Resistência dos materiais
Professor Márcio Policarpo Universidade de Franca Arquitetura e Urbanismo
índice
01 Comportamento quanto ao carregamento
02 Principais tipos de estrutura
03 Cargas atuantes nas estruturas
04 Cargas permanentes e cargas acidentais
05 Exercícios
06 Referências bibliográficas
01
Comportamento quanto ao carregamento
O objetivo final das estruturas na Arquitetura e na Engenharia é de resistir a carregamentos com o mínimo possível de deformações, de modo a garantir a habitabilidade dos espaços protegidos por esses elementos. O comportamento das estruturas varia de acordo com a natureza do carregamento realizado sobre cada elemento.
A compressão é o comportamento estrutural apresentado quando existe a tendência de esmagamento de uma peça. Esse comportamento é muito comum em pilares, que recebem uma carga vertical de cima para baixo. A compressão ocorre em função de uma reação com sentido contrário e mesma direção e módulo que a ação original, ou seja, se um pilar recebe uma carga de 50 KN em seu topo, a sua base exercerá uma reação de 50 KN no sentido oposto. Ao receber ação e reação com sentido oposto, o interior do elemento estrutural é comprimido, em uma tendência de esmagamento na qual a tendência natural seria o achatamento do elemento, como você pode ver na Figura 3. O cálculo estrutural dessas peças precisa prever e mitigar essa tendência natural, utilizando materiais e formas que resistam à compressão.
Compressão
Ao contrário da compressão, a tração é a tendência de um elemento estrutural ser esticado, ou seja, sua base e topo serem afastados de acordo com a força aplicada em um dos lados e a reação causada por tal carregamento no outro extremo. Assim como na compressão, a tração só existe se duas condições estiverem presentes: primeiro, é necessário que uma força atue sobre o elemento, tal força pode ser a gravidade ou algum elemento externo que puxe o objeto para si; em segundo lugar, é preciso existir uma reação de módulo e direção igual com sentido oposto, ou seja, este elemento precisa estar preso em um ponto fixo que evite o seu movimento. Observe na Figura 4 um bloco suspenso de uma laje por um cabo. Sobre esse bloco atua apenas a gravidade, que puxa o elemento em direção ao solo; tal movimento não acontece porque o cabo que o prende à laje tem resistência suficiente para resistir à tração que ocorre entre a ação da gravidade e a reação exercida pela laje.
Tração
Observe a Figura 5. O elemento está ao mesmo tempo sendo comprimido e tracionado. A viga foi flexionada, sua porção central sofreu abaulamento e o elemento estrutural tem tendência de deformação. Segundo Garrison (2018), o quanto a viga se flexionará depende de quatro fatores: o material de que é feita a viga; as características geométricas da seção transversal; o vão vencido pela viga; a carga aplicada à viga. Uma das maneiras de determinar o grau de flexão de um elemento é a medição da deflexão, ou seja, a distância entre o elemento antes de receber a carga e a posição que este assume após a deformação.
Flexão
O cisalhamento é a tendência de rompimento de uma peça por corte. Imagine que duas placas metálicas são presas entre si por um parafuso; quando uma força afasta as placas, o parafuso acaba se rompendo no ponto de encontro dos elementos, conforme a Figura 6. Outro exemplo de cisalhamento é similar ao já visto pela flexão. Se uma viga biapoiada é carregada além de sua capacidade resistente, pode ocorrer o rompimento do elemento no ponto de contato com um de seus apoios, de modo que a viga será cortada, conforme a Figura 7.
Cisalhamento
02
Principais tipos de estrutura
Atualmente, os principais tipos de estrutura são as vigas, as lajes, os pilares, as paredes, as fundações, os arcos, as treliças, os pórticos e as estruturas estaiadas. Cada um desses modelos traz suas particularidades e se adapta melhor ou pior a situações específicas.
As vigas podem ser classificadas de acordo com a natureza de seus apoios em três categorias: simplesmente apoiadas, quando os elementos apenas repousam sobre os apoios; contínuas, quando existe mais de um apoio, e em balanço, quando os apoios não estão localizados na extremidade da viga. As deformações das vigas são desenhadas com linhas pontilhadas, como você pode ver na Figura 8. As vigas simplesmente apoiadas são as mais comuns e podem ser exemplificadas por um pedaço de madeira apoiado sobre duas paredes; as contínuas são um pouco mais complexas, uma vez que geralmente têm um apoio rígido ou engastado e outros vínculos não fixos ou simplesmente apoiados. Por último, as vigas em balanço necessitam de um apoio engastado para que não aconteça a rotação do elemento.
