Para responder à questão acima é necessário consultar quais são as normas técnicas vigentes no Brasil que tratam do assunto e, com isso, auxiliam na elaboração de um projeto estrutural seguro e econômico. Essas instruções normativas fornecem quais os carregamentos e coeficientes de segurança devem ser usados para cada tipo de material estrutural e ambiente da edificação. Por exemplo, a sobrecarga de utilização de um ambiente de dormitório é menor que o de uma área de serviço; já o coeficiente de minoração da resistência do aço é menor que o do concreto. Quais os motivos por trás dessas diferenças? Para isso precisamos entender a evolução dos procedimentos de cálculo.

Atualmente, as normas brasileiras consideram o método dos estados limites para determinar a segurança das estruturas, ou seja, qual a probabilidade de falha (ou ruína) que determinado projeto apresenta quando usados os carregamentos e coeficientes de minoração e majoração fornecidos pelas normas. No início, era aplicado para tal o método do coeficiente de segurança externo, onde um coeficiente externo é aplicado para majorar o carregamento atuante. Por exemplo: se a carga atuante é de 10 kN, aplica-se um coeficiente (intuitivo) que aumente essa carga, como o 3, resultando na carga usada para cálculo de 30 kN.

Outra maneira seria a aplicação do Método do Coeficiente Interno, onde o coeficiente é considerado na resistência (tensão admissível) do material. Como exemplo, tomemos o caso anterior: a carga continuaria a ser de 10 kN, mas a tensão admissível do material seria dividida pelo coeficiente interno (igual a 3, nesse caso). Nota-se que em ambos os casos o coeficiente é baseado na intuição, impossibilitando a real mensuração do quanto a estrutura é segura (método qualitativo). Outro ponto a destacar é a diferença do comportamento do material quando submetido esforços de tração ou compressão, o que não garantiria que o coeficiente de segurança tenha o mesmo efeito com relação ao fenômeno da flambagem.

A evolução dos dois métodos apresentados acima culminou no chamado Método das Tensões Admissíveis, que emprega coeficientes de segurança diferentes para peças tracionadas e comprimidas. Para condições estabilizantes (tração, por exemplo) aplica-se um coeficiente que diminui a resistência do material (coeficiente interno: 1,7 para o aço e 4 a 5 para a madeira) que diminui significativamente a capacidade do material mostrando certa ignorância quanto ao comportamento do mesmo. Em condições não estabilizantes (compressão) o coeficiente utilizado é externo, porém considerando como carga admissível o valor teórico encontrado (carga crítica de Euler, em caso de compressão). Esse método ainda é adotado pelas normas americanas e muito usado no dimensionamento de fundações, apesar de já ter sido superado pelo mais empregado atualmente que é denominado Método dos Estados Limites, este considerado como semi probabilístico, já que os materiais são tratados como fenômenos aleatórios que apresentam certa frequência de resultados que, quando distribuídos em uma curva de densidade apresentam formato de uma curva de Gauss. Já as ações correntes em estruturas não apresentam essa mesma distribuição sendo, portanto, pré-determinadas.

Portanto, o método dos estados limites consiste em majorar as ações atuantes e combiná-las considerando a probabilidade das diversas ações ocorrerem simultaneamente (por exemplo: peso próprio, sobrecarga de utilização e vento máximo) e minorar as resistências usando coeficientes determinados estatisticamente levando em conta a variabilidade dos resultados obtidos em ensaios padronizados. Com isso, duas situações que afetam os valores dos coeficientes de segurança são consideradas: estado limite último (ELU) ou de ruptura, onde verifica-se a segurança da estrutura ao colapso; e o estado limite de serviço (ELS), que avalia a adequação da estrutura ao uso impedindo deformações e vibrações que causem desconforto. Esses coeficientes de segurança são encontrados nas normas referentes a cada material, como: NBR 8800/2008 – Projeto de Estruturas de Aço e Estruturas Mistas de Aço e Concreto de Edifícios, NBR 14762/2010 – Dimensionamento de Estruturas de Aço formada por Perfis Formados a Frio, NBR 6118/2014 – Projeto de Estruturas de Concreto – Procedimento, NBR 7190/1997 – Projeto de Estruturas de Madeira. Já os valores das ações correntes em estruturas podem ser determinados nas seguintes normas: NBR 6123/1988 – Forças Devidas ao Vento em Edificações e NBR 6120/1980 – Cargas para o Cálculo de Estruturas para Edificações.

Por se tratar de um método semi-probabilístico, é possível determinar qual a probabilidade de falha de determinada estrutura, ou seja, admite-se que existe uma pequena possibilidade de que, mesmo seguindo todas as prescrições normativas, a estrutura venha a ruir. Porém, utilizando os coeficientes apresentados pelas normas a probabilidade de falha está na casa de 0,00001, a mesma estipulada para que uma pessoa em condições normais venha a sofrer um mal súbito e menor do que a probabilidade de uma pessoa ser morta em um acidente de trânsito (0,7 %). Procura-se sempre na engenharia atingir um equilíbrio entre segurança e custo, pois quanto maior a segurança maior o custo (peso) de tal edificação.

Concluindo, diferente de seus predecessores, o método dos estados limites possibilita a mensuração do quão segura está a estrutura e de qual o risco de falha. Fato este que trouxe grandes avanços na engenharia de estruturas, contribuindo para que edifícios cada vez mais complexos sejam construídos. No próximo texto (parte 2) abordaremos alguns casos de combinação de ações aplicando em um projeto exemplo de cobertura.

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