Ações nas Estruturas de Concreto Armado, O Poder das Cargas

Para começar, definir todas as ações nas estruturas de concreto armado é apenas uma parte da estratégia dos engenheiros, em busca da excelência, e executar projetos seguros, econômicos e duradouros.

Agora, o que dizer de “ações”? Um termo técnico de Engenharia Civil?

Sim, como existem as ações relacionadas à Economia, temos também na Engenharia, mas o significado é muito diferente.

No entanto, elas são forças horizontais ou verticais aplicadas nos elementos estruturais, em qualquer que seja o empreendimento a construir.

Mas, para te dar um norte, preparei este artigo, com informações práticas para quem deseja saber mais sobre as ações nas estruturas de concreto armado. Vamos nessa?

O Que São Ações nas Estruturas de Concreto Armado;

A realidade é que as ações referem-se às forças concentradas, distribuídas ou forças externas, como vento, água e terremoto.

Sendo assim, elas são cargas de natureza variada, e geram esforços e deslocamentos nas estruturas.

Logo, as estruturas de concreto armado são projetadas para resistir a estes esforços e manter o nível de deslocamentos em padrões aceitáveis.

Por essa razão, existem as normas técnicas para estabelecer instruções, que auxiliam na regulação de práticas e procedimentos.

Sendo assim, produtos, serviços e projetos devem atender a requisitos de qualidade e segurança.

A propósito, vamos seguir as normas brasileiras, tais como:

• ABNT-NBR-6118–2023: estabelece os requisitos para o projeto e a execução de estruturas de concreto;
• ABNT-NBR-6120–2019: ações para o cálculo de estruturas e edificações;
• ABNT-NBR-8681–2004: ações e seguranças nas estruturas, abrange todos os tipos;

Salvo, algumas normas a mais, serão citadas no momento apropriado.

Então, no ponto de vista das normas brasileiras, as ações nas estruturas classificam-se em três categorias:

• Ações Permanentes: Diretas e Indiretas;
• Ações Variáveis: Diretas e Indiretas;
• Ações Excepcionais;

Vamos conhecer mais a respeito de todas uma por uma?

Ações Permanentes;

As ações permanentes ocorrem com valores constantes, ou com uma pequena variação em torno de sua média, durante toda sua vida útil. Também incluem nessa categoria, as forças que crescem com o tempo e tendem a um valor constante no final.

Ações Permanentes Diretas;

Esse é o primeiro passo para entender, as ações permanentes diretas são constituídas por:

• Peso Próprio dos Elementos Estruturais;
• Peso Próprio dos Elementos da Construção;
• Peso Próprio dos Equipamentos Fixos;
• Empuxos;

Então, elas são obtidas em cada elemento estrutural, como lajes, vigas, pilares e fundações, seja em:

• Unidades de força / área: tf/m², Kgf/cm²;
• Unidades de Força/comprimento: tf/m, Kgf/cm;
• Unidade de força; tf, Kgf;

Como exemplo, temos:

• Peso das Lajes (KN/m²) = Peso Específico do Concreto Armado x Espessura da Laje.
• Peso das Vigas (KN/m) = Peso Específico do Concreto Armado x Área da Seção Transversal da Viga.
• Peso dos Pilares (KN) = Peso Específico do Concreto Armado x Área da Seção Transversal do Pilar x Altura do Pilar.

Já em caso da ação de água, como em piscinas e reservatórios, desde que permaneçam cheios, na maior parte de sua vida útil, considera-se o peso de água como carga permanente, tais como:
Peso de Água (KN/m²) = Peso Específico da Água x Altura de Coluna da água.

Peso Próprio dos Elementos de Construção e Equipamentos Fixos;

Agora, fique atento com os materiais usados na sua obra, certifique-se de pedir dados necessários, como os pesos específicos ao fabricante.

Caso contrário, consulte a norma NBR-6120, e faça o cálculo dos pesos, tais como:

• Revestimento de lajes (KN/m²) = Peso Específico do Revestimento x Espessura;
• Parede (KN) = Peso Específico do Tijolo x Comprimento de parede x Espessura x Altura;
• Telhado (KN) = Peso Específico do Material x Área;

O mesmo raciocínio segue para calcular o peso em reservatórios de armazenagem, com a falta de dados experimentais, como exemplos:

No final do projeto, os pesos individuais de todos os elementos estruturais são somados para obter o peso próprio da estrutura completa.

No entanto, com a evolução dos softwares em Engenharia Estrutural, calculam-se esses dados de modo simples, rápido e direto ao ponto.

Em poucas palavras, o mercado é repleto também de planilhas prontas para fazer esse serviço, quem trabalha com orçamento de obras.

Empuxos Permanentes;

A propósito, a NBR-6118–2023 e a NBR-8681–2004 referem-se aos empuxos de terra e outros materiais granulares, desde que não sejam removíveis, como empuxos permanentes.

Além disso, nas estruturas enterradas, consideram-se as pressões atuantes nas paredes laterais, devido ao empuxo do solo, empuxo hidrostático, e eventuais sobrecargas sobre o terreno adjacente.

