Cargas Atuantes Nas Estruturas
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CONCRETO 1
Prof. Eng. Miquéias V. Lemes Pág. 1
Cargas Atuantes nas Estruturas
4.1. – Segurança das Estruturas:
A segurança de uma estrutura está associada à confiança qualitativa que se possa dar a
essa estrutura, ou seja, as estruturas devem ser projetadas de maneira tal a proporcionar
qualidade de segurança satisfatória. Essa qualidade satisfatória está atrelada à baixa
probabilidade de apresentar problemas associados às patologias e às rupturas do sistema
estrutural.
Nas “Ações e Segurança nas Estruturas”, a Norma NBR 8681, estabelece as condições
básicas para verificação das estruturas em duas situações: Estado
Limite de Serviço e Estado Limite Ultimo. O primeiro deles, estabelece as condições
mínimas de serviço e durabilidade da estrutura, ou seja, a estrutura atenderá
minimamente às condições das ações atuantes que podem ser comprometidas, por
exemplo, por danos estruturais causados por deformações excessivas que afetem a
utilização da estrutura ou mesmo vibrações excessivas que causem desconforto de
qualquer espécie. O segundo caso estabelece a máxima capacidade portante de uma
estrutura, cuja ocorrência pode determinar a ruína total ou parcial dessa estrutura. Há,
nesses casos, um esgotamento da capacidade portante da estrutura, caracterizado, por
exemplo, pela ruptura do concreto, fadiga, instabilidade provocadas por flambagem,
escorregamento de barras, etc.
Os elementos que atuam sobre uma estrutura e que podem provocar esforços ou
deformações nestas, são as denominadas Cargas Atuantes nas Estruturas.
Uma vez atuantes essas cargas, a fim de se estabelecer os valores de calculo dessas
cargas ou ações, das solicitações e das resistências dos materiais, estabelecem-se os
denominados Coeficientes de Ponderação da Segurança, pois são obtidos através da
majoração das ações e das solicitações e da minoração da resistência dos materiais
empregados.
São, em principio, estabelecidos alguns métodos de avaliação a fim de verificarse a
segurança das estruturas que poderíamos citar: método da tensão admissível, método da
ruptura e método probabilístico.
O método das tensões admissíveis, remonta às propostas da Resistência dos Materiais,
quando se apresenta a imposição de que a maior tensão de trabalho não ultrapasse a
tensão admissível do material, que é definida como sendo a
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resistência do material dividida por um numero cujo significado seja o de corrigir
essa resistência, ou seja, por um coeficiente de ponderação da segurança como
é conhecido atualmente. Anteriormente dizia-se simplesmente coeficiente de
segurança.
O método da ruptura consiste na imposição de um limite para a carga de serviço
de maneira tal que a aplicação dessa carga multiplicada pelo coeficiente de
majoração externo acarreta na ruína da estrutura.
Com o aprimoramento das técnicas e com o maior conhecimento técnico
experimental das estruturas, a aplicação desses coeficientes de majoração
também sofreram novas metodologias de avaliação. Surge, assim, os
denominados métodos probabilísticos, quando se estabelece que a segurança
das estruturas pode ser afetada por uma serie de fatores de diversas
procedências, tais como as variáveis cargas ou ações atuantes sobre essas
estruturas, das resistências e das deformações, das imprecisões de execução,
etc.
Ao contrario dos critérios determinísticos das tensões admissíveis ou da ruptura,
o método probabilístico estabelece a troca do coeficiente de segurança pelo
critério ou pelo conceito de probabilidade de ocorrência das ações. Entretanto,
pela difícil aplicação desse método na verificação da segurança, pela sua
complexidade, termina-se por adotar nas estruturas correntes de concreto
armado o método semi-probabilístico.
Nesses casos, os valores de cálculo Fk das ações, devem ser majoradas pelo
coeficiente de ponderação γf, representado por: γf = γf1 . γf2 . γf3 onde γf1
considera a variabilidade das ações; γf2 considera a simultaneidade das ações e
γf3 considera os desvios gerados nas construções, não explicitamente
considerados, e as aproximações feitas em projeto do ponto de vista das
solicitações. No caso de coeficientes de minoração das resistências dos
materiais empregados, os valores de cálculo fk devem ser minorados e esses
coeficientes de minoração são indicados por γm e são representados por γc no
caso do concreto e γs no caso do aço.