Vigas
As lajes, a exemplo das vigas, são elementos que se estendem horizontalmente entre os apoios mas, ao contrário destas, são elementos planares e não lineares, normalmente utilizadas para conformar o piso dos espaços habitados de uma estrutura. Sua classificação quanto aos vínculos é a mesma das vigas: simplesmente apoiadas, contínuas ou em balanço. Quanto ao comportamento estrutural, as lajes podem ter sua resistênciareforçada, por meio da armadura, em uma ou duas direções. A escolha do sentido da armadura é feita de acordo com a geometria do elemento estrutural: lajes com um dos lados maior que duas vezes o outro ou com apoios em apenas dois dos lados são armadas apenas no vão menor, enquanto as lajes que tendem a um equilíbrio dimensional maior e possuem apoios em todos os lados precisam ser reforçadas nos dois sentidos. Veja na Figura 9 esses tipos de laje.
Lajes
Lajes
Os pilares são elementos lineares verticais que transferem a carga verticalmente em direção ao solo. Geralmente os pilares recebem cargas de compressão, salvo quando a carga é aplicada de maneira excêntrica ao elemento ou quando este é demasiadamente delgado, casos em que o elemento pode sofrer flexão.
Pilares
Assim como os pilares, as paredes são elementos verticais que distribuem as cargas verticalmente em direção às fundações da edificação. Porém, diferentemente dos pilares, as paredes são elementos planares, se estendendo horizontalmente. Exceções à transmissão vertical das cargas são as paredes de contenção,utilizadas para conter a terra ou água em pavimentos de subsolo. Nestes casos, as paredes precisam ser projetadas de modo que resistam a forças atuando lateralmente. Observe a Figura 10.
Paredes
As fundações podem ser consideradas os últimos elementos de uma estrutura, uma vez que são elas as responsáveis por transmitir todas as cargas de uma edificação para o solo. As fundações devem garantir a estaticidade e o equilíbrio da estrutura, permitindo que todo o sistema estrutural se comporte de maneira previsível. Cada fundação precisa ser calculada de acordo com a estrutura que deve ser suportada e o tipo de terreno sobre o qual será edificada. Existem, portanto, diversos tipos de estrutura; aqui você conhecerá quatro sistemas que atendem a necessidades específicas: as sapatas isoladas, as sapatas contínuas, os radiers e as estacas, conforme a Figura 11.
Fundações
As sapatas isoladas são elementos monolíticos construídos sob a base depilares, distribuindo a carga pontual de uma coluna em uma área maior de solo. As sapatas contínuas são análogas às isoladas, com a diferença de serem construídas sob paredes. Muitas vezes são necessárias tantas sapatas isoladas e contínuas que se torna mais econômica a construção de um radier, uma fundação monolítica construída sob toda a edificação. Por último, existem as fundações em estacas, elementos lineares inseridos em grandes profundidades no solo. Sobre as estacas é concretado um elemento chamado de bloco de estacas, responsável pela transmissão das cargas da supraestrutura para as estacas.
Fundações
Como você ja sabe, compressão e tração são comportamentos estruturais opostos. Certos materiais, como alvenarias e o concreto, têm alta resistência à compressão e baixa resistência à tração. O arco foi desenvolvido para resolver grandes vãos sem depender da resistência à tração das pedras, uma vez que o seu formato distribui as cargas de tal maneira que não gera flexão e, consequentemente, gera apenas solicitações de compressão nos elementos.
Arcos
As treliças são sistemas estruturais bidimensionais ou tridimensionais complexos no qual cada uma das peças está sempre sob tração ou compressão e nunca sobre flexão. Tal característica permite grandes vãos, sendo muitas vezes projetadas vigas treliçadas para vencer longas distâncias em estruturas metálicas, conforme a Figura 12.
Treliças
Pórticos
Os pórticos são estrutura rígidas compostas por mais de duas peças, geralmente dois pilares e uma viga. Geralmente esse sistema estrutural é utilizado para estruturas de aço, mas, não raramente são projetados pórticos de madeira ou concreto pré-moldado.
