Bases para a Análise Estrutural

Texto do antigo site da NEK Engenharia, de julho de 2006.

A correta análise de uma estrutura é o passo inicial e imprescindível para a realização de um bom projeto estrutural de Engenharia.

O projeto de estruturas em concreto armado tem critérios de análise, que devem ser observados, estabelecidos na NBR 6118:2003, que também apresenta os métodos de análise pelos quais as estruturas devem ser avaliadas.

Quando se trata do projeto de estruturas de aço de edifícios, a NBR 8800:1986 oferece condições gerais de projeto para a análise da estrutura.

Apresenta-se alguns aspectos de análise estrutural, bem como alguns critérios estabelecidos pelas normas brasileiras citadas, para estruturas de concreto armado e de aço.

O comportamento das estruturas

O comportamento das estruturas pode ser físico linear ou não linear, e comportamento geométrico linear ou não linear.

Quando o material constituinte da estrutura tem diagrama tensão-deformação linear e propriedades elásticas independentes do tempo, a estrutura tem comportamento físico linear (elástico linear). Tem-se comportamento físico não linear com material elástico ou não.

Quando a teoria de primeira ordem pode descrever aceitavelmente as equações de equilíbrio da estrutura, ou seja, com as ações externas atuando na configuração indeformada da estrutura, tem-se comportamento geométrico linear. Em caso contrário, onde os efeitos de segunda ordem devidos aos deslocamentos da estrutura têm influência no equilíbrio, então o comportamento é dito geométrico não linear.

A análise pode ser, ainda, estática ou dinâmica.

Análise estática considera que es cargas e a resposta da estrutura não variam com o tempo. Assim, os esforços desenvolvidos são unicamente de natureza elástica.

Análise dinâmica leva em consideração a variação das cargas no tempo. Além das forças elásticas, aparecem forças inerciais e de amortecimento.

Critérios da NBR 6118 para a análise das estruturas em concreto armado

Segundo a NBR 6118, as condições de equilíbrio podem ser estabelecidas na geometria indeformada da estrutura, exceto quando os deslocamentos alterem significativamente os esforços internos.

Quando as condições de compatibilidade não forem verificadas, deve-se garantir a dutilidade da estrutura no estado limite último, resguardando um desempenho adequado nos estados limites de serviço.

Pode ser admitido, também, carregamento monotônico, desde que as tensões de compressão no concreto não superem 0,5fck, devido à resposta a ciclos de carga e descarga em serviço.

A NBR 6118 determina que a análise estrutural deve ser realizada por um dos seguintes métodos:

• análise linear;
• análise linear com distribuição;
• análise plástica;
• análise não-linear;
• análise por modelos físicos.

O comportamento admitido para os materiais que constituem a estrutura diferencia os métodos apresentados.

Para cada um dos métodos de análise estrutural, é preciso observar as limitações correspondentes.

Análise linear é usualmente empregada para a verificação de estados limites de serviço. Estende-se seu uso para verificações de estado limite último, desde que se garanta a dutilidade dos elementos estruturais.

Na análise linear com redistribuição, os efeitos das ações, determinados em uma análise linear, são redistribuídos na estrutura, para as combinações de carregamento do ELU. Os efeitos de redistribuição devem ser considerados em todos os aspectos do projeto estrutural, inclusive as condições de ancoragem e corte de armaduras e os esforços a ancorar.

A análise plástica não pode ser adotada quando se consideram efeitos de segunda ordem e quando não houver dutilidade suficiente para que as configurações adotadas sejam atingidas. Evita-se, ainda, para carregamentos cíclicos com presença de fadiga.

Para a análise não-linear, a norma determina que toda a geometria da estrutura deve ser conhecida, incluindo as armaduras, pois a resposta da estrutura depende de como ela foi armada. Análises não-lineares podem ser adotadas para verificações de estados limites últimos e para verificações de estados limites de serviço.

Por fim, a norma prevê a possibilidade da análise através de modelos físicos, onde o comportamento da estrutura é determinado através de ensaios com modelos físicos de concreto. A interpretação dos resultados deve ser justificada por modelo teórico do equilíbrio das seções críticas e análise estatística dos resultados. Esse tipo de análise é conveniente quando os modelos de cálculo são insuficientes ou quando estão fora do escopo da norma.

Critérios da NBR 8800 para a análise de estruturas de edifícios em aço

A NBR 8800 estabelece critérios para a análise das estruturas de aço de edifícios.

É permitida a análise elástica ou a plástica, sendo que para a segunda, devem ser obedecidas algumas limitações, como características do aço e da seção da barra, da contenção lateral do elemento e do dimensionamento das emendas.

Devem ser considerados os efeitos de segunda ordem, incluindo os efeitos em vigas, pilares, contraventamentos, ligações e paredes estruturais. Pode-se ignorar esses efeitos, na análise plástica, para estruturas de até dois andares.

Fonte

• ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR – 6118: Projeto de estruturas de concreto armado – Procedimento, 2003.
• ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR – 8800: Projeto e execução de estruturas de aço de edifícios (Método dos Estados Limites), 1986.
• Soriano, Humberto Lima – Análise de Estruturas – Formulação matricial e Implementação Computacional. Rio de Janeiro: Editora Ciência Moderna Ltda., 2005.