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Assim sendo, Fd = valor de calculo da ação Fk = Fk . γf e fd = valor de calculo das
resistências dos materiais empregados (concreto e aço) fk = fk / γm.
Para o calculo nos estados limites últimos (ELU) e de serviço (ELS), os coeficientes de
ponderação a serem aplicados são:
ELU ELS
AÇÕES (Δf) 1,4 1,0
CONCRETO (Δc) 1,4 1,0
AÇO (Δs) 1,2 1,0
Uma vez estabelecidos os conceitos a respeito das condições de segurança que
estabelecem os critérios mínimos de ponderação das ações atuantes sobre uma estrutura
de concreto armado, é preciso se conhecer essas ações.
As ações a considerar recebem uma classificação adequada em: permanentes, variáveis
e excepcionais.
4.2 – Ações Permanentes:
São aquelas que ocorrem com valores praticamente constantes durante toda a vida da
construção. Essas ações se subdividem em permanentes diretas, representadas pelo
peso próprio da estrutura, decorrente dos materiais (aço e concreto) empregados; pelo
peso dos elementos construtivos fixos e de instalações permanentes, representados pelos
revestimentos, etc,; pelos empuxos permanentes, quando esses forem admitidos sem
qualquer perspectiva de remoção e em permanentes indiretas, representadas pelas
deformações decorrentes de retração e fluência do concreto, deslocamentos de apoios,
imperfeições geométricas (globais e locais), etc.
A NBR 6120 – Cargas para o Calculo de Estruturas de Edificações – estabelece que na
falta de determinação experimental, devem ser utilizados, a fim de adoção de pesos
específicos dos diversos materiais componentes de obras, a seguinte tabela:
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4.2.1 – Ações Permanentes comuns em Estruturas de Edifícios:
a) Peso próprio dos elementos de Concreto Armado:
• Lajes – peso próprio = H x γc = altura da laje x peso especifico do concreto
• Vigas e Pilares = bw x h x. γc = largura x altura x peso especifico do concreto
b) Revestimento em lajes:
• Lajes tipo: alto padrão de acabamento _ 1,5 kN/m2
• Lajes tipo: médio e baixo padrão de acabamento _ 0,80 kN/m2
• Lajes de Cobertura com telhados _ 0,50 kN/m2
• Lajes de Cobertura impermeabilizadas _ 1,00 kN/m2
• Lajes de Garagens ou Pav. Térreo impermeabilizadas _ 1,50 a 2,50 kN/m2
• Lajes de Sub-solos cobertas _ 1,50 kN/m2
c) Peso de paredes:
(*) Para se obter o peso da parede em kN/m2 basta multiplicar os valores da tabela pela altura das paredes.
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d) Peso para enchimentos de rebaixos:
e) Peso de telhados (somente telhas):
f) Peso de coberturas (telhas + estrutura suporte):
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4.3 – Ações Variáveis:
4.3.1 – Ações Variáveis Diretas:
São aquelas constituídas pelas cargas acidentais previstas para o uso da construção,
pela ação do vento e da chuva.
I) Cargas Acidentais previstas para o uso da Construção
As cargas acidentais previstas para o uso da construção, atuam nas condições mais
desfavoráveis e correspondem a: cargas verticais de uso na construção (pessoas,
móveis, materiais diversos, veículos, etc.); cargas moveis, considerando o impacto
vertical; impacto lateral; força longitudinal de frenação ou aceleração; força centrifuga.
A NBR 6120, estabelece para efeito dessas cargas acidentais previstas, valores mínimos
para sua utilização em projetos.
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OBSERVAÇÕES IMPORTANTES:
• Nos compartimentos destinados a carregamentos especiais, como os devidos a
arquivos, depósitos de materiais, maquinas leves, caixas-fortes, etc. não é
necessária uma verificação mais exata desses carregamentos, desde que se
considere um acréscimo no valor de 3 kN/m2 no valor da carga acidental.
• Ao longo dos parapeitos e balcões devem ser consideradas aplicadas, uma carga
horizontal de 0,8 kN/m na altura do corrimão e uma carga vertical mínima de 2
kN/m.
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• O valor do coeficiente ϕ de majoração das cargas acidentais a serem consideradas
no projeto de garagens e estacionamentos para veículos, deve ser determinado do
seguinte modo: sendo l o vão de uma viga ou o vão menor de uma laje e sendo l0 =
3,00m para o caso de lajes e de 5,00m para o caso de vigas _ ϕ = 1,00 quando l
>= l0 e ϕ = l0 / l <= 1,43 quando l<= l0.
