O Que é a Análise Estrutural em Concreto Armado? Direto ao Ponto

Fique por aqui, porque eu vou responder o que é a análise estrutural em concreto armado.

A propósito, ela é um aspecto crucial na engenharia que busca definir e avaliar toda a estrutura de uma obra a ser construída.

Agora, qual o seu papel nos projetos estruturais? Qual o segredo?

Nesse artigo você vai aprender sobre conceitos, tipos e métodos utilizados na análise estrutural.

Então, ao longo do tempo, a engenharia estrutural evoluiu muito e continua seu progresso constante em busca de aperfeiçoamento.

Que tipos de evolução? Uso de tecnologias avançadas, como o projeto assistido por computador e a ciência dos materiais muito mais refinada.

Sendo assim, podemos efetuar análises estruturais muito mais detalhadas e sofisticadas nos projetos.

Portanto, continue na leitura e descubra o que é a análise estrutural em uma estrutura de concreto armado e muito mais sobre.

O Que é a Análise Estrutural em Concreto Armado?

Primeiro de tudo, uma análise estrutural consiste em avaliar os efeitos dos carregamentos em uma estrutura como, edifícios, pontes ou qualquer obra a ser construída.

A propósito, ela envolve o uso de modelos matemáticos e computacionais para verificar os estados limites últimos e de serviços.

Sendo assim, ajuda a identificar problemas potenciais e a fazer as alterações necessárias no projeto para que a estrutura funcione conforme planejado.

Logo, uma análise estrutural detalhada de estruturas de concreto armado envolve diversas etapas, desde a definição do modelo estrutural até a interpretação dos resultados.

Agora, imagine que você deseja construir um edifício para ter uma renda passiva com aluguéis.

E entenda isso: Você contrata um arquiteto para fazer o projeto de arquitetura, além disso, criar uma maquete 3D do prédio.

Logo, essa maquete é uma representação física em escala reduzida, onde vemos os diversos elementos, como paredes, janelas, portas e telhados se encaixarem.

Da mesma forma, o arquiteto cria uma representação virtual do seu edifício no computador, com o uso de software especial.

Sendo assim, eles ajudam a visualizar e entender todos os detalhes arquitetônicos do edifício, e ter uma ideia de como será o resultado final.

No entanto, eles não fornecem as informações necessárias para partir para a construção, como o projeto estrutural.

Agora, contrate um engenheiro especialista para fazê-lo e tudo será resolvido.

Portanto, depois de criar a maquete e o projeto de arquitetura, você precisa estar de posse de todas as plantas do projeto estrutural para iniciar a construção.

Então, o engenheiro cria um modelo estrutural, que é como uma versão mais avançada e detalhada da maquete, e do modelo virtual de arquitetura.

O que é um Modelo Estrutural?

A propósito, ele é uma outra representação virtual do seu futuro prédio com lajes, vigas, pilares e fundações, isto é, os elementos estruturais estão presentes.

Ou seja, um modelo estrutural é uma representação gráfica da realidade do que vai ser executado na obra.

Sendo assim, ele deve representar o mais próximo possível do que vai existir na construção.

Pois, através dele, efetuam-se os diversos cálculos, ou seja, análises estruturais aprofundadas para prever como a estrutura responderá a diferentes cenários de carregamentos.

Agora preste atenção, você acabou de entender a etapa inicial de uma análise estrutural, que é a construção do modelo estrutural.

Então, O Que Tudo Isso Significa?

Em poucas palavras, foram coletadas informações necessárias para construir o modelo estrutural baseado no projeto de arquitetura.

Sendo assim, definiram-se as geometrias, dimensões e posições de todos os elementos estruturais.

Além disso, todas as ligações entre lajes-vigas, vigas-pilares e pilares-fundações, as chamadas condições de apoio ou contorno.

Como se não bastasse, definiram-se os materiais, como o aço e o concreto, com suas devidas propriedades, tais como:

• Resistência Característica do Concreto (fck);
• Resistência Característica do Aço (fyk) ;
• Módulos de Elasticidades;
• Coeficientes de Poisson;

Portanto, após esta etapa, o modelo estrutural está pronto para receber os diversos tipos de carregamentos.

