Ações e Cargas
Na engenharia estrutural, as cargas são organizadas em ações — grupos que representam a natureza e origem das forças atuantes na estrutura. Cada ação possui características específicas de magnitude, direção, duração e probabilidade de ocorrência. Compreender as ações é essencial para combinações corretas e projeto seguro.
Peso Próprio — PP
O peso da própria estrutura: perfis metálicos, conexões, parafusos, pintura, proteção contra fogo. Esta é uma ação permanente — está sempre presente, com magnitude e direção conhecidas (sempre vertical, para baixo). O CalcSteel calcula o peso próprio automaticamente com base na área da seção transversal do perfil e densidade do aço (7850 kg/m³).
Fórmula
PP = γ × A × L
Onde γ = 78,5 kN/m³ (densidade do aço), A = área da seção transversal (m²), L = comprimento da barra (m).
No CalcSteel
O peso próprio é calculado automaticamente ao executar a análise. Nenhuma entrada manual necessária — o motor lê o perfil e comprimento de cada barra para gerar a carga gravitacional distribuída.
Setas de peso próprio geradas automaticamente pelo CalcSteel em cada nó, representando a carga gravitacional de cada barra.
Carga Permanente Adicional — CP
Cargas permanentes além do peso próprio: telhas, terças, fechamento lateral, equipamentos mecânicos, divisórias fixas, forros, tubulações. São definidas pelo usuário como cargas distribuídas (kN/m) ou cargas de área (kN/m²) e permanecem constantes durante a vida da estrutura.
Pesos típicos de coberturas
0.10 kN/m²Metálica (trapezoidal)
0.15 kN/m²Termoacústica
0.65 kN/m²Telha cerâmica
0.60 kN/m²Shingle + OSB
Outras cargas permanentes
- Terças: 0,05 – 0,15 kN/m²
- Forro suspenso + instalações: 0,15 – 0,50 kN/m²
Sobrecarga (Acidental) — SC
Cargas variáveis de ocupação e uso: pessoas, móveis, materiais armazenados, veículos. A magnitude depende do uso da edificação e é definida por normas. As sobrecargas podem mudar de posição, magnitude e presença ao longo do tempo.
Valores típicos
- Coberturas inacessíveis: 0,50 kN/m² (NBR 6120) / 0,50 kN/m² (Eurocode)
- Escritórios: 2,0 – 3,0 kN/m²
- Galpões / armazenamento: 5,0 – 15,0 kN/m²
- Manutenção de cobertura: 1,0 kN concentrado
Vento — W
O vento gera pressão (positiva) e sucção (negativa) nas superfícies. A magnitude depende da velocidade do vento (V0), fatores topográficos, geometria da edificação e coeficientes aerodinâmicos. O vento é tipicamente a ação governante para estruturas metálicas leves, especialmente coberturas.
Pressão dinâmica do vento
q = 0.613 × Vk²
Onde Vk = V0 × S1 × S2 × S3 (velocidade característica em m/s), q em N/m². Normas: NBR 6123 (Brasil), EN 1991-1-4 (Eurocode), ASCE 7 (EUA).
Pressão (barlavento)
O vento empurra contra a face de barlavento da estrutura. Coeficiente positivo (Cpe > 0). Cria compressão na face e aumenta a carga lateral global.
Sucção (sotavento)
O vento puxa a face de sotavento e a cobertura. Coeficiente negativo (Cpe < 0). Pode levantar coberturas e inverter reações de apoio — frequentemente a condição crítica para coberturas metálicas leves.
⚠ Crítico para estruturas metálicas leves
A sucção na cobertura pode exceder o peso próprio, causando arrancamento. Sempre verifique chumbadores e conexões para resistência ao arrancamento. Muitas falhas em galpões metálicos são devido ao dimensionamento insuficiente para sucção do vento.
Temperatura — T
Variações de temperatura causam dilatação/contração térmica nos elementos de aço. Para estruturas longas (>40m), efeitos térmicos podem gerar esforços internos significativos se a estrutura for restringida. Solução comum: juntas de dilatação ou apoios deslizantes em uma extremidade.
Coeficiente térmico
α = 12 × 10⁻⁶ /°C (steel)
Uma viga de 30m com ΔT=40°C dilata 14,4mm. Se restringida, gera esforço axial N = E × A × α × ΔT.
Sismo — E
Forças inerciais induzidas por terremoto. Aplicável em regiões sísmicas e governada por normas específicas (NBR 15421, EN 1998, ASCE 7). Tipicamente modelada como forças laterais equivalentes ou via análise espectral. A maior parte do Brasil tem baixa sismicidade, mas é obrigatório para estruturas específicas conforme a NBR 15421.
Combinações de Carga
As normas de projeto exigem que cargas de diferentes ações sejam combinadas usando fatores parciais de segurança (γ) e fatores de combinação (ψ). O objetivo é encontrar o esforço interno mais desfavorável em cada seção da estrutura. Cada combinação representa um cenário plausível de ação simultânea.
Estado Limite Último (ELU)
Sd = γg × PP + γg × CP + γq × ψ₀ × SC + γq × ψ₀ × W + ...
Verifica segurança estrutural (resistência, estabilidade). Usa cargas amplificadas com fatores parciais de segurança. A combinação mais crítica governa o dimensionamento.
Estado Limite de Serviço (ELS)
Sd = PP + CP + ψ₁ × SC + ψ₁ × W + ...
Verifica deslocamentos, vibrações e conforto. Usa cargas não fatoradas ou parcialmente fatoradas. Limites de deslocamento: L/250 (total), L/350 (sobrecarga).
No CalcSteel
O CalcSteel gera automaticamente todas as combinações de carga exigidas pela norma selecionada (NBR 8800, Eurocode 3, AISC 360). Você define as ações e atribui as cargas — o motor cuida da combinatória e envoltória.
Fatores Parciais de Segurança (γ)
Estes são os fatores de amplificação de carga usados nas combinações ELU. Os valores variam conforme a norma:
| Ação | NBR 8800 | Eurocode 3 | AISC 360 |
|---|---|---|---|
| Permanente (PP+CP) | 1.25 / 1.00 | 1.35 / 1.00 | 1.20 / 0.90 |
| Acidental (SC) | 1.50 | 1.50 | 1.60 |
| Vento (W) | 1.40 | 1.50 | 1.00 |