Muitas vezes as estruturas precisam vencer vãos extremamente longos, como em pontes; nesses casos, são recomendadas as estruturas estaiadas, nas quais um ou mais pilares suportam elementos atirantados, geralmente cabos, que por sua vez sustentam os elementos mais abaixo da estrutura. Estes cabos são solicitados apenas em tração, enquanto os pilares que os sustentam são solicitados em compressão, como você pode ver na Figura 13.
Estruturas estaiadas ou suspensas
03
Cargas atuantes nas estruturas
A estrutura de uma edificação está constantemente sofrendo ação de forças, cargas e fatores ambientais. O papel da estrutura é resistir a essas influências, mantendo intacta a forma da construção. Isso só é possível com o correto dimensionamento estrutural e, para tanto, é necessário reconhecer as cargas às quais a edificação está exposta. Para isso, as estruturas são calculadas para resistirem ao seu próprio peso, ao peso dos objetos colocados dentro da edificação, como o mobiliário, e ao peso das pessoas e veículos que venham a circular no interior dos espaços projetados.
O peso próprio da estrutura e objetosfixos e móveis são considerados cargas atuantes na estrutura. A definição de carga, segundo Garrison (2018), é bem simples: uma influência sobre um objeto (parte de um edifício, por exemplo) capaz de causar movimento. Se a estrutura foi projetada para permanecer parada, deve resistir a essa tendência ao movimento que as cargas causam. Como você já sabe, as cargas atuantes nas estruturas podem ser diferenciadas quanto a sua permanência ou quanto a sua distribuição. A diferenciação quanto à permanência é, justamente, dos casos já citados, enquanto a categorização quanto à distribuição lida com a maneira com que a carga atua — que pode ser pontual, quando a carga atua sobre um ponto específico; uniformemente distribuída, quando atua de maneira contínua em uma zona; ou uniformemente variável, quando a carga é distribuída em uma região de maneira não contínua.
Como o próprio nome diz, são cargas que atuam sobre um ponto específico da estrutura. O exemplo mais comum são os pilares, elementos lineares que concentram toda a carga depositada sobre eles em um ponto específico da estrutura, como uma viga, por exemplo. As cargas pontuais são expressas em unidades de quilonewtons (kN) e suarepresentação gráfica é uma seta apontando na direção da carga exatamente em seu ponto de atuação, como você pode ver na Figura 1.
Carga pontual
As cargas uniformemente distribuídas (CUDs) se diferenciam das cargas pontuais pelo simples fato de atuarem de maneira contínua ao longo de uma linha ou plano. As CUDs são expressas em quilonewtons por metro, ou kN/m, e sua representação gráfica é de uma série de setas de mesmo comprimento posicionadas no elemento que sofre a carga em toda a extensão de ação dessa força, conforme a Figura 2. Assim como os pilares são os exemplos clássicos de cargas pontuais, uma laje apoiada sobre uma viga é o exemplo mais didático de uma CUD. Imagine uma laje retangular apoiada em seus quatro lados por vigas. Cada uma dessas vigas recebe uma parcela da carga da laje, e essas cargas são apoiadas ao longo de toda a viga, certo? Portanto, temos CUDs em todas as vigas.
Carga uniformemente distribuída
As cargas uniformemente variáveis (CUVs) são muito similares às uniformemente distribuídas, com a diferença de que sua força varia uniformemente ao longo do comprimento. Um exemplo comum de CUV são as laterais de uma caixa d’água, cuja base precisa resistir a mais carga do que a parte superior, uma vez que a gravidade faz com que todo o peso da água atue lateralmente. Dessa maneira, a carga varia de zero, na parte mais alta dessa lateral, até sua carga máxima, junto à base. A representação gráfica das CUVs é bem parecida com a das CUDs, a diferença está na diferença na altura das setas, que varia linearmente do ponto de maior carga até o de menor. Veja na Figura 3 um exemplo de representação de um muro de contenção, que obedece à mesma lógica da caixa d’água.
Carga uniformemente variável
04
Cargas permanentes e cargas acidentais
Segundo definição da ABNT NBR 6120, de novembro de 1980, que trata de cargas para o cálculo de estruturas de edificações, a carga permanente ou carga morta é constituída pelo peso próprio da estrutura da edificação, pelo peso de todos os elementos construtivos fixos e por instalações permanentes (ABNT, 1980). Alguns exemplos de cargas mortas são os pisos, as paredes, os pilares, as vigas, os telhados, ou seja, tudo aquilo que está sempre presente na edificação. A norma adota a letra g para representar as cargas desta categoria. As cargas são expressas em kN/m3, representando o peso por metro cúbicodo material.