Sejam forças estáticas como cargas permanentes, acidentais, ou cargas dinâmicas que variam no tempo.

Agora, pode-se resolver o modelo estrutural e obter os resultados preliminares.

A propósito, isso pode incluir alterações na geometria, condições de contorno e posições dos elementos estruturais.

Dessa forma, a avaliação dos resultados é feita com base nos valores de deslocamentos, esforços internos, distribuição de tensões, entre outros.

Sendo assim, verificar se a estrutura atende aos requisitos de segurança, estabilidade e economia.

Diante desse cenário, tomar decisões e fazer os ajustes no projeto estrutural, implementar as modificações necessárias e reavaliar.

Com Isso em Mente, Quais são os Tipos de Esforços Internos?

Então, o objetivo de uma análise estrutural é determinar os esforços internos que atuam nos elementos estruturais.

Após isto, dimensionar todos os elementos estruturais como lajes, vigas, pilares e fundações para resistir com segurança todas as cargas ao longo do seu ciclo de vida.

Sendo assim, esses esforços são cruciais para avaliar toda a estrutura do projeto.

Portanto, os principais esforços internos de uma estrutura de concreto armado durante uma análise estrutural, incluem:

• Momentos Fletores: causam a flexão de elementos estruturais, como pilares, vigas, lajes e fundações, e são fundamentais para o dimensionamento;
• Esforços Cortantes: Eles são críticos para o dimensionamento de elementos como vigas, onde a capacidade de resistir ao cisalhamento é crucial;
• Forças Axiais: referem-se às forças de compressão ou tração ao longo do eixo longitudinal de um elemento estrutural, como pilares ou vigas sob a ação de vento;
• Momentos Torçores: ocasiona um giro na seção em torno do eixo axial. Merecem atenção especial as vigas;

Além dos esforços internos, uma análise estrutural também fornece informações sobre os deslocamentos dos elementos estruturais, para verificar se estão dentro de limites aceitáveis para o uso pretendido.

Tipos de Análise Estrutural em Concreto Armado;

Veja bem, o conhecimento do engenheiro é primordial para o uso de qualquer tipo ou método de análise estrutural.

Os requisitos fundamentais baseiam-se na sua experiência, domínio das teorias e bom senso.
Então, existem vários tipos de análise estrutural utilizados na engenharia, tais como:

Análise Estrutural Linear;

Por um lado, a análise linear em estruturas de concreto armado é uma abordagem que pressupõe uma relação linear entre as cargas aplicadas e os deslocamentos resultantes (linearidade geométrica).

Logo, esse método é uma simplificação onde se assume também o comportamento do material, tanto do concreto quanto do aço como linear elástico (linearidade física).

Sendo assim, significa que as relações entre tensões e deformações são proporcionais e reversíveis antes da ocorrência de fissuração no concreto ou do escoamento no aço.

Além disso, ela permite a aplicação do princípio da superposição, onde os efeitos de diferentes carregamentos podem ser somados linearmente para obter a resposta total da estrutura.

Portanto, uma grande parte das estruturas em Engenharia Civil se enquadram aqui, com o diagrama carga vs deslocamento e tensão vs deformação linear.

Análise Estrutural Linear com Redistribuição:

Por outro lado, a análise linear com redistribuição em estruturas de concreto armado é uma abordagem que incorpora a redistribuição de momentos ao longo da estrutura, após a plastificação de certas regiões.

Logo, plastificar significa reduzir o momento fletor em uma ligação laje-viga ou viga-pilar, isto é, passando de uma situação de engaste para uma posição intermediária, entre um engaste e apoio simples.

No entanto, tudo deve ser feito de acordo com o pressuposto na norma brasileira NBR-6118–2023.

Sendo assim, existem os limites para redução de momentos e atender também às exigências de dutilidade.

