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Cálculo estrutural: Como dimensionar vigas de concreto armado

Cálculo estrutural: Como dimensionar vigas de concreto armado

O cálculo estrutural é uma etapa essencial em qualquer projeto de engenharia civil. Isso porque garante a segurança e a otimização de todos os elementos da construção. Entre esses elementos, a viga de concreto armado desempenha um papel central na sustentação das cargas e deve ser dimensionada de maneira precisa. Neste artigo, vamos explorar, passo a passo, o processo de dimensionamento de vigas de concreto armado, abordando os principais cálculos e normas que os engenheiros utilizam nesse procedimento.

O que é uma viga de concreto armado?

Antes de nos aprofundarmos nos cálculos, é importante entender o que caracteriza uma viga de concreto armado. As vigas de concreto armado são elementos estruturais projetados para suportar e distribuir esforços, principalmente de flexão e cisalhamento (do inglês, bending e shear forces, respectivamente). Elas são formadas por uma combinação de concreto e aço – o concreto resiste à compressão e o aço, à tração.

A eficiência de uma viga depende de um dimensionamento preciso e da escolha dos materiais, por isso, a norma brasileira ABNT NBR 6118 é amplamente utilizada para orientar os engenheiros no processo.

Passo a passo para o dimensionamento da viga de concreto armado

Dimensionar uma viga de concreto armado envolve diversos cálculos. Vamos fracionar o processo em etapas simples, sempre amparados pela NBR 6118.

  • Caracterização das cargas: Inicialmente, é necessário identificar e especificar todas as cargas atuantes na viga: cargas permanentes (peso próprio, revestimentos) e cargas variáveis (sobrecargas de uso, ventos, etc).
  • Análise estrutural: Com base nas cargas, utilizam-se métodos de análise estrutural para determinar os esforços internos na viga, como momentos flectores e forças cortantes.
  • Tracionamento: Dimensione a área de aço necessária para resistir às forças de tração. Para isso, aplicam-se fórmulas que relacionam as tensões no aço com os momentos flectores atuantes na viga.
  • Cisalhamento: Envolve o cálculo da armadura transversal (estribos) para resistir às forças de cisalhamento. Isso é realizado com base nos valores de força cortante encontrados e nas propriedades do concreto e do aço.
  • Verificação de deformações: A norma exige que o projeto da viga limite deformações excessivas, como flechas, para garantir o desempenho adequado da estrutura ao longo do tempo.

Cálculos práticos de dimensionamento de uma viga de concreto armado

Para ilustrar como isso funciona na prática, vamos analisar um exemplo:

Exemplo Prático 1:

Considere uma viga de concreto armado simplesmente apoiada, com comprimento de 4 metros, submetida a uma carga distribuída de 10 kN/m (carga total de 40 kN). Nessa situação, o momento máximo na viga será de 20 kN.m. Aplicando a fórmula correta na NBR 6118, calculamos que será necessário usar 3 barras de aço de diâmetro de 12,5 mm na seção tracionada para resistir ao momento fletor.

Como parte do dimensionamento, também verificamos a necessidade de estribos espaçados a cada 15 cm, suficientes para resistir à força cortante máxima de aproximadamente 7 kN.

A segunda parte do exemplo foca na verificação dos limites de deformação:

Exemplo Prático 2:

Após o cálculo, determinamos que a flecha máxima prevista para a viga é de 6,7 mm – dentro do limite de 1/250 do vão, conforme prescrito pela NBR 6118. Portanto, a viga atende aos requisitos de deformação, garantindo segurança e durabilidade.

Dicas para dimensionar vigas de concreto de forma eficiente

Para facilitar o processo de dimensionamento de vigas de concreto armado, aqui estão algumas dicas práticas:

  • Planeje detalhadamente: Sempre faça uma análise criteriosa das cargas. Pequenas alterações nas cargas podem impactar significativamente nas dimensões da viga e nas quantidades de aço.
  • Utilize softwares de cálculo estrutural: Programas como Eberick e TQS podem ajudar a automatizar o cálculo dos esforços e otimizar o dimensionamento.
  • Confira a viabilidade na obra: Verifique se as barras de aço e estribos dimensionados podem realmente ser aplicados de maneira prática na obra.
  • Não esqueça das verificações de deformação: Não basta verificar apenas resistências; garantir que as deformações estão dentro dos limites é fundamental para evitar problemas futuros.
  • Adapte o projeto conforme as normas vigentes: Tenha sempre a NBR 6118 em mãos e siga as recomendações e exigências técnicas com cuidado.

Conclusão

O dimensionamento de vigas de concreto armado é um processo que exige bastante atenção aos cálculos e normativa, especialmente à ABNT NBR 6118. Um projeto bem dimensionado garante eficiência e segurança, evitando falhas estruturais e otimizando o uso de materiais. O investimento em ferramentas e planejamento anterior é fundamental para que o processo de dimensionamento ocorra da forma mais fluida possível, minimizando retrabalhos e falhas no projeto.

Perguntas para Discussão

  1. Em quais situações devemos priorizar o uso de vigas em concreto armado sobre outros materiais estruturais?
  2. Quais cuidados específicos devemos ter ao utilizar programas de software para cálculo estrutural?
  3. Como as atualizações da NBR 6118 impactaram o dimensionamento de vigas nas últimas décadas?
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