Treliça Plana: Arte da Engenharia para Vencer Grandes Vãos

Você conhece um elemento estrutural incrível e bem comum em pontes, galpões industriais e telhados? Pois estamos falando da treliça plana.

Assim, ela é um ótimo recurso para desafiar grandes vãos, suportar cargas sem comprometer a resistência, segurança e a construção.

A propósito, existem muitos modelos típicos de treliças planas e fabricados com materiais tradicionais como a madeira, o aço e o alumínio.

Logo, elas adaptam-se às necessidades dos engenheiros e arquitetos, sempre com foco na melhoria de desempenho estrutural.

Aliás, uma treliça plana beneficia-se de sua geometria para propiciar estruturas mais resistentes, mais leves e mais versáteis.

Portanto, vamos aprender mais sobre conceitos, tipos e outros aspectos importantes.

O que é uma treliça plana?

Então, a treliça plana é um elemento estrutural composto por um conjunto de barras interligadas entre si, onde trabalham em conjunto para resistir aos carregamentos e distribuir os esforços com mais eficiência.

Assim, os seus componentes principais são as barras ou membros, onde conectam-se em pontos chamados de nós, formando padrões geométricos.

Em geral, com formatos triangulares contidos em único plano, ou seja, em duas dimensões, isto é, 2D, assim, conferem rigidez e estabilidade à estrutura.

No entanto, como primeira hipótese de projeto, consideram-se os nós conectados as barras e eles se comportam como pinos.

Qual é o ponto? Desse modo, eles giram de modo livre, isto é, um em relação ao outro.

Já a consequência direta dessa suposição é a inexistência de momentos fletores e esforços cisalhantes, ou seja, apenas esforços normais.

Em outras palavras, os nós em conjunto com os membros da treliça suportam apenas cargas axiais, isto é, forças de tração ou compressão.

Outro aspecto importante é relacionado às cargas externas, pois elas são aplicadas apenas em nós da treliça, assim, redistribuem-se entre os membros, reduzindo a concentração de tensões.

Por outro lado, uma das grandes vantagens da treliça plana é sua capacidade de vencer grandes vãos sem a necessidade de apoios intermediários, assim tem-se:

• Estruturas mais leves e eficientes;
• Menos desperdício de material;
• Mais precisão na fabricação e montagem;
• Diminuem-se os erros e acelera-se a construção;
• Ambientes amplos, flexíveis e funcionais;
• Redução de pilares;

Portanto, o uso da treliça plana torna-se uma escolha para diversos tipos de obras, pois ela se adapta a diferentes demandas, oferece soluções personalizadas sem comprometer a eficiência estrutural.

Tipos de treliça plana

Existe uma variedade de tipos de treliças planas disponíveis em resposta para diversos tipos de construções, por exemplo, as treliças Pratt, Howe e Warren.

Treliça Pratt;

Então, esta treliça proposta por Thomas Pratt em meados do século XIX, em 1844, constitui-se de barras verticais e diagonais onde formam-se as letras N.

Além do mais, uma barra horizontal superior comprimida e outra inferior tracionada complementam o modelo de treliça.

Aliás, os seus membros diagonais estão dispostos de modo a desenvolver somente forças de tração.

Por outro lado, as barras verticais desenvolvem apenas forças de compressão, portanto, precisam ser robustas para resistir ao fenômeno de flambagem, porém há casos com esforço nulo presente em alguma das barras.

Treliça Howe;

Bem, este tipo de treliça precede a de Pratt em apenas quatro anos, em 1840, e foi proposta por William Howe.

Agora, um aspecto importante desta treliça é a sua geometria com apenas as diagonais dispostas inversas a de Pratt, porém esta veio primeiro.

Assim, em resposta a ação dos carregamentos, os mesmos mecanismos se desenvolvem com a tração dos membros verticais e a compressão das diagonais, salvo exceções, alguma barra vertical com esforço nulo.

Bem como, a barra horizontal superior comprimida e a outra inferior tracionada integram a treliça.

Treliça Warren;

Seguindo as ondas de criação de treliças, James Warren propôs a treliça Warren por volta de 1848.

Aliás, a sua primeira versão elimina os membros verticais das treliças de Howe e Pratt, com seus membros formando triângulos equiláteros.

Assim, somente suas barras horizontais e diagonais resistem às forças de tração e compressão.

Como consequência disto, as distâncias entre os nós dos membros horizontais são mais longas, pois em caso de compressão, tornam-se um problema por causa da flambagem.

A propósito, Warren apresentou uma versão modificada com a adição das barras verticais, assim, reduziu-se as distâncias entre os nós pela metade na barra superior horizontal comprimida.

Dito isso, um aspecto bastante curioso: as treliças de Howe, Pratt e Warren surgiram numa época de intenso desenvolvimento de ferrovias e a construção de pontes.

Portanto, o uso destas treliças se expandiram e novos modelos surgiram na engenharia em pequenos e grandes empreendimentos.

Sustentabilidade e Impacto Ambiental

A propósito, as treliças planas, além de serem uma solução estrutural eficiente, também desempenham um papel importante na construção sustentável.

Assim, o uso consciente de materiais e a otimização dos recursos tornam esse sistema construtivo uma escolha viável para projetos que buscam minimizar o impacto ambiental.

Logo, a sustentabilidade das treliças pode ser analisada a partir dos materiais utilizados, do tempo de vida útil da estrutura e da redução do desperdício na obra.