Carga permanente
As cargas acidentais — ou vivas — são todas aquelas que podem atuar sobre a estruturas das construções em função do seu uso, ou seja, são variáveis por natureza. Pessoas, móveis, materiais diversos e veículos são os exemplos mais usuais de cargas dessa categoria, na qual se enquadram todos os elementos que podem ou não estar presentes. Para simplificar o cálculo das cargas acidentais, são atribuídas sobrecargasde utilização de acordo com o uso da edificação. A norma estipula valores que variam de 1,5kN/m3a 7,5kN/m3, dependendo do elemento considerado.
Carga acidental
05
Exercícios
1. Em geral, as cargas atuantes nas estruturas “percorrem” um caminho de cima para baixo. Sendo assim, considere uma estrutura de concreto armado de um pavimento com pilares, vigas e lajes de concreto armado. Como poderia ser descrito um esquema simplificado da distribuição dessas cargas? a) fundações → vigas → pilares → paredes.b) vigas → paredes → pilares → lajes.c) lajes → paredes → fundações. d) paredes → pilares → vigas → fundações.e) lajes → vigas → pilares → fundações.
2. A estrutura, conjunto de elementos que sustentam a edificação, pode ser classificada quanto à sua posição em relação ao solo, quanto à vinculação com elementos de vedação e quanto à sua materialidade. A respeito das diferentes categorias de estruturas que podem ser encontradas, assinale a alternativa correta. a) Considera-se supraestrutura a parte da estrutura posicionada acima do nível do solo.b) Em estruturas autoportantes, há independência entre os elementos estruturais (vigas, lajes e pilares) e a vedação.c) Steel frame é um sistema construtivo feito in loco com placas de madeira maciça.d) A superestrutura de uma edificação é responsável por transferir as cargas para o solo.e) Quando a alvenaria de uma edificação é seu elemento estruturador, denomina-se estrutura independente.
Referências
GIAMBASTIANI, G. L.; et al. Sistemas estruturais II. Porto Alegre: Sagah, 2019.
https://www.instagram.com/grafica_arquitectonica/
Por hoje é isso!
Resistência dos materiais - 4º SEM. - aula 3
marcio.policarpo
Created on August 21, 2022
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Resistência dos materiais
Professor Márcio Policarpo Universidade de Franca Arquitetura e Urbanismo
índice
01 Comportamento quanto ao carregamento
02 Principais tipos de estrutura
03 Cargas atuantes nas estruturas
04 Cargas permanentes e cargas acidentais
05 Exercícios
06 Referências bibliográficas
01
Comportamento quanto ao carregamento
O objetivo final das estruturas na Arquitetura e na Engenharia é de resistir a carregamentos com o mínimo possível de deformações, de modo a garantir a habitabilidade dos espaços protegidos por esses elementos. O comportamento das estruturas varia de acordo com a natureza do carregamento realizado sobre cada elemento.
A compressão é o comportamento estrutural apresentado quando existe a tendência de esmagamento de uma peça. Esse comportamento é muito comum em pilares, que recebem uma carga vertical de cima para baixo. A compressão ocorre em função de uma reação com sentido contrário e mesma direção e módulo que a ação original, ou seja, se um pilar recebe uma carga de 50 KN em seu topo, a sua base exercerá uma reação de 50 KN no sentido oposto. Ao receber ação e reação com sentido oposto, o interior do elemento estrutural é comprimido, em uma tendência de esmagamento na qual a tendência natural seria o achatamento do elemento, como você pode ver na Figura 3. O cálculo estrutural dessas peças precisa prever e mitigar essa tendência natural, utilizando materiais e formas que resistam à compressão.
Compressão
Ao contrário da compressão, a tração é a tendência de um elemento estrutural ser esticado, ou seja, sua base e topo serem afastados de acordo com a força aplicada em um dos lados e a reação causada por tal carregamento no outro extremo. Assim como na compressão, a tração só existe se duas condições estiverem presentes: primeiro, é necessário que uma força atue sobre o elemento, tal força pode ser a gravidade ou algum elemento externo que puxe o objeto para si; em segundo lugar, é preciso existir uma reação de módulo e direção igual com sentido oposto, ou seja, este elemento precisa estar preso em um ponto fixo que evite o seu movimento. Observe na Figura 4 um bloco suspenso de uma laje por um cabo. Sobre esse bloco atua apenas a gravidade, que puxa o elemento em direção ao solo; tal movimento não acontece porque o cabo que o prende à laje tem resistência suficiente para resistir à tração que ocorre entre a ação da gravidade e a reação exercida pela laje.
