Carregamentos e a Norma de Ações e Segurança

Transcrição

1 Carregamentos e a Norma de Ações e Segurança O capítulo 11 de ações da NBR-6118 detalha bem mais os carregamentos e combinações do que a versão anterior, descreve uma nova expressão para cálculo de fluência e especifica o tratamento de imperfeições globais e locais. Estes últimos serão tema de artigos futuros; já os carregamentos e combinações em parte são uma repetição da NBR-8681:2003 (Ações e Segurança nas Estruturas), que teve alterações pouco significativas. Os sistemas CAD/TQS sempre foram completamente abertos quanto à definição de carregamentos. Os sistemas geram automaticamente as combinações de uso mais comum em edificações, e deixam em aberto a possibilidade de criar novas combinações e envoltórias conforme o projeto. A consideração de cargas móveis, alternância de cargas, efeitos de temperatura e retração (esta simulada como efeito de temperatura) é possível mas trabalhosa, somente justificada em projetos de maior porte. Na versão 11, houve uma mudança de filosofia, com o objetivo de facilitar a criação e o lançamento dos carregamentos mais comuns e combiná-los usando os coeficientes de ponderação exigidos pela norma, de maneira totalmente automática. O novo menu de cargas do edifício Na versão 11 diversos tipos de carregamento passaram a ser declarados nos dados do edifício. Combinações e envoltórias são geradas automaticamente a partir dos carregamentos definidos no edifício. Cada tipo de carga variável tem agora a definição independente dos ponderadores Psi0, Psi1 e Psi2. Comentaremos a seguir as características destes carregamentos. Ponderador favorável 1/9

2 A norma especifica majoradores para ações que provocam efeitos desfavoráveis e minoradores para ações que provocam efeitos favoráveis. Mas quando isto acontece? Um exemplo simples é a própria carga permanente. Se tomarmos os esforços nos pilares, muitas vezes uma carga de flexão composta pode resultar em armadura menor para uma força normal maior. Neste caso, a própria carga permanente está agindo de maneira favorável, e precisaria ser verificada com um minorador. Se for necessária esta verificação no projeto, definiremos um minorador chamado aqui de Ponderador favorável, marcando este item e definindo o seu valor. Note que em carregamentos como de temperatura e retração, onde não sabemos se os efeitos são favoráveis ou não, poderemos ter um ponderador favorável zero, isto é, consideraremos uma combinação com a carga e outra sem. O uso do ponderador favorável para um determinado carregamento dobra as combinações, que passa a considerar os 2 estados possíveis para o carregamento. Gamaf de referência e o Gamaf3 Tradicionalmente analisamos a estrutura com esforços característicos, e deixamos para majorá-los para os de cálculo na etapa de dimensionamento. O Gamaf de referência permite agora optar entre a análise com esforços característicos ou de cálculo, sendo isto levado em consideração na etapa de dimensionamento. O Gamaf é composto por outros coeficientes, um dos quais chamamos de Gamaf3 (que considera os desvios gerados nas construções e aproximações de projeto quanto à solicitações). Este coeficiente é usado (Gamaf / Gamaf3) na avaliação de esforços por processo P-Delta. Sobrecargas O novo menu de sobrecargas permite separar cargas permanentes de acidentais sem necessariamente aplicar a redução de sobrecargas, permitindo reduzir para a metade o número de combinações: 2/9

3 Vento Todas as informações de vento podem ser definidas de uma vez só neste menu, que facilita a geração automática de novos casos (até 24). Uma novidade nesta versão é a possibilidade de associar a cada caso de vento uma lista de atributos definidas neste menu: Podem ser definidos por caso e por piso do edifício, excentricidades, larguras, valor da força pré-calculado ou mesmo os coeficientes usados no cálculo conforme a norma. Isto permite a consideração de vento que torce o edifício, assim como a introdução de valores obtidos em túnel de vento. Empuxo Como antes, forças de empuxo são aplicadas manualmente sobre nós de pilares nas plantas de formas. Agora o sistema pode gerar casos independentes de empuxo e combinar automaticamente com os demais. Temperatura e retração 3/9

4 Foi previsto o lançamento automático de carregamento de temperatura (ação variável indireta) e retração (ação permanente indireta) sobre elementos do pavimento (vigas e lajes). O carregamento de retração é simulado como uma variação negativa de temperatura. A primeira maneira de considerar temperatura e retração é lançando uniformemente em todos os elementos de um pavimento através deste menu do edifício: Temperatura e retração também podem ser lançados por viga e laje do Modelador: No processamento por grelha, teríamos usualmente apenas esforços solicitantes de momento fletor e força cortante devido a este carregamento. Agora, nos pavimentos com carga de temperatura ou retração, as grelhas são geradas e processadas com 6 graus de liberdade, resultando também em esforços no plano da laje. Todos os esforços (6 por nó) são integralmente transferidos para o pórtico espacial e entram no equilíbrio e combinações globais da estrutura. Exemplo de deslocamentos em piso processado com efeito de temperatura: 4/9