Logo, para propiciar um aspecto dútil em lajes e vigas, a norma limita a posição da linha neutra no Estado limite último em dois casos:

• Caso 1 — x/d ≤ 0.45 para concreto com fck ≤ 50 MPa;
• Caso 2 — x/d ≤ 0.35 para concreto com 50 MPa ≤ fck ≤ 90 MPa;

Onde: x é a profundidade da linha neutra e d refere-se a altura útil do elemento estrutural em questão.

Além disso, para fazer uma redistribuição e reduzir o momento fletor em uma seção transversal de M para δM, a relação x/d para o momento fletor reduzido δM tem os seguintes limites:

• Caso 1 — x/d ≤ (δ-0.44)/1.25 para concreto com fck ≤ 50 MPa
• Caso 2 — x/d ≤ (δ-0.56)/1.25 para concreto com 50 MPa ≤ fck ≤ 90 MPa;

Onde δ é o coeficiente de redistribuição e obedece aos limites:

• δ ≥ 0.90 para estruturas de nós móveis;
• δ ≥ 0.75 para os demais casos

Nesse Caso a Norma NBR-6118-2023 Permite;

Aqui está uma exceção, pois a norma NBR-6118–2023 consente adotar redistribuições fora dos limites expostos acima, desde que seja feita:

• Análise estrutural não linear ou plástica;
• Verificar a capacidade de rotação das rótulas plásticas, item 14.6.4.4 da norma referida aqui;

Portanto, os efeitos da redistribuição em estruturas de concreto armado têm implicações significativas no comportamento estrutural.

Dito isso, ela permite uma redistribuição eficiente dos momentos nas seções da estrutura, otimizando a utilização dos materiais.

Em resumo, a sua aplicação eficaz requer um conhecimento avançado em análise estrutural, e interpretar com firmeza os requisitos da norma.

Portanto, muito cuidado e cautela na hora de decidir usá-la.

Análise Estrutural Não Linear;

Já, a análise não linear desempenha um papel vital, com suas respostas exibidas pelas estruturas de concreto armado.

Sendo assim, ela permite a simulação de cenários, muito próximos da prática, e obtém resultados mais realistas e mais precisos.

Logo, ao construir modelos estruturais não lineares mais complexos, temos uma resposta além das limitações de uma análise linear.

Agora, a análise não linear classifica-se em dois tipos:

• Não linearidade geométrica;
• Não linearidade física;

Por um lado, a primeira refere-se às mudanças na forma e na geometria que ocorrem quando uma estrutura sofre deslocamentos consideráveis, sob a ação de esforços horizontais como do vento.

A propósito, a não linearidade geométrica introduz diversos efeitos que impactam o comportamento das estruturas, entre eles incluem:

• Grandes deformações e rotações: isso pode resultar em mudanças na rigidez, alterações na distribuição de tensões e instabilidade nas estruturas;
• Redistribuição de cargas: À medida que ocorrem deformações, as cargas e esforços internos são redistribuídos, afetando a resposta estrutural geral.

Por outro lado, a segunda diz respeito a não linearidade dos materiais baseado em:

• Curva tensão-deformação não linear: devido às variações de propriedades dos materiais em diferentes níveis de deformação;
• Efeitos Dependentes do Tempo: devido à fluência (a deformação gradual sob cargas constantes) e à retração do concreto;
• Formação de Fissuras: compreender as condições sob as quais as estruturas de concreto formam e propagam as fissuras são cruciais para a durabilidade e segurança.

Análise Estrutural em Concreto Armado Não Linear sem Softwares?

Então, as análises não lineares requerem técnicas especializadas, muito além da análise linear tradicional, como:

• Métodos incrementais-iterativos: dividem a análise em pequenos incrementos e resolvem as equações de equilíbrio em cada incremento de modo iterativo;
• Controle de carga ou deslocamento: o carregamento pode ser controlado em termos de forças aplicadas ou deslocamentos prescritos. Isto permite a exploração de diferentes cenários de carregamento e a avaliação da resposta da estrutura sob diversas condições.