Tração
Observe a Figura 5. O elemento está ao mesmo tempo sendo comprimido e tracionado. A viga foi flexionada, sua porção central sofreu abaulamento e o elemento estrutural tem tendência de deformação. Segundo Garrison (2018), o quanto a viga se flexionará depende de quatro fatores: o material de que é feita a viga; as características geométricas da seção transversal; o vão vencido pela viga; a carga aplicada à viga. Uma das maneiras de determinar o grau de flexão de um elemento é a medição da deflexão, ou seja, a distância entre o elemento antes de receber a carga e a posição que este assume após a deformação.
Flexão
O cisalhamento é a tendência de rompimento de uma peça por corte. Imagine que duas placas metálicas são presas entre si por um parafuso; quando uma força afasta as placas, o parafuso acaba se rompendo no ponto de encontro dos elementos, conforme a Figura 6. Outro exemplo de cisalhamento é similar ao já visto pela flexão. Se uma viga biapoiada é carregada além de sua capacidade resistente, pode ocorrer o rompimento do elemento no ponto de contato com um de seus apoios, de modo que a viga será cortada, conforme a Figura 7.
Cisalhamento
02
Principais tipos de estrutura
Atualmente, os principais tipos de estrutura são as vigas, as lajes, os pilares, as paredes, as fundações, os arcos, as treliças, os pórticos e as estruturas estaiadas. Cada um desses modelos traz suas particularidades e se adapta melhor ou pior a situações específicas.
As vigas podem ser classificadas de acordo com a natureza de seus apoios em três categorias: simplesmente apoiadas, quando os elementos apenas repousam sobre os apoios; contínuas, quando existe mais de um apoio, e em balanço, quando os apoios não estão localizados na extremidade da viga. As deformações das vigas são desenhadas com linhas pontilhadas, como você pode ver na Figura 8. As vigas simplesmente apoiadas são as mais comuns e podem ser exemplificadas por um pedaço de madeira apoiado sobre duas paredes; as contínuas são um pouco mais complexas, uma vez que geralmente têm um apoio rígido ou engastado e outros vínculos não fixos ou simplesmente apoiados. Por último, as vigas em balanço necessitam de um apoio engastado para que não aconteça a rotação do elemento.
Vigas
As lajes, a exemplo das vigas, são elementos que se estendem horizontalmente entre os apoios mas, ao contrário destas, são elementos planares e não lineares, normalmente utilizadas para conformar o piso dos espaços habitados de uma estrutura. Sua classificação quanto aos vínculos é a mesma das vigas: simplesmente apoiadas, contínuas ou em balanço. Quanto ao comportamento estrutural, as lajes podem ter sua resistênciareforçada, por meio da armadura, em uma ou duas direções. A escolha do sentido da armadura é feita de acordo com a geometria do elemento estrutural: lajes com um dos lados maior que duas vezes o outro ou com apoios em apenas dois dos lados são armadas apenas no vão menor, enquanto as lajes que tendem a um equilíbrio dimensional maior e possuem apoios em todos os lados precisam ser reforçadas nos dois sentidos. Veja na Figura 9 esses tipos de laje.
Lajes
Lajes
Os pilares são elementos lineares verticais que transferem a carga verticalmente em direção ao solo. Geralmente os pilares recebem cargas de compressão, salvo quando a carga é aplicada de maneira excêntrica ao elemento ou quando este é demasiadamente delgado, casos em que o elemento pode sofrer flexão.
Pilares
Assim como os pilares, as paredes são elementos verticais que distribuem as cargas verticalmente em direção às fundações da edificação. Porém, diferentemente dos pilares, as paredes são elementos planares, se estendendo horizontalmente. Exceções à transmissão vertical das cargas são as paredes de contenção,utilizadas para conter a terra ou água em pavimentos de subsolo. Nestes casos, as paredes precisam ser projetadas de modo que resistam a forças atuando lateralmente. Observe a Figura 10.
