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Estruturas de Aço
Capítulo 4:
Ações, segurança e desempenho estrutural

Considerações iniciais
• Para o projeto e execução de estruturas de aço e concreto de edificações segue-se a
norma brasileira atualmente em vigor, a ABNT NBR 8800:2008, que adota como
método de cálculo o método dos estados-limites, o mais empregado atualmente no
mundo. Neste capítulo são apresentados alguns conceitos elementares sobre as
ações que podem atuar nas estruturas e o método dos estados-limites, conforme
prescrito pela norma.

Ações
Definição
• Por ação entende-se qualquer influência ou conjunto de influências capaz de
produzir estados de tensão, deformação ou movimento de corpo rígido em uma
estrutura.
Classificação
• No projeto estrutural, as ações são classificadas como permanentes, variáveis ou
excepcionais.

Ações
• Permanentes: praticamente invariáveis ao longo da vida útil da estrutura, e se
subdividem em
• Diretas: o peso próprio da estrutura e de todos os elementos componentes da
construção (pisos, paredes permanentes, revestimentos etc.).
• Indiretas: a protensão, os recalques de apoio e a retração dos materiais.
• Variáveis: variam com o tempo, podendo ter natureza e intensidade normais (uso
regular, cotidiano e permanente) ou especiais (transporte de grande peso ou abalo
sísmico, portanto ocasionais/transitórias).
• Excepcionais: variam com o tempo, mas assumem valores significativos apenas
durante uma fração muito pequena da vida útil da estrutura e, além disso, têm baixa
probabilidade de ocorrência (como explosões, choques, furacões etc.). Não é possível
anular os efeitos deste tipo de ação.

Ações
• Informações básicas sobre os valores das ações permanentes e variáveis

Ações
• Para algumas situações usuais, a norma ABNT NBR 6120:2019 estabelece que:
• as ações variáveis podem ser reduzidas nos pilares e nas fundações de edifícios
de vários pavimentos para escritórios, residências e casas comerciais não
destinados a depósitos, tendo por base a probabilidade reduzida de todos os
pavimentos estarem submetidos aos valores estipulados dessas ações
simultaneamente;
• ao longo de parapeitos e balcões, deve-se considerar a ação de uma força
horizontal linear de 0,8 kN/m na altura do corrimão e de uma força vertical linear
mínima de 2 kN/m.

Ações
Sobre ações variáveis a ABNT NBR 8800:2008 fornece prescrições, a considerar:
• Nas coberturas comuns, não sujeitas a acúmulos de quaisquer materiais, deve-se
prever uma sobrecarga mínima de 0,25 kN/m2, valor que pode englobar as cargas
decorrentes de instalações elétricas e hidráulicas, de isolamentos térmico e acústico e
de pequenas peças fixadas na cobertura, até o limite de 0,05 kN/m2;
• Na ausência de especificação mais rigorosa, todas as cargas gravitacionais variáveis,
em pisos e balcões suportados por pendurais, devem ser majoradas em 33%;
• Em lajes, na fase de construção, deve-se prever uma sobrecarga mínima de 1 kN/m2;

Ações
• Em pisos, coberturas e outros, deve-se considerar, não cumulativamente com as
demais ações variáveis, uma força concentrada aplicada na posição mais desfavorável,
de intensidade compatível com o uso da edificação (a ABNT NBR 6120:2019 prescreve o
valor de 1 kN para terças e banzo superior de treliças, e de 2,5 kN para degraus isolados
de escadas, valor que não deve ser considerado na composição das ações que atuam
nas vigas que suportam os degraus);
• A ação aplicada apenas a uma parte da estrutura ou da barra, se o efeito assim
produzido for mais desfavorável que o resultante da aplicação da ação sobre toda a
estrutura ou toda a barra.