Portanto, é inviável analisar estruturas não lineares com cálculos manuais sem um programa computacional.

Sendo assim, existem diversos softwares disponíveis no mercado, que utilizam métodos numéricos avançados e fornecem recursos para modelagem estrutural.

Análise Estrutural Plástica;

E entenda isso: uma análise plástica é baseada na idealização de uma curva tensão versus deformação do material como rígido-plástico ou elástico-plástico perfeito.

Desse modo, duas teorias comumente utilizadas na análise plástica são a Teoria das Rótulas Plásticas em estruturas reticuladas e a Teoria das Charneiras Plásticas em lajes.

Ambas as teorias são valiosas para a análise plástica, pois proporcionam uma maneira eficiente de modelar o comportamento plástico em estruturas específicas.

A propósito, o foco deste artigo não é apresentar essas teorias e fica aqui como título de informação.

Além disso, existem softwares específicos para efetuar a análise plástica em estruturas de concreto armado, com o uso do Método dos Elementos Finitos.

Análise Estrutural Através de Modelos Físicos:

Então, essa análise envolve a realização de testes com modelos reduzidos de uma estrutura para avaliar seu comportamento sob condições específicas de carregamento.

Sendo assim, essa abordagem pode ser crucial para validar modelos de cálculos ineficientes ou situações que fogem do escopo da norma brasileira.

Logo, modelos são construídos com uma escala reduzida, a partir da estrutura analisada, mantendo proporções semelhantes.

A propósito, os modelos físicos podem ser submetidos a condições reais de carregamento, como cargas de vento, terremotos ou outras condições ambientais específicas.

O seu uso requer custos elevados, tempo e complexidade envolvidos em comparação com análises computacionais.

Métodos de Análise Estrutural em Concreto Armado:

Em se tratando de métodos de análise estrutural utilizados na engenharia civil, incluem-se:

• Cálculos Manuais: método simples e direto de análise estrutural que envolve a resolução de elementos estruturais usando equações clássicas, e serve para averiguar a ordem de grandeza dos resultados;
• Análise Assistida por Computador: uso de software para resolver o comportamento de uma estrutura. Esse é o método mais rápido e preciso, e usado na maioria dos escritórios de Engenharia;
• Testes Experimentais: envolve testar uma estrutura para determinar seu comportamento, por exemplo, ensaios em laboratórios especializados;
• Prova de Carga: utilizada para determinar a capacidade de carga de uma estrutura e validar os resultados da análise, por exemplo, em fundações;
• Monitoramento: envolve observar uma estrutura ao longo do tempo para determinar seu comportamento. Esse método é utilizado para monitorar o desempenho de estruturas já construídas no local de origem;

Em Resumo, O Que é a Análise Estrutural em Concreto Armado;

Vamos recapitular?

Passo 1: Criar o Modelo Estrutural:
Definir a Geometria, Elementos Estruturais, Condições de Apoio; e Aplicar as Cargas;

Passo 2: Escolher o tipo de Análise Estrutural:

Passo 3: Escolher o Método de Resolução;
Calcular Reações, Esforços Internos, Tensões, Deformações e Deslocamentos;
Avaliar Tudo, Fazer Ajustes e Modificações Necessárias;

Passo 4: Repetir o processo até obter uma estrutura viável para prosseguir para a fase de dimensionamento.

Conclusão:

Nesse artigo apresentamos um tópico específico para entender o que é uma análise estrutural em concreto armado.

Porém, espero que tenha mais clareza de um assunto de suma relevância na engenharia estrutural.

Em qualquer caso, analisar uma estrutura significa investigar e olhar atento em cada detalhe.

Além disso, criticar, modificar e prosseguir, ciente de ter tomado as decisões corretas.

Siglas usadas ao longo do artigo como NBR diz respeito a norma brasileira de estruturas em concreto armado.

Sendo assim, leia também o nosso artigo que desmistifica o que é um dos softwares mais potentes do mercado hoje, clique aqui.

Obrigado e até mais.