Treliças de Madeira;

Primeiro de tudo, as treliças de madeira representam uma alternativa sustentável quando a matéria-prima utilizada provém de fontes renováveis e certificadas.

Assim, o uso de madeira proveniente de reflorestamento ou de áreas manejadas de forma responsável reduz o impacto sobre florestas nativas e contribui para a preservação ambiental.

Além do mais, a madeira é um material de baixo impacto ambiental em termos de emissões de carbono, pois durante o crescimento das árvores, ocorre a captura de CO₂ da atmosfera.

Logo, esse fenômeno, conhecido como sequestro de carbono, faz da madeira um dos materiais de construção mais ecológicos disponíveis.

Outro ponto positivo é que a fabricação das treliças de madeira consome menos energia quando comparada a outros materiais estruturais, como o aço.

Portanto, o processo de produção da madeira serrada e laminada demanda menor quantidade de combustíveis fósseis, o que contribui para a redução da pegada de carbono do projeto.

Treliças Metálicas;

As treliças metálicas, em geral, fabricadas em aço, apresentam alta resistência estrutural e grande durabilidade.

Embora a produção do aço exija um consumo elevado de energia e resulte na emissão de gases de efeito estufa, porém, por ser um material reciclável,compensará esse impacto ao longo do tempo.

O aço é um dos materiais mais reciclados do mundo, podendo ser reaproveitado inúmeras vezes sem perda de suas propriedades mecânicas.

Além do mais, a durabilidade das treliças metálicas reduz a necessidade de substituições frequentes, o que minimiza o consumo de novos materiais ao longo dos anos.

Em projetos sustentáveis, pode-se obter o aço por meio de fontes recicladas, reduzindo bastante a necessidade de extração de novos recursos naturais.

Outro benefício é a possibilidade de desmontagem e reutilização das treliças metálicas em novas construções.

Deste modo, diminui a geração de resíduos e contribui para a economia circular no setor da construção civil.

Porém, seja qual for o material utilizado, as treliças planas oferecem um uso eficiente dos recursos, minimizando o desperdício de material na obra.

E também, o seu formato geométrico baseado em elementos triangulares permite distribuir as cargas de forma equilibrada, reduz a necessidade de grandes seções de material e otimiza o desempenho estrutural.

Já a produção industrializada garante cortes mais precisos e evita o descarte excessivo de resíduos. Isso torna o processo construtivo mais sustentável e econômico, além de agilizar a montagem da estrutura.

Por outro lado, do ponto de vista de projeto, as treliças planas classificam-se de acordo com seu grau de vinculação e equilíbrio estrutural.

Por esta razão, leva-se em conta o número de vínculos externos e internos, assim definem-se as treliças planas isostáticas, hiperestáticas e hipostáticas, conforme descrito abaixo.

Treliça Plana isostática;

Primeiro de tudo, as treliças planas isostáticas possuem um número exato de vínculos e membros para garantir o equilíbrio estrutural, sem sobras ou faltas de restrições e obedecem a seguinte equação:
m+r=2n (1)
Onde:
m é o número de barras ou membros da treliça;
r é o número de reações de apoio da treliça;
n é o número de nós;

Assim, essas treliças podem ser analisadas somente pelas equações de equilíbrio da estática, ou seja, sem a necessidade de métodos mais avançados, pois simplifica os cálculos, tais como:

• ∑Fx=0 : somatório de forças na direção x;
• ∑Fy=0 : somatório de forças na direção y;
• ∑M=0: somatório de momento em relação a um ponto qualquer escolhido na treliça;

Treliça plana hiperestática;

Já as treliças planas hiperestáticas possuem mais membros do que o necessário para garantir o equilíbrio, com base na equação (1) tem-se:
m+r>2n

Isso significa que a estrutura contém restrições adicionais, tornando sua análise mais complexa, pois as equações da estática são insuficientes para determinar todas as forças internas e reações de apoio.

Nessa situação, é necessário recorrer a métodos mais avançados, como:

• Método das Forças;
• Método dos Deslocamentos;
• Elementos Finitos;

Treliça plana hipostática;

As treliças planas hipostáticas são aquelas que possuem menos membros do que o necessário para garantir o equilíbrio estático, ou seja, elas não atendem às equações de equilíbrio da estática, pois se têm:
m+r<2n

Isso significa que a estrutura é instável e pode se deformar ou colapsar quando submetida a cargas externas.

Portanto, esse tipo de treliça não é utilizado na prática sem que seja reforçado para se tornar isostática ou hiperestática.

Em suma:

• Treliça Isostática: Equilíbrio perfeito, análise simplificada pelas equações de equilíbrio da estática;
• Treliça Hiperestática: Membros extras, análise mais complexa, maior segurança;
• Treliça Hipostática: Insuficiência de membros, estrutura instável;

Considerações Finais:

Então, uma treliça plana forma-se através de barras conectadas por nós, dispostas em padrões triangulares para garantir estabilidade e resistência.

Por exemplo as treliças Pratt, Warren, Howe, cada uma com suas aplicações específicas dependendo das cargas e vãos envolvidos.

Entre suas principais vantagens, destacam-se a economia de material, alta resistência, leveza e versatilidade, sendo amplamente utilizadas em pontes, coberturas e estruturas industriais.

No aspecto da sustentabilidade, treliças de madeira certificada são uma opção ecológica, enquanto as metálicas são recicláveis e de longa vida útil.

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