CARACTERIZAÇÃO DE LIGAÇÕES E DUCTILIDADE DOS ELEMENTOS
3.2.2.2 CLASSES DE COMPORTAMENTO DE SECÇÕES TRANSVERSAIS
Os modernos códigos existentes providenciam certos parâmetros limitadores para classificar as secções transversais dos elementos estruturais, que foram primeiramente introduzidos pelo Eurocódigo 3 [16] [18], baseados na relação largura/espessura (b / ) dos componentes comprimidos dessas secções, constituindo t
um importante conceito para dimensionar estruturas de aço. Os componentes comprimidos englobam todos os componentes de uma secção transversal que se encontrem total ou parcialmente à compressão, devida a esforços axiais, a momentos- flectores ou a ambos os esforços em simultâneo.
O EC3 considera a divisão das secções transversais dos elementos estruturais em quatro diferentes classes de comportamento, definidas no diagrama momento- curvatura da fig. 3.40.
Figura 3.40 - Diagrama momento-curvatura definindo o comportamento das 4 classes
As secções transversais de Classe 1 (secções plásticas) são aquelas em que se pode formar uma rótula plástica com a capacidade de rotação (alta) necessária para uma análise plástica. Nestas secções a capacidade de deformação é praticamente idêntica à do material.
As secções transversais de Classe 2 (secções compactas) são aquelas em que é possível atingir o momento plástico, mas que possuem uma capacidade de rotação limitada.
As secções transversais de Classe 3 (secções semi-compactas) são aquelas em que é possível que a tensão calculada na fibra de compressão extrema do elemento de aço tenha o valor da tensão de cedência, mas em que a encurvadura local pode impedir que se instale o momento plástico.
As secções transversais de Classe 4 (secções esbeltas com instabilidade local) são aquelas em que na determinação da sua resistência à flexão ou compressão é necessário ter em conta, explicitamente, os efeitos da encurvadura local. Nestas secções a quebra ocorre em regime elástico e somente uma parte reduzida da secção, denominada secção efectiva, contribui para a sua resistência.
Os diversos componentes comprimidos de uma secção transversal, como por exemplo um banzo ou uma alma, podem pertencer a classes diferentes, sendo neste caso a secção classificada em função da classe individual mais elevada dos seus componentes comprimidos.
No quadro 3.10 estão definidas para as quatro classes, as resistências das secções transversais à flexão e a análise global que é permitida efectuar à estrutura.
Classe da Secção
Resistência das Secções Transversais
à Flexão Análise Global da Estrutura Classe 1 Mpl,Rd =Wpl.fy /
g
M0 Análise plástica (ou elástica *)Classe 2 Mpl,Rd =Wpl.fy /
g
M0 Análise elástica *Classe 3 Mel,Rd =Wel.fy/
g
M0 Análise elásticaClasse 4 Mo,Rd =Weff.fy/
g
M0 Análise elástica* É permitida a redistribuição de momentos.
Quadro 3.10 - Resistências das secções transversais à flexão e análise global da estrutura
Conforme já foi referido, o parâmetro mais importante regulador do comportamento indicado e, portanto, definidor da classe de comportamento da secção é a relação b / das partes comprimidas constituintes da secção. Para cada classe t
existem valores limites desta relação dados no EC3 (ver quadros 3.11 a 3.14), e nas “Recomendações para as Construções Metálicas em Zonas Sísmicas” da ECCS [39] (quadro 3.15, exclusivamente para as classes 1, 2 e 3). De notar que, em zonas sísmicas, não é recomendada a construção metálica com perfis cuja secção seja de classe 4.
Para que sejam válidos os valores de referência dos coeficientes de comportamento apresentados pelo Eurocódigo 8 [27] para as estruturas metálicas (ver capítulo 4), este regulamento obriga a respeitar certas regras de projecto e pormenorização das zonas dissipativas, sobretudo no que diz respeito à esbelteza dos elementos e das secções transversais e, também, às ligações. Assim, para que se possa evitar a encurvadura local, em zonas de componentes de secção finos, fenómeno que diminuiria a secção transversal efectiva e que, deste modo, ficaria sujeita a maiores deformações, que a tornariam vulnerável a fractura por fadiga, em poucos ciclos, o EC8 estabelece valores limites do coeficiente de comportamento para cada classe de secção (ver quadro 3.16).
Quadro 3.11 - Relações largura/espessura máximas, para almas comprimidas, retirado do Eurocódigo 3 [16]
Quadro 3.12 - Relações largura/espessura máximas, para elementos internos do banzo comprimidos, retirado do Eurocódigo 3 [16]
Quadro 3.13 - Relações largura/espessura máximas, para banzos salientes comprimidos, retirado do Eurocódigo 3 [16]
Quadro 3.14 - Relações largura/espessura máximas, para cantoneiras e secções tubulares comprimidas, retirado do Eurocódigo 3 [16]
Quadro 3.15 - Relações largura/espessura máximas, para elementos comprimidos, retirado das recomendações da ECCS [39]
Classe de Ductilidade
Coeficiente de
Comportamento (q) Classe de Secção Requerida
H (Alta) q>4 Classe 1
M (Média) 2< q£4 Classe 1 ou 2
M (Média) 1,5< q£2 Classe 1, 2 ou 3
Quadro 3.16 - Classe de secção transversal requerida [27]
Os valores limites, apresentados no quadro 3.16, são estabelecidos tendo em conta a classe de ductilidade da estrutura (H, M ou L), definida por dois conceitos diferentes de dimensionamento de estruturas metálicas quando sujeitas à acção dos sismos:
a) Comportamento estrutural dissipativo, quando a estrutura tem partes (zonas dissipativas) capazes de resistirem às acções sísmicas para além do seu comportamento elástico;
b) Comportamento estrutural pouco dissipativo, quando os efeitos das acções são calculados com base numa análise global elástica, sem ter em conta o comportamento não-linear do material.
No quadro 3.17 são indicadas as classes de ductilidade requeridas para as secções transversais de acordo com o conceito de dimensionamento e o coeficiente de comportamento.
Conceito de Dimensionamento
Coeficiente de
Comportamento (q) Classe de Ductilidade Requerida Conceito a)
Estrutura Dissipativa q³4 H (Alta)
Conceito a)
Estrutura Dissipativa 1,5< q<4 M (Média) Conceito b)
Estrutura Pouco Dissipativa 1£ q£1,5 L (Baixa)
As estruturas consideradas sob o conceito a) devem pertencer à classe de ductilidade Média ou Alta. Estas classes correspondem ao aumento da capacidade de dissipação de energia por mecanismos plásticos.
As estruturas consideradas sob o conceito b) devem pertencer à classe de ductilidade Baixa, cujo dimensionamento só é recomendado para regiões de fraca sismicidade.