Projeto Estrutural e Segurança Profa. Michèle Pfeil Projeto Estrutural e Segurança Projeto Estrutural e Normas Estados Limites Métodos para projeto

Projeto Estrutural Definição Processo de fabricação de um produto (estrutura) de modo a satisfazer uma certa necessidade Objetivos Garantia de segurança estrutural evitando-se o colapso total ou parcial Garantia de bom desempenho estrutural, atendendo a sua destinação Etapas Anteprojeto ou projeto básico: concepção, definição do sistema estrutural, materiais etc. Dimensionamento ou cálculo estrutural: dimensões de forma a garantir a segurança e o bom desempenho; detalhamento: desenhos executivos + especificações

Etapa de pre-dimensionamento Concepções iniciais Fonte:ESDEP

Etapa de pre-dimensionamento Concepção selecionada Indicações preliminares para dimensionamento Fonte:ESDEP

Etapa de dimensionamento Identificação das cargas Modelo das cargas Modelo da estrutura Análise para determinação do comportamento estrutural Verificação do desempenho em relação à segurança Fonte:ESDEP

Etapa de dimensionamento Conhecimentos de análise estrutural e resistência dos materiais Regras e recomendações Normas de Projeto - NBR 8800: 2008 - AISC (American Institute of Steel Construction): LRFD (load and resistance factor design) ASD (allowable stress design) - EUROCODE 3

Etapa de Detalhamento Especificações (construtivas, de operação ou de utilização da estrutura) Desenhos executivos Fonte:ESDEP

Garantia de bom desempenho estrutural Projeto Estrutural Garantia de segurança estrutural evitando-se o colapso total ou parcial Garantia de bom desempenho estrutural Estados Limites últimos de serviço deslocamento excessivo Ruptura por tração Ruptura após flambagem vibração excessiva Tombamento (perda de equilíbrio como corpo rígido) Formação de “mecanismo”

Métodos para Projeto Método empírico (histórico) Método das Tensões Admissíveis Teoria Plástica do Dimensionamento Método dos Coeficientes Fatorados (“dos Estados Limites”) Método baseado em confiabilidade

Método das Tensões Admissíveis Originado dos desenvolvimentos da Resistência dos Materiais em regime elástico. smax em cada seção é inferior a uma tensão resistente reduzida máxima tensão solicitante smax < tensão admissível = sadm = fr / g fr = tensão resistente do material; aço: escoamento (fy )ou ruptura (fu ) g = fator de segurança aplicado sobre tensão resistente do material fr g  reconhecimento da existência de diversas incertezas no projeto

Incertezas no projeto estrutural - ações (pode ocorrer uma carga maior que a especificada) - características mecânicas dos materiais (valor de fr utilizado pode ser menor valor especificado) - modelo estrutural adotado para determinação do comportamento (esforços solicitantes, deslocamentos etc) devido à ações. - imperfeições na execução - existência de algum modo de falha desconhecido - erros humanos

Limitações do Método das Tensões Admissíveis Utiliza-se de um único coeficiente de segurança para expressar todas as incertezas, independentemente de sua origem; Originalmente utilizava-se apenas de análise elástica, não reconhecendo reserva de resistência após o início da plastificação encruamento fu fy ruptura Regime elástico escoamento

Teoria Plástica de Dimensionamento (1930) Mp > My reserva de resistência Deu origem à análise estrutural em regime plástico: formação de rótulas plásticas até a formação de “mecanismo”

Método dos coeficientes parciais ( ou dos estados limites) 1970 Método semi-probabilístico Estado Limite Último. A garantia de segurança da estrutura é dada por: Solicitação de projeto Sd é menor que a Resistência de projeto Rd. Sd é obtida a partir de uma combinação de cargas Fi, cada uma majorada pelo coeficiente gfi Rd é obtida com resistência nominal Rn (função das características f do material) minorada pelo coeficiente gm carregamentos Fi e características mecânicas do material f  variáveis aleatórias. com tratamento estatístico  valores característicos Fk e fk

} aplicáveis a Fi (ações) Coeficientes parciais de segurança gf reflete a variabilidade das ações / solicitações gf = gf1 gf2 gf3 gf1 - dispersão das ações gf2 - fator de combinação gf3 - incertezas na modelagem, imperfeições de execução, etc (1,15)  aplicável a S (solicitações) gm reflete a variabilidade das resistências gm = gm1 gm2 gm3 gm1 - dispersão das tensões resistentes fr gm2 - fator de ajuste entre fr de laboratório e da estrutura gm3 - incertezas no cálculo de Ru em função do modelo teórico de resistência e dos desvios construtivos } aplicáveis a Fi (ações)

gf1 gf2 gm1 gm2 gf3 gm3 gf3 gm3 Incertezas Tratamento Ações Desenvolvimento de estudos estatísticos Propriedades mecânicas dos materiais gm1 gm2 Padronização de testes e estudos estatísticos Imperfeições de execução gf3 gm3 Especificação de limites e tolerâncias nas imperfeições; consideração no projeto Incerteza de modelagem gf3 gm3 desenvolvimento de modelos mais representativos do comportamento estrutural Modo de falha desconhecido Erros humanos A serem combatidos com diversas providências

Método dos Estados Limites - Fundamentos R e S são variáveis aleatórias com distribuição normal de probabilidades M=R-S é a margem de segurança pu b sM b = índice de confiabilidade cálculo de gf e gm? Por métodos de análise de confiabilidade de modo que: pu < valor suficientemente pequeno (entre 10-4 e 10-6)

} Ações / Solicitações distribuição de probabilidade de F (normal) G Tipos de Ações F: Permanentes G Variáveis Q Q Solicitações na estrutura Gm ~ Gk Qki Valor característico Tipos de Combinações normal de construção especial excepcional }

Combinação de Ações / Solicitações Fki Combinação de Ações / Solicitações S projeto gf1 gf2 gf3 Q1 = ação dominante na combinação

Combinação de Ações / Solicitações efeito favorável

Combinação de Ações / Solicitações

Resistência de Projeto p (f) f fk

Estados Limites de Utilização Valores representativos das ações variáveis: Valor raro (característico): Q Valor freqüente: Y1Q Valor quase-permanente: Y2Q Tipos de combinações: Combinação quase-permanente: F = S Gi + Y2Q1 + S Y2jQj Combinação freqüente: F = S Gi + Y1Q1 + S Y2jQj Combinação rara: F = S Gi + Q1 + S Y1jQj

Estados Limites de Utilização