Ações
• No caso do vento usual, outra ação variável bastante comum, para obtenção de
suas forças sobre a estrutura, deve-se seguir a ABNT NBR 6123:1988. Essa norma
fornece a velocidade básica do vento em todo o território nacional, que é
transformada em força atuante na edificação, levando-se em conta parâmetros
como a forma da edificação e a existência de obstáculos em suas vizinhanças.
• Salienta-se que a sucção no telhado, quando supera as cargas gravitacionais, pode
levar ao arrancamento das telhas, ocorrência comum em galpões e construções
similares, ou até ao colapso da estrutura de cobertura, caso essa situação não
tenha sido devidamente prevista. O vento também pode provocar pressão
interna, que depende das posições e das dimensões das aberturas.

Ações
• Os valores das ações, fornecidos por normas e especificações, são, de modo geral,
característicos. Para as ações permanentes, o valor característico AG,k é o valor
médio, que difere muito pouco do máximo, e, para as ações variáveis, o valor
característico AQ,k corresponde àquele que tem entre 25% e 35% de
probabilidade de ser ultrapassado durante a vida útil da edificação.

Método dos estados-limites
• Utiliza uma sistemática de dimensionamento que prevê a verificação da
estrutura de uma edificação em várias situações extremas, caracterizadas por
estados-limites últimos e estados-limites de serviço.
• Estados-limites últimos são aqueles relacionados com a segurança estrutural. Sua
ocorrência significa sempre colapso, total ou parcial, sendo associada à falha de
material, instabilidade de um elemento ou de um conjunto estrutural, ou, ainda,
movimento de corpo rígido.

Métodos dos estados-limites
• Na verificação de um estado-limite último, considera-se o dimensionamento
satisfatório se for atendida a relação
ou
em que Sd é o esforço solicitante de cálculo (força axial de tração ou compressão,
momento fletor ou força cortante) que causa o estado-limite, e Rd é o esforço
resistente de cálculo correspondente para esse mesmo estado-limite.
• Um estado-limite último também pode ser causado simultaneamente por mais de um
esforço solicitante, como na flexão composta na qual, por exemplo, uma força axial
de compressão e um momento fletor podem provocar, em conjunto, falha do
material ou instabilidade de um elemento estrutural.

• Nessas situações, empregam-se expressões de interação do tipo:
Sd,1 a Sd,n = n esforços solicitantes de cálculo que, em conjunto, provocam o
estado-limite último;
Rd,1 a Rd,n = os correspondentes esforços resistentes de cálculo;
ω1 a ωn e, fatores de ajuste oriundos de resultados de análises numéricas;
k1 a kn = potências oriundos de resultados de análises experimentais.

• Fundamentos da combinação de ações
• No caso em que apenas uma ação variável solicita a estrutura, a combinação de
ações a ser utilizada pode ser obtida pela soma do valor característico dessa ação
com os valores característicos das ações permanentes.
• Caso atuem na estrutura mais de uma ação variável, é bastante improvável que
todas elas estejam com valor igual ou superior ao característico ao mesmo
tempo, durante o período de vida útil da edificação. Para levar isso em conta,
assume-se que o efeito mais desfavorável do conjunto de ações ocorre quando
uma das ações variáveis está com seu valor característico, e as outras com valores
denominados reduzidos, que são valores inferiores ao característico em até 50%,
dependendo do tipo da ação.

• Deve-se considerar o valor característico de cada ação variável A combinação que
resultar no maior valor do efeito será adotada na verificação dos estados-limites
últimos, desprezando-se as demais. A ação variável com o valor característico na
combinação é denominada ação variável principal. Quando são duas as ações
variáveis atuantes, devem ser feitas as seguintes combinações (uma para cada
ação variável considerada principal):
em que AG,k é o valor característico da ação permanente, AQ,sc,k e AQ,sc,red são os
valores característico e reduzido da sobrecarga respectivamente, e AQ,ve,k e
AQ,ve,red são os valores característico e reduzido da ação do vento.

• A combinação (C1 ou C2) que levar ao maior efeito procurado no componente
estrutural em consideração deve ser adotada, e a outra, desprezada.