•
II) Ação do Vento
Os esforços provenientes da ação do vento devem ser analisados através de Norma
Brasileira especifica (NBR 6123).
Há a possibilidade de se prescindir do calculo da ação do vento sob determinadas
circunstâncias, ou seja, para obras que atendam algumas características técnicas como:
A altura máxima de cada andar não exceder 4,00 metros;
Os pilares forem contraventados em ambas as extremidades, em direções
perpendiculares entre si;
Na direção considerada, a altura livre do pilar não exceder o dobro da largura da
construção.
Essas regras que dispensam a consideração do esforço de vento são de autoria do
IBRACON – Instituto Brasileiro do Concreto, especifico para estruturas de Nível I, cujas
características estão bem delineadas no livreto “Prática recomendada IBRACON para
estruturas de edifícios de nível I”. Nos demais casos não se dispensa essa verificação.
III) Outras Ações
Ação da água, ações variáveis durante a construção e as ações variáveis indiretas
(variações uniformes e não uniformes de temperatura) ou mesmo ações dinâmicas,
quando a estrutura está sujeita a choques ou vibrações, observando-se, nesses casos, os
efeitos provenientes de fadiga e, finalizando, as ações excepcionais, que devem ser
analisados em casos particulares.
4.4 – Avaliação Global da Estabilidade da Estrutura:
O sistema estrutural que compõe a estrutura usual de um edifício é do tipo tridimensional
formado por barras (elementos lineares – vigas e pilares) e por placas (elementos de
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superfície – lajes). Dentro dessa composição estrutural, surgem dentre os elementos
estruturais aqueles que compõem as denominadas
estruturas de contraventamento e as estruturas contraventadas.
A primeira delas é a que deve garantir a estabilidade da estrutura, sendo assim formada
por elementos de maior rigidez estrutural a fim de melhor atender as necessidades do
conjunto no que se refere às ações horizontais, predominantemente as de vento. Alem
disso, deve também proporcionar a indeslocabilidade do conjunto em ambas as direções
do edifício.
A segunda delas tem a finalidade de apenas resistir aos carregamentos de origem
vertical. Os pilares que compõem essas estruturas contraventadas podem ter
desprezados no seu calculo os denominados efeitos de segunda ordem, o que não ocorre
no primeiro caso, das estruturas de contraventamento.
De fato, a fim de proporcionar a indeslocabilidade da estrutura, deve-se proceder uma
adequada verificação desse conjunto da estrutura de contraventamento.
Uma vez determinada a indeslocabilidade dessa estrutura, aí também podem ser
desprezados os denominados efeitos de segunda ordem. Especifica a NBR 6118
que sob a ação das cargas verticais e horizontais, os nós da estrutura deslocam se
horizontalmente. Os esforços de segunda ordem decorrentes desses deslocamentos são
chamados efeitos globais de segunda ordem. Ou seja, são os esforços de flexão, torção e
demais não decorrentes somente das cargas verticais, mas da somatória das ações
verticais e horizontais, que criam ao longo da estrutura outros efeitos (segunda ordem).
Para que se possa desprezar esses efeitos, deve-se verificar através de métodos
simplificados ou aproximados, se a estrutura pode ser classificada como de nós fixos,
sem necessidade de cálculo rigoroso. Um desses métodos que pode ser empregado tem
a sua expressão matemática o seguinte:
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Quando obedecem-se as relações acima especificadas pode-se desprezar os efeitos de
segunda ordem. Caso isso não ocorra, há sempre a possibilidade de aumentar-se as
dimensões dos componentes da estrutura, em especial dos pilares que formarão a
estrutura de contraventamento, compondo os pórticos com as vigas que neles chegam ou
atravessam.
A rigidez do pilar equivalente pode ser determinada calculando-se o deslocamento no
topo da estrutura de contraventamento, sob a ação de um carregamento horizontal. Faz-
se um processamento por meio apropriado (computacional) dos pórticos com uma carga
unitária aplicada no topo destes. A partir dos resultados dos deslocamentos, estabelece-
se a rigidez equivalente do pórtico analisado pelas formulas comuns de deslocamentos ou
flechas.
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É possivel, através da arquitetura proposta, estabelecer-se uma Planta de Formas do
Pavimento Tipo e a partir dessa proposta estrutural, analisar-se quais seriam as
estruturas ou pórticos de contraventamento que podemos adotar a fim de verificar-se a
Estabilidade Geral do Edifício.