Análise de carregamentos em estruturas

 

1 – Introdução

Para o correto dimensionamento seja de estruturas metálicas ou de concreto armado, é preciso analisar cuidadosamente todas as ações que a estrutura estará submetida, erroneamente muitos projetistas supõe que a estrutura totalmente carregada será a condição mais crítica, e adotam o modelo matemático admitindo essa situação, porém em alguns casos a consideração de carregamento total pode não ser a condição mais crítica, tornando o dimensionamento falho.
2 – Modelos de carregamentos

Uma estrutura com extremidades em balanço é um exemplo de como a intuição pode enganar o projetista de estruturas. A figura 01 ilustra uma hipótese de modelo de estrutura, onde as extremidades em balanço possui 2,0 m, e o vão central 5,0 m.

Seja a viga de um prédio, onde as extremidades são sacadas e o vão central sustenta a laje da sala, essa viga será continua sobre os apoios. Para esse caso é preciso verificar os momentos que ocorre em cada seção da viga, os carregamentos serão: Carga permanente (CP) e sobrecarga (SC).

Utilizaremos 1,0 kN/m para CP e 3,0 kN/m para SC, instintivamente vem a mente a opção de considerar a viga toda carregada utilizando 4,0 kN/m em toda sua extensão, admitimos ser então o primeiro caso, como apresentado na figura 02.

Quando trabalhamos com dimensionamento de estruturas, além de analisar a resistência do elemento estrutural (viga de sustentação), também é preciso analisar a utilização da estrutura (utilização da sala e sacadas), ou seja, esse modelo não é o único possível e pode também não ser o mais crítico. Suponha que esta acontecendo um desfile na cidade, e todos decidem ir para as sacadas, seria um segundo caso de carregamento desta estrutura, conforme a figura 03, ficaria nas sacadas uma carregamento de 4,0 kN/m e na sala apenas a carga CP de 1,0 kN/m.
O terceiro caso apresentado na figura04, seria com todos reunidos dentro da sala, assistindo a um final de campeonato de futebol, o que inverteria a posição dos carregamentos deixando 4,0 kN/m no centro da viga e 1,0 kN/m nas extremidades.
3 – Análise dos carregamentos

Com todas as hipóteses de carregamentos determinados é possível calcular os esforços que serão gerados nas vigas, para esse caso faremos a análise apenas dos momentos.
O primeiro caso, considerando a viga totalmente carregada gerou o diagrama abaixo:

Podemos verificar um momento máximo positivo no meio do vão central de 4,5 kN.m, e um momento máximo negativo de 8,0 kN.m nos apoios. Nesta configuração para não ter variação de seção, a viga deveria ser dimensionada com 8,0 kN.m.

O segundo caso, com carregamento nas extremidades gerou o diagrama abaixo:

Todos os momento serão negativos, com seu valor máximo de 8,0 kN.m nos apoios, mantendo o mesmo dimensionamento do primeiro caso.

O terceiro caso, com carregamento central gerou o diagrama abaixo:

Nesta configuração o momento máximo é de 10,5 kN.m no meio do vão central, portanto o dimensionamento dessa viga é preciso utilizar o momento de 10,5 kN.m.
4 – Conclusão

O correto dimensionamento dos elementos estruturais começa pela análise de utilização da estrutura, seguindo pelas considerações de cargas, sistema estrutural a utilizar e por fim o dimensionamento dos elementos, como podemos observar nem sempre o carregamento pleno gera os maiores esforços, um projeto estrutural deve ser feito sempre com calma e máxima atenção para evitar erros de projeto.
Autor: Adriano de Aquino Paiva da Silva
Data de publicação: 26/04/2017