Paredes
As fundações podem ser consideradas os últimos elementos de uma estrutura, uma vez que são elas as responsáveis por transmitir todas as cargas de uma edificação para o solo. As fundações devem garantir a estaticidade e o equilíbrio da estrutura, permitindo que todo o sistema estrutural se comporte de maneira previsível. Cada fundação precisa ser calculada de acordo com a estrutura que deve ser suportada e o tipo de terreno sobre o qual será edificada. Existem, portanto, diversos tipos de estrutura; aqui você conhecerá quatro sistemas que atendem a necessidades específicas: as sapatas isoladas, as sapatas contínuas, os radiers e as estacas, conforme a Figura 11.
Fundações
As sapatas isoladas são elementos monolíticos construídos sob a base depilares, distribuindo a carga pontual de uma coluna em uma área maior de solo. As sapatas contínuas são análogas às isoladas, com a diferença de serem construídas sob paredes. Muitas vezes são necessárias tantas sapatas isoladas e contínuas que se torna mais econômica a construção de um radier, uma fundação monolítica construída sob toda a edificação. Por último, existem as fundações em estacas, elementos lineares inseridos em grandes profundidades no solo. Sobre as estacas é concretado um elemento chamado de bloco de estacas, responsável pela transmissão das cargas da supraestrutura para as estacas.
Fundações
Como você ja sabe, compressão e tração são comportamentos estruturais opostos. Certos materiais, como alvenarias e o concreto, têm alta resistência à compressão e baixa resistência à tração. O arco foi desenvolvido para resolver grandes vãos sem depender da resistência à tração das pedras, uma vez que o seu formato distribui as cargas de tal maneira que não gera flexão e, consequentemente, gera apenas solicitações de compressão nos elementos.
Arcos
As treliças são sistemas estruturais bidimensionais ou tridimensionais complexos no qual cada uma das peças está sempre sob tração ou compressão e nunca sobre flexão. Tal característica permite grandes vãos, sendo muitas vezes projetadas vigas treliçadas para vencer longas distâncias em estruturas metálicas, conforme a Figura 12.
Treliças
Pórticos
Os pórticos são estrutura rígidas compostas por mais de duas peças, geralmente dois pilares e uma viga. Geralmente esse sistema estrutural é utilizado para estruturas de aço, mas, não raramente são projetados pórticos de madeira ou concreto pré-moldado.
Muitas vezes as estruturas precisam vencer vãos extremamente longos, como em pontes; nesses casos, são recomendadas as estruturas estaiadas, nas quais um ou mais pilares suportam elementos atirantados, geralmente cabos, que por sua vez sustentam os elementos mais abaixo da estrutura. Estes cabos são solicitados apenas em tração, enquanto os pilares que os sustentam são solicitados em compressão, como você pode ver na Figura 13.
Estruturas estaiadas ou suspensas
03
Cargas atuantes nas estruturas
A estrutura de uma edificação está constantemente sofrendo ação de forças, cargas e fatores ambientais. O papel da estrutura é resistir a essas influências, mantendo intacta a forma da construção. Isso só é possível com o correto dimensionamento estrutural e, para tanto, é necessário reconhecer as cargas às quais a edificação está exposta. Para isso, as estruturas são calculadas para resistirem ao seu próprio peso, ao peso dos objetos colocados dentro da edificação, como o mobiliário, e ao peso das pessoas e veículos que venham a circular no interior dos espaços projetados.
O peso próprio da estrutura e objetosfixos e móveis são considerados cargas atuantes na estrutura. A definição de carga, segundo Garrison (2018), é bem simples: uma influência sobre um objeto (parte de um edifício, por exemplo) capaz de causar movimento. Se a estrutura foi projetada para permanecer parada, deve resistir a essa tendência ao movimento que as cargas causam. Como você já sabe, as cargas atuantes nas estruturas podem ser diferenciadas quanto a sua permanência ou quanto a sua distribuição. A diferenciação quanto à permanência é, justamente, dos casos já citados, enquanto a categorização quanto à distribuição lida com a maneira com que a carga atua — que pode ser pontual, quando a carga atua sobre um ponto específico; uniformemente distribuída, quando atua de maneira contínua em uma zona; ou uniformemente variável, quando a carga é distribuída em uma região de maneira não contínua.
Como o próprio nome diz, são cargas que atuam sobre um ponto específico da estrutura. O exemplo mais comum são os pilares, elementos lineares que concentram toda a carga depositada sobre eles em um ponto específico da estrutura, como uma viga, por exemplo. As cargas pontuais são expressas em unidades de quilonewtons (kN) e suarepresentação gráfica é uma seta apontando na direção da carga exatamente em seu ponto de atuação, como você pode ver na Figura 1.