5 Esforços normais no plano da laje: Hiperestático de protensão Assim como a carga de temperatura e retração, os esforços resultantes do hiperestático de protensão podem ser calculados com 6 graus de liberdade e transferidos para o pórtico espacial. Vibrações Desde a versão 10 já é possível processar pavimentos por análise dinâmica e pórticos com efeito de sismo. O menu de vibrações contém dados de massa da estrutura usado nestes dois casos. Sismo Os dados para cálculo de sismo que já podiam ser definidos na versão 10 agora estão no edifício, e entram nas combinações automáticas. O sistema calcula esforços mas ainda não faz o detalhamento específico e conforme as normas de sismo: Outros carregamentos Quaisquer outros carregamentos que possam ser lançados nas plantas de formas podem ser 5/9

6 definidos. Agora o sistema dá controle total dos dados de cada novo carregamento, permitindo o desmembramento de casos independentes para um tipo de carregamento, ponderadores de carga acidental, consideração de enrijecimento de vigas e pilares, etc. Fica muito mais fácil gerar carregamentos com alternância e mobilidade. O Mecanismo Gerador de Combinações Antes mesmo de salvar os dados do edifício é possível verificar quais as combinações geradas, tanto no pórtico espacial quanto nas grelhas: Supondo um edifício onde não foram definidas redução de sobrecargas e foram aplicados casos de vento em quatro direções, teremos uma listagem como esta: Grupo ELU1 "Verificações de estado limite último" PERMACID "Permanentes, Acidentais" ACIPVENS "Acidentais primárias, Vento secundário" ACISVENP "Acidentais secundárias, Vento primário" Grupo ELS "Verificações de estado limite de serviço" CFREQAP "Combinações frequentes com acidentais primárias" CFREQVP "Combinações frequentes com vento primário" CQPERAV "Combinações quase permanentes" 6/9

7 Combinações geradas Num Título ELU1/PP+PERM+ACID ELU1/PP+PERM+ACID+0.6VENT1 ELU1/PP+PERM+ACID+0.6VENT2 ELU1/PP+PERM+ACID+0.6VENT3 ELU1/PP+PERM+ACID+0.6VENT4 ELU1/PP+PERM+VENT1+0.8ACID ELU1/PP+PERM+VENT2+0.8ACID ELU1/PP+PERM+VENT3+0.8ACID ELU1/PP+PERM+VENT4+0.8ACID ELS/PP+PERM+0.7ACID ELS/PP+PERM+0.3VENT1+0.6ACID ELS/PP+PERM+0.3VENT2+0.6ACID ELS/PP+PERM+0.3VENT3+0.6ACID ELS/PP+PERM+0.3VENT4+0.6ACID ELS/PP+PERM+0.6ACID As combinações são geradas dentro de grupos de envoltórias, cada uma com um determinado objetivo. No pórtico espacial por exemplo, temos um grupo para verificações em ELU de vigas e lajes, outro para pilares e fundações (será diferente de vigas quando houver redução de sobrecargas) e outros para verificações em ELS. Vemos acima um exemplo destes grupos e combinações. Estes grupos são diferentes nas grelhas, onde diversos carregamentos não são definidos (vento por exemplo). Se levássemos ao pé da letra o sentido do termo Combinações, teríamos que combinar cada um dos estados possíveis de cada tipo de carregamento, gerando por exemplo 2n combinações para levar em consideração n estados independentes atuando ou não. Em vez disto a norma permite agrupar combinações com cargas acidentais secundárias atuando simultaneamente, como mostra a expressão: Enquanto alguns carregamentos geram combinações independentes, outros podem atuar simultaneamente. O segredo para controlar a geração automática está no novo Mecanismo Gerador de Combinações (MGC). O MGC trabalha com grupos de combinações 7/9

8 parametrizados em arquivos de regras, que podem ser facilmente editados: Os arquivos de regras do MGC são suficientemente flexíveis para atender a todo tipo de projeto. De fato, as combinações da NBR-8681 estão codificadas nestes arquivos, e não diretamente dentro do sistema. Um exemplo de geração de combinações Vamos mostrar as hipóteses consideradas e uma quantidade de casos e combinações para um determinado arquivo de regras. A primeira hipótese, de cargas permanentes, acidentais e vento em quatro direções já foi listada acima, com 8 casos e 9 combinações para ELU: Hipótese Casos Combinações Separação de cargas permanentes e acidentais, quatro 8 casos de 9 vento. Redução de sobrecargas 9 18 Vigas de transição com e sem enrijecimento Carregamento de retração Carregamento de temperatura Dois casos não simultâneos de empuxo Mais quatro casos de vento, a As hipóteses acima são introduzidas no sistema através de uma simples marcação de alguns campos na edição dos dados do edifício. Como visualizar resultados Os visualizadores de pórtico e grelha passaram a mostrar também resultados de envoltórias de esforços, deslocamentos e reações de apoio. Um exemplo de envoltória e de reação de apoio: 8/9

9 A tabela de reações de apoio em desenho também pode mostrar o resultado das envoltórias: Finalizando Na maioria dos projetos não seria necessário levar em consideração um número tão grande de combinações. Mas com o processamento rápido e barato de hoje e a nova versão 11, esta é uma escolha que poderá ser feita facilmente pelo engenheiro estrutural. 9/9