• Introdução de coeficientes de ponderação na combinação de ações
• As ações combinadas precisam ser majoradas por coeficientes de ponderação
para considerar incertezas envolvendo os valores característicos estipulados.
• Na verificação do colapso estrutural, utilizam-se os efeitos das ações (esforços
solicitantes e, em algumas situações pouco frequentes, tensões solicitantes).
• Os coeficientes de ponderação consideram, ainda, incertezas relacionadas aos
valores desses efeitos obtidos da análise estrutural

• Os efeitos das ações para verificação dos estados-limites últimos devem ser
obtidos a partir de análise estrutural feita com uma combinação de ações,
chamada combinação última de ações, expressa por
AGi,k = valores característicos das ações permanentes
AQ1,k = valor característico da ação variável considerada principal na combinação
AQj,k = valores característicos das demais ações variáveis, consideradas
secundárias, que podem atuar concomitantemente com a ação variável principal,
γgi, γq1 e γqj = coeficientes de ponderação das ações permanentes,
da ação variável principal e das demais ações variáveis, respectivamente
ψ0j = fatores de combinação das ações

• Deve-se notar que as incertezas variam em função do tipo de ação.
• Portanto, diferentes coeficientes de ponderação são prescritos para diferentes
tipos de ação:
• para as chamadas “combinações últimas normais” = usadas para os estados-
limites últimos que podem ocorrer durante toda a vida útil da edificação, após
a obra ter sido finalizada.
• “combinações últimas de construção” = utilizadas para os estados-limites
últimos que podem ocorrer durante a fase de construção.

• A existência de dois coeficientes para as ações permanentes é essencial para a
segurança, pois esse tipo de ação não pode ser excluído das combinações.
• Ações variáveis que reduzem o efeito procurado não podem ser incluídas nas
combinações porque esse tipo de ação pode ter intensidade nula ou muito
reduzida em determinados intervalos de tempo.

• Consideração de ações agrupadas
• Como opção simplificadora para a combinação de ações, as ações permanentes
diretas podem ser agrupadas e ponderadas por um único coeficiente. Caso isso
tenha sido feito, pode-se usar também apenas um coeficiente para todas as ações
variáveis.
• Os coeficientes unificados, aplicáveis às ações permanentes e variáveis,
dependem da intensidade de todas as ações variáveis características atuantes no
piso ou na cobertura em consideração e do tipo de combinação (normal ou de
construção).

• Determinação dos esforços ou tensões resistentes de cálculo
• Um esforço resistente de cálculo ou uma tensão resistente de cálculo, é dado por:
• γ = coeficiente de ponderação da resistência
• Rk = esforço ou tensão resistente nominal para o estado-limite
• O coeficiente de ponderação da resistência possui valores diferentes para o aço
dos perfis estruturais, para o aço das armaduras e para o concreto.

• Determinação dos esforços ou tensões resistentes de cálculo
• Para o aço dos perfis estruturais, usa-se o coeficiente γa, que pode ser γa1 ou γa2,
com γa1 aplicável aos estados-limites últimos relacionados ao escoamento e à
instabilidade e γa2, aos estados-limites relacionados à ruptura, com os seguintes
valores:
• Para o aço das armaduras:
• No caso do concreto:

Estados-limites de serviço
• Relacionam-se à capacidade da estrutura de desempenhar satisfatoriamente as
funções às quais se destina.
• Para evitá-los, certos deslocamentos da estrutura não podem superar valores
máximos permitidos, estabelecidos pela ABNT NBR 8800:2008.
• Esses deslocamentos devem ser determinados com base em combinações de
ações de serviço que, de acordo com seu período de atuação sobre a estrutura,
são classificadas em quase permanentes, frequentes e raras.

• Combinações Quase Permanentes: podem atuar da ordem da metade do período
de vida útil da estrutura, devem ser usadas quando se verifica apenas a aparência
da estrutura, o que é feito em situações nas quais os deslocamentos não
provoquem danos à estrutura ou a outros componentes da construção.
• Combinações Frequentes: se repetem por volta de 105 vezes no período de vida
útil ou que têm uma duração da ordem de 5% desse período, devem ser
utilizadas quando se verificam estados-limites reversíveis.

