sk Sm faixa de risco de segurança região de segurança forças freqüência de ocorrência região de segurança γf γm UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo III – Método de Dimensionamento MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 50 Tabela 1 - Coeficientes de Ponderação de Ações ou Solicitações dos ELUs UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo III – Método de Dimensionamento MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 51 Tabela 2 - Coeficientes de Ponderação de Ações ou Solicitações para ELUs Tabela 3 - Coeficientes Redutores de Combinações para ELUs Tabela 4 - Coeficientes de Minoração de Resistências dos Materiais para ELUs UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo III – Método de Dimensionamento MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 52 III.2.3 – As Verificações de Desempenho Em seguida, como objetivo complementar, o método “qualifica” por meio de verificações o desempenho das seções e elementos já dimensionados, para que respeitem, não ultrapassando, 3 condições limites denominadas Estados Limites de Serviço (ELSs). O princípio da inequação permanece o mesmo, mas para “efeitos”. 1º. Inadequação da seção por abertura descontrolada de fissuras 2º. Inadequação do elemento por deslocamentos excessivos 3º. Inadequação da estrutura por vibração inaceitável dd RS desempenho adequado(11) kredutor scombinaçõemajoraçãoforçasd SfS .)(,)0,1( (12) koraçãomateriaisd RfR .)0,1( min (13) A abertura de fissuras acima do permitido viola a terceira propriedade fundamental do concreto armado e abre caminho para que agentes atmosféricos ou água iniciem o processo de corrosão da armadura, comprometendo a estética, a durabilidade da estrutura e, se providências não são adotadas, a progressão do fenômeno termina por comprometer sua própria segurança e estabilidade, podendo mesmo levá-la ao colapso. Figura 4 – A Formação da Filosofia do Dimensionamento Rm Sm área de risco de inadequabilidade região de adequabilidbe forças freqüência de ocorrência Sk= Rk região de adequabilidade Resistências Ações UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo III – Método de Dimensionamento MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 53 Tabela 5 - Coeficientes de Ponderação de Ações ou Solicitações dos ELSs Tabela 6 - Coeficientes de Ponderação de Ações ou Solicitações para ELSs 1,0 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo III – Método de Dimensionamento MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 54 Tabela 7 - Coeficientes Redutores de Combinações para ELSs Tabela 8 - Coeficientes de Minoração de Resistências dos Materiais para ELSs O deslocamento excessivo (flechas inaceitáveis) em elementos fletidos pode prejudicar revestimentos, provocar sensação de insegurança e a NBR 6118 especifica os limites toleráveis para seus valores. A vibração exagerada ou imprópria configura situação a partir da qual a amplitude das vibrações pode produzir desconforto ao usuário ou gerar ressonância da estrutura por ações de vento, carga móvel ou operação de máquinas. A figura 5 ilustra ELSs que ultrapassados e não corrigidos em tempo (nem sempre possível(e, f, g)), conduziram estruturas ao colapso(a, b, g). O ELSs de fissuração, dependendo dos vínculos da estrutura(c) e da posição da armadura(c) em corrosão, apresenta casos desta natureza. 1,0 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo III – Método de Dimensionamento MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 55 Figura 5 – ELSs, Inadequações, Colapsos Reais e Durabilidade Anodo Catodo Aço a b c d e f g h i j k l UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo III – Método de Dimensionamento MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 56 Acima dos limites estabelecidos a fissuração é nociva à armadura e deflagra o processo de corrosão(d) do aço, que se torna cíclico a partir da expansão que as superfícies das barras experimentam pelo aumento de volume do material oxidado. Esta expansão provoca fissuras na interface aço-concreto e o avanço da corrosão amplia as fissuras até que o concreto adjacente se separa inteiramente da barra, destacando-se do conjunto, expondo-a ainda mais aos agentes corrosivos e formando o ciclo que, se não interrompido, pode conduzir a estrutura à completa ruína. III.2.4 – As Especificações para Durabilidade Garantidos os estados limites que dotam a estrutura de segurança à ruptura e bom desempenho em serviço, resta ainda assegurar-lhe durabilidade, para resistir ao longo de sua vida útil, às ações do ambiente no qual será inserida. Em função da agressividade do ambiente, a correta especificação do concreto (classe e fator água-cimento), a adoção de cobrimentos apropriados para a armadura, bem como a garantia destes durante as operações de concretagem, evitam a deterioração do concreto e do aço. A figura 5 apresenta exemplos de estruturas cuja durabilidade foi comprometida pelos mecanismos(h, i) de degradação(j, k, l) de seus materiais. Tabela 9 – Classes de Agressividade Ambiental UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo III – Método de Dimensionamento MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 57 Tabela 10 – Correspondência entre Classe de Agressividade Ambiental e Qualidade do Concreto Tabela 11 - Correspondência entre Classe de Agressividade Ambiental e Cobrimento Nominal para Δc=10mm
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