Aqui estão alguns exemplos de estruturas e situações em que esses fenômenos desempenham um papel significativo:

Empuxos de Terra:

• Muros de Arrimo: construídos para suportar encostas de terra e evitar deslizamentos de solo;
• Subsolos: cortinas de contenção;
• Reservatórios enterrados: fossas sépticas, sumidouros e cisternas.

Empuxo Hidrostáticas da Água;

• Paredes de Reservatórios Verticais;
• Paredes de Reservatórios Enterrados;
• Paredes de Piscinas;

Silos: usados para armazenar materiais granulares também estão sujeitos a pressões laterais, à medida que os materiais são empilhados e armazenados.

Ações Permanentes Indiretas;

Por outro lado, as ações permanentes indiretas referem-se a:

• Retração e fluência do concreto;
• Deslocamento de apoio (Recalques);
• Imperfeições geométricas locais;
• Imperfeições geométricas globais;
• Momento mínimo: substituem os efeitos das imperfeições locais nos pilares e pilares-paredes em estruturas reticuladas no item 11.3.3.4.3 na NBR-6118-2023;

Vamos entender mais sobre esses tópicos agora, continue na leitura para saber mais sobre.

Sendo assim, a fluência e a retração são dois fenômenos que afetam o comportamento do concreto, mas eles são distintos e ocorrem por diferentes razões.

Retração do Concreto

Em resumo, ela é uma redução nas dimensões do elemento estrutural e ocorre nas primeiras idades, após a mistura do material, devido à evaporação da água, que causa uma diminuição no volume do concreto.

A propósito, pode causar fissuras e afetar a durabilidade e a aparência do material.

Além disso, os maiores cuidados estão relacionados às fases de execução, com as medidas necessárias de prevenção durante a construção.

Fluência do Concreto;

Por outro lado, a fluência no concreto é um fenômeno de deformação lenta, que ocorre ao longo do tempo, quando o material é submetido a tensões constantes.

Sendo assim, ela causa deslocamentos adicionais que precisam ser avaliados com muita atenção na fase de projeto.

Além disso, é um fenômeno de longo prazo que continua ao longo do tempo, e pode se estender por muitos anos.

Como considerar a fluência e a retração no concreto armado?

Do ponto de vista estrutural, para amenizar os efeitos da retração, em casos especiais, são previstas juntas de dilatação, ou seja, pequenas aberturas ou espaços vazios, assim a estrutura fica livre para se movimentar.

Em relação à fluência, a norma NBR-6118 disponibiliza uma metodologia simples e aproximada, para a ação de cargas de longa duração.

Deslocamentos nos Apoios

Em relação aos deslocamentos nos apoios, os chamados recalques no solo, a norma NBR-6118–2023 apresenta no seu item 11.3.3.3:

“Consideram-se os deslocamentos nos apoios, quando os esforços solicitantes são significativos em relação ao conjunto das outras ações, ou seja, em estruturas hiperestáticas e muito rígidas.”

Agora vamos supor, imagine que um primeiro grupo de engenheiros solucionam todos os seus projetos estruturais, com a hipótese dos apoios não deslocáveis nas fundações, ou seja, engaste total.

No entanto, a razão é que o solo se deforma, e as fundações impõem na estrutura, em geral, hiperestática, um fluxo de carga bem diferente da condição de apoios fixos.

O resultado disso? redistribuição dos esforços nos elementos estruturais e nas reações das fundações no solo, ou seja, tudo se modificou em relação à condição inicial.

Aqui imagine também, que um segundo grupo de engenheiros resolvem seus projetos estruturais, com a hipótese de apoios rotulados nas fundações, com a inexistência de momento fletor.

Porém, pela mesma razão anterior, o solo se desloca, são os chamados recalques, e as fundações impõem na estrutura uma situação bem diferente da condição de apoios rotulados.

Sendo assim, da mesma forma, os esforços se redistribuem na estrutura e as reações nas fundações se modificam.

Logo, uma situação bem contrária, por exemplo, a uma condição de apoios não deslocáveis ou apoios rotulados.

Então, considera-se a interação solo-estrutura, em alguns casos, nesse modo, as estruturas são projetadas com molas nas fundações, ou seja, com deslocamentos nos apoios, segundo a norma NBR-6122–2022 de projeto e execução de fundações.

Imperfeições Geométricas

As Imperfeições geométricas, em geral, em pilares, dividem-se em dois grupos:

• Imperfeições Globais;
• Imperfeições Locais;

O desaprumo é uma das imperfeições geométricas globais e locais, e se refere à inclinação do pilar, seja em um lance específico, ou na estrutura total. conforme a figura abaixo:

Ações nas Estruturas de Concreto Armado Variáveis;

Já as ações variáveis alteram seus valores em torno de sua média, durante a vida da construção, e dividem-se em ações variáveis diretas e indiretas.

Ações Variáveis Diretas

Sendo assim, as ações Variáveis Diretas constituem-se por:

• Cargas de Uso da Edificação;
• Ação da Água;
• Ação do Vento;
• Ações variáveis durante a construção;

Cargas de Uso da Edificação

Nesse item englobam as cargas acidentais ou Sobrecargas, e incluem o peso de pessoas, móveis, equipamentos. Por exemplo, um edifício de escritórios, as cargas verticais de utilização podem incluir mesas, cadeiras e pessoas.