Carga pontual
As cargas uniformemente distribuídas (CUDs) se diferenciam das cargas pontuais pelo simples fato de atuarem de maneira contínua ao longo de uma linha ou plano. As CUDs são expressas em quilonewtons por metro, ou kN/m, e sua representação gráfica é de uma série de setas de mesmo comprimento posicionadas no elemento que sofre a carga em toda a extensão de ação dessa força, conforme a Figura 2. Assim como os pilares são os exemplos clássicos de cargas pontuais, uma laje apoiada sobre uma viga é o exemplo mais didático de uma CUD. Imagine uma laje retangular apoiada em seus quatro lados por vigas. Cada uma dessas vigas recebe uma parcela da carga da laje, e essas cargas são apoiadas ao longo de toda a viga, certo? Portanto, temos CUDs em todas as vigas.
Carga uniformemente distribuída
As cargas uniformemente variáveis (CUVs) são muito similares às uniformemente distribuídas, com a diferença de que sua força varia uniformemente ao longo do comprimento. Um exemplo comum de CUV são as laterais de uma caixa d’água, cuja base precisa resistir a mais carga do que a parte superior, uma vez que a gravidade faz com que todo o peso da água atue lateralmente. Dessa maneira, a carga varia de zero, na parte mais alta dessa lateral, até sua carga máxima, junto à base. A representação gráfica das CUVs é bem parecida com a das CUDs, a diferença está na diferença na altura das setas, que varia linearmente do ponto de maior carga até o de menor. Veja na Figura 3 um exemplo de representação de um muro de contenção, que obedece à mesma lógica da caixa d’água.
Carga uniformemente variável
04
Cargas permanentes e cargas acidentais
Segundo definição da ABNT NBR 6120, de novembro de 1980, que trata de cargas para o cálculo de estruturas de edificações, a carga permanente ou carga morta é constituída pelo peso próprio da estrutura da edificação, pelo peso de todos os elementos construtivos fixos e por instalações permanentes (ABNT, 1980). Alguns exemplos de cargas mortas são os pisos, as paredes, os pilares, as vigas, os telhados, ou seja, tudo aquilo que está sempre presente na edificação. A norma adota a letra g para representar as cargas desta categoria. As cargas são expressas em kN/m3, representando o peso por metro cúbicodo material.
Carga permanente
As cargas acidentais — ou vivas — são todas aquelas que podem atuar sobre a estruturas das construções em função do seu uso, ou seja, são variáveis por natureza. Pessoas, móveis, materiais diversos e veículos são os exemplos mais usuais de cargas dessa categoria, na qual se enquadram todos os elementos que podem ou não estar presentes. Para simplificar o cálculo das cargas acidentais, são atribuídas sobrecargasde utilização de acordo com o uso da edificação. A norma estipula valores que variam de 1,5kN/m3a 7,5kN/m3, dependendo do elemento considerado.
Carga acidental
05
Exercícios
1. Em geral, as cargas atuantes nas estruturas “percorrem” um caminho de cima para baixo. Sendo assim, considere uma estrutura de concreto armado de um pavimento com pilares, vigas e lajes de concreto armado. Como poderia ser descrito um esquema simplificado da distribuição dessas cargas? a) fundações → vigas → pilares → paredes.b) vigas → paredes → pilares → lajes.c) lajes → paredes → fundações. d) paredes → pilares → vigas → fundações.e) lajes → vigas → pilares → fundações.
2. A estrutura, conjunto de elementos que sustentam a edificação, pode ser classificada quanto à sua posição em relação ao solo, quanto à vinculação com elementos de vedação e quanto à sua materialidade. A respeito das diferentes categorias de estruturas que podem ser encontradas, assinale a alternativa correta. a) Considera-se supraestrutura a parte da estrutura posicionada acima do nível do solo.b) Em estruturas autoportantes, há independência entre os elementos estruturais (vigas, lajes e pilares) e a vedação.c) Steel frame é um sistema construtivo feito in loco com placas de madeira maciça.d) A superestrutura de uma edificação é responsável por transferir as cargas para o solo.e) Quando a alvenaria de uma edificação é seu elemento estruturador, denomina-se estrutura independente.
Referências
GIAMBASTIANI, G. L.; et al. Sistemas estruturais II. Porto Alegre: Sagah, 2019.
https://www.instagram.com/grafica_arquitectonica/
Por hoje é isso!