• Combinações Raras: podem atuar no máximo algumas horas durante o período
de vida útil da estrutura, devem ser usadas quando se verificam estados-limites
irreversíveis, isto é, que causem danos permanentes à estrutura ou a
componentes da construção e danos relacionados ao seu funcionamento
adequado .

• Ações variáveis que reduzam o efeito procurado devem ser excluídas das
combinações de serviço (por exemplo, caso se esteja calculando a flecha de uma
viga, de sentido gravitacional, ações que causem translações de baixo para cima
não entram nas combinações).
• Devem ser feitas tantas combinações de ações de serviço quantas forem as ações
variáveis (uma combinação para cada ação variável considerada principal), para as
combinações frequentes e raras.

• Deslocamentos máximos
• As travessas de fechamento devem ter deslocamento limitado a L/180 no plano
de fechamento
• As terças de cobertura devem ter deslocamento máximo perpendicular ao plano
de fechamento igual a L/180, no sentido descendente.
• As vigas de cobertura e de piso, inclusive as treliçadas, devem possuir
deslocamentos verticais (flechas) máximos de L/250 e L/350, respectivamente.
Caso uma viga suporte pilares, seu deslocamento vertical máximo não deve
superar L/500.

• No caso do deslocamento vertical, as cargas verticais não devem ser majoradas
por coeficientes de impacto.

• Nos galpões em geral e nos edifícios de apenas um pavimento, o deslocamento
horizontal do topo dos pilares em relação à base não pode superar H/300.
• Em galpões com ponte rolante, adicionalmente:
• o deslocamento horizontal do nível da face superior da viga de rolamento em
relação à base não pode ser maior que Hvr/400, em que Hvr é a distância entre
esses dois pontos;
• no caso de pontes rolantes siderúrgicas, o deslocamento horizontal do nível
da viga de rolamento não pode superar 50 mm;
• o deslocamento horizontal diferencial entre pilares do pórtico que suportam
as vigas de rolamento não pode superar 15 mm.

• Nos edifícios de dois ou mais pavimentos, o deslocamento horizontal do topo dos
pilares em relação à base não pode ser maior que H/400

• Considerações complementares sobre as flechas das vigas
• Ao se determinar a flecha total (δt) de uma viga, para ser comparada com seu
deslocamento permitido, deve ser usada a seguinte expressão:
δt = δp + δv – δc
em que δp e δv são, respectivamente, as flechas causadas pelas ações permanentes e
variáveis, e δc é a contraflecha da viga. No entanto, nessa expressão, se δc for maior
que δp, deve-se tomar δc igual a δp.
• A equação é aplicável apenas a vigas de aço. As vigas mistas de aço e concreto
apresentam um comportamento peculiar, no qual a flecha depende da fluência e da
retração do concreto e de haver ou não escoramento antes da cura do concreto.

• A contraflecha é dada a um perfil de aço durante a fabricação, nas situações em que
a viga apresentará flecha causada pela carga permanente de tal magnitude que faça a
flecha total superar o valor máximo permitido.
• Geralmente, a contraflecha é executada por meio de:
• flexão mecânica, com a utilização de equipamentos adequados para aplicar
forças na viga que causam tensões acima do regime elástico, provocando uma
curvatura permanente;
• aquecimento de uma das faces da viga, o que faz a viga sofrer deformações
plásticas e apresentar uma curvatura que se manterá, em parte, após o
resfriamento.
• Na maioria das vezes, a contraflecha varia entre 50% e 100% da flecha provocada
pela carga permanente.

• Limites para vibrações em pisos
• A ABNT NBR 8800:2008 recomenda um método simplificado em substituição à
análise dinâmica, advertindo que eventualmente seu emprego pode não levar a um
resultado satisfatório, composto pelas seguintes regras:
• nos pisos em que as pessoas caminham regularmente, o deslocamento vertical
máximo deve ser menor que 20 mm;
• nos pisos em que as pessoas saltam ou dançam de forma rítmica, o
deslocamento vertical máximo deve ser menor que 9 mm, e, se a atividade for
muito repetitiva, esse valor deve ser reduzido para 5 mm.

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