Além disso, as cargas móveis, constituem-se por forças resultantes de ações como o movimento de pessoas ou equipamentos. Por exemplo, uma pessoa pulando ou o movimento brusco de uma máquina podem gerar cargas verticais dinâmicas.

Já o impacto lateral associa-se a movimentos não planejados ou forças horizontais inesperadas. Por exemplo, uma colisão de veículo contra a parede de um edifício gera uma carga lateral súbita na estrutura.

E mais, a força longitudinal de frenagem ou aceleração, presente em estruturas como garagens subterrâneas, a frenagem ou a aceleração de veículos podem criar forças longitudinais que atuam na estrutura.

Ah sim, mais uma a acrescentar, a força centrífuga, a ser considerada no projeto de pontes em situações em que veículos estão se movendo em curvas. Essa força é resultado da aceleração centrífuga que atua sobre objetos em movimento circular ou curvilíneo.

A ação da água

Já vimos acima a ação da água como carga permanente em reservatórios e piscinas que ficarão cheios na maior parte de sua vida útil.

Então, analisar com atenção os casos a considerar uma carga de água como uma ação variável, por exemplo:

Em poucas palavras, locais sujeitos ao acúmulo de água de chuvas além do previsto, como nas coberturas, terraços e varandas ao ar livre, devido a falhas no sistema de drenagem.

Ação do Vento

Além da pressão estática do vento, as estruturas também podem estar sujeitas a cargas dinâmicas, como rajadas.

Logo, essas rajadas podem criar efeitos oscilatórios que afetam a estabilidade da estrutura. A norma brasileira estabelece as diretrizes detalhadas para o projeto de estruturas devido à ação do vento, nesse caso a NBR-6123–1988.

Ações Variáveis durante a Construção:

Por um lado, o projeto de estruturas de concreto armado se concentra em situações de carga, onde todas as ações como, cargas permanentes, sobrecargas e vento são levados em conta ao mesmo tempo.

Sendo assim, o engenheiro procura garantir que a estrutura suporta todas as cargas sem colapsar.

Por outro lado, a avaliação de cargas durante o processo de construção, à medida que a estrutura vai sendo erguida, é uma etapa a se levar em conta nos projetos de engenharia civil.

Nesse caso, as cargas não atuam ao mesmo tempo na estrutura, portanto, existe um processo progressivo de ação das cargas, no passo que a obra vai sendo construída.

A boa notícia é que existem softwares de modelagem estrutural avançado para simular o comportamento da estrutura em diferentes estágios de construção.

Isso permite avaliar como as cargas estão distribuídas e como elas afetam a estrutura.

Ações Variáveis Indiretas:

Essas ações são menos previsíveis do que as permanentes, e atuam nas estruturas de duas formas distintas, tais como:

• Variação Uniforme de Temperatura: causam alongamentos ou encurtamentos nos elementos estruturais;
• Variação Não Uniforme de Temperatura: atua na direção transversal do elemento estrutural e causa variações de comprimento e curvatura;
• Ações Dinâmicas: quando as estruturas estão sujeitas a choques e vibrações durante o seu uso, e a possibilidade de fadiga decorrente dessas ações.

A propósito, a fadiga é um fenômeno no qual a estrutura sofre danos progressivos ao longo do tempo, devido à aplicação repetitiva de cargas variáveis.

Além disso, ela é relevante em estruturas sujeitas a cargas cíclicas ou oscilantes, como pontes, viadutos, edifícios altos expostos ao vento e em máquinas de elevado porte.

Ações nas Estruturas de Concreto Armado Excepcionais,

Mas isso não é tudo, ainda existem as ações excepcionais, que são eventos raros, mas devastadores em potencial, como:

• Terremotos Excepcionais;
• Choques de Veículos;
• Incêndios;
• Explosões;
• Enchentes;

Embora a probabilidade de ocorrência seja baixa, a análise das ações excepcionais é fundamental para garantir a segurança pública e a integridade das estruturas em situações extremas.

A compreensão dessas categorias e a capacidade de avaliar suas implicações, devem ser avaliadas com o uso de Normas Brasileiras específicas para cada caso em particular.

Cada categoria apresenta desafios únicos, e os engenheiros devem considerar todas elas ao desenvolver estruturas que sejam seguras e duráveis.

Por exemplo, a NBR-15200–2012, norma brasileira para projeto estrutural de concreto em situação de incêndio, para limitar o risco à vida humana, da vizinhança e da propriedade exposta ao fogo.

Conclusão:

Então, esse artigo nos levou por um caminho repleto de informações valiosas sobre as ações nas estruturas de concreto armado.

Você descobriu as características de cada tipo de ação, desde o peso próprio, cargas variáveis e as ações excepcionais.

A propósito, um ponto de atenção seria a avaliação de cargas na estrutura durante a etapa de construção.

Além disso, seguimos as normas vigentes de projeto, que estabelecem as bases para o levantamento de cargas presentes nas estruturas.

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