Neste texto será abordado sobre o método dos estados-limites no contexto da NBR 8800.
Na norma, são considerados os estados-limites últimos (ELU) e os estados-limites de serviço (ELS). Os estados-limites últimos estão relacionados com a segurança da estrutura sujeitas às combinações mais desfavoráveis de ações previstas em toda a vida útil, durante a contrução ou quando atuar uma ação especial ou excepcional. Os estados-limites de serviço estão relacionados com o desempenho da estrutura sob condições normais de utilização.
O método dos estados-limites utilizado para o dimensionamento de uma estrutura exige que nenhum estado-limite aplicável seja excedido quando a estrutura for submetida a todas as combinações apropriadas de ações. Se um ou mais estados-limites forem excedidos, a estrutura não atende mais aos objetivos para os quais foi projetada.
Antes de discutirmos mais sobre os estados-limites, vamos entender o conceito de LRFD que será muito importante posteriormente.
LRFD - Load & Resistante Factor Design
LRFD é um método para obtenção de fator de segurança. É um método estatístico, logo depende da situação de projeto. Neste método, as cargas são majoradas por coeficientes obtidos em tabelas da norma de acordo com o tipo de carga aplicada na estrutura. Por outro lado, as resistências são minoradas por coeficientes obtidos em tabela da norma e dependem do tipo de análise.
Acima temos o seguinte: Uma tensão atuante na estrutura deve ser igual ou menor que uma tensão admissível. No ELU, nós majoramos as cargas e minoramos a resistência. Neste exemplo, vamos considerar a tensão de escoamento do material como sendo representante de sua resistêcia. Logo, observe que a tensão atuante foi multiplicada (majorada) por um fator γc e a resisência (limite de escoamento) foi dividida (minorada) por um fator γa. Note que podemos escrever esta equação da forma que está mostrado na terceira equação. A multiplicação dos dois fatores resulta em um fator de segurança único que divide a resistência, que é uma representação mais conhecida para a maioria de nós.
O LRFD é um método muito eficiênte para obtenção de fator de segurança. A probabilidade de falha é extremamente baixa, na ordem de 0,0001%. Vamos análisar o gráfico abaixo. Imagine que uma estrutura seja submetida à uma carga representada pela curva normal em azul. Foi realizado uma estimativa de qual carga ocorre com maior frequência, representada por Qm. Podem ocorrer casos em que esta carga seja ultrapassada, porém a probabilidade é cada vez mais baixa quanto mais nos distanciarmos de Qm. Por outro lado, temos a resistência do material utilizado na estrutura. Esta resistência pode ser representada, por exemplo, pelo limite de escoamento. O limite de escoamento de um material qualquer é geralmente tabelado. Por exemplo, do ASTM A36 vale 250 MPa. Porém, alguns fatores provocam um pouco de variabilidade neste valor, como por exemplo o processo de fabricação do material ou do perfil. Logo, podemos encontrar materiais com resistência abaixo da resistência média Rm tabelada. Caso ocorra em uma estrutura a combinação de uma carga muito acima do previsto em uma região onde o material apresenta uma resistência muito menor que a média prevista, pode acontecer uma falha na estrutura. Note que para que isso ocorra, a probabilidade é extremamente baixa.
Estados-limites últimos
Os estados-limites últimos estão relacionados com a segurança da estrutura sujeitas às combinações mais desfavoráveis de ações previstas em toda a vida útil, durante a contrução ou quando atuar uma ação especial ou excepcional (como já comentado anteriormente).
O método LRFD que acabamos de aprender é aplicado no ELU. É realizado uma análise da resistência da estrutura, onde vamos comparar uma força resistente de um determinado componente com a força atuante no mesmo.
Por exemplo: uma cantoneira está submetida à um esforço trativo de 40 kN e possui área de seção transversal de 3,10 cm². O material da cantoneira é ASTM A36 e possui limite de escoamento de 250 MPa. Considere um fator de majoração da carga de 1,5 e um fator de minoração da resistência de 1,1. A cantoneira atende à solicitação?
Estados-limites de serviço
No ELS, as cargas não são majoradas e as resistências não são minoradas. A análise é realizada com as cargas reais atuantes e com a resistência nominal do material. É realizado uma análise dos deslocamentos dos pontos da estrutura. Comparamos estes deslocamentos com limites determinados pela norma NBR 8800.
Observe a figura abaixo uma viga submetida à uma força transversal em um extremidade e engastada em outra. Esta força provoca um deslocamento da extremidade direita da viga. Nos estados-limites de serviço, comparamos este deslocamento com um limite estabelecido pela norma em tabelas. Reforçamos que a carga F aplicada é a carga real do projeto (sem majoração). No exemplo abaixo, obtivemos um deslocamento de 5 mm, sendo que o limite é de 8,571 mm. Assim, a viga atende às solicitações para ELS.
Conclusão
Este texto foi uma introdução ao conteúdo. O método dos estados-limites é a base fundamental dos conceitos mais avançados da NBR 8800, logo deve ser entendido completamente pelo projetista de estruturas metálicas.
Gostaria de aprender mais sobre o assunto? Veja a série de vídeos abaixo onde mostro com detalhes tudo sobre o assunto.
