Os tipos de cargas que actuam sobre estruturas para edifícios e outras estruturas podem ser amplamente classificados como cargas verticais, cargas horizontais e cargas longitudinais. As cargas verticais consistem em carga morta, carga viva e carga de impacto.
As cargas horizontais compreendem a carga de vento e a carga sísmica. As cargas longitudinais, ou seja, as forças de tracção e de travagem são consideradas em casos especiais de concepção de pontes, vigas de pórtico, etc.
Tipos de cargas sobre estruturas e edifícios
Numa construção de edifícios são considerados dois factores principais a segurança e a economia. Se as cargas são adjudicadas e tomadas mais altas então a economia é afetada. Se a economia é considerada e as cargas são tomadas menores então a segurança é comprometida.
Então a estimativa de várias cargas atuando é calculada com precisão. O código padrão indiano é: 875-1987 e o código padrão americano ASCE 7: Cargas Mínimas de Projeto para Edifícios e Outras Estruturas especifica várias cargas de projeto para edifícios e estruturas.
Tipos de cargas atuando sobre uma estrutura são:
- Cargas mortas
- Cargas aplicadas
- Cargas eólicas
- Cargas de neve
- Cargas terremotos
- Cargas especiais
Cargas mortas (DL)
A primeira carga vertical que é considerada é a carga morta. As cargas mortas são cargas permanentes ou estacionárias que são transferidas para a estrutura ao longo de toda a vida útil. A carga morta é devida principalmente ao peso próprio dos elementos estruturais, paredes divisórias permanentes, equipamentos fixos permanentes e peso de diferentes materiais. Consiste principalmente no peso dos telhados, vigas, paredes e colunas, etc., que são as partes permanentes do edifício.
O cálculo das cargas mortas de cada estrutura é calculado pelo volume de cada secção e multiplicado pelo peso unitário. Os pesos unitários de alguns dos materiais comuns são apresentados na tabela abaixo.
| Sl. Não | Material | Peso |
| 1 |
Maçonaria Brick |
18.8 kN/m3 |
| 2 |
Maçonaria de Pedra |
20.4-26.5 kN/m3 |
| 3 |
Cimento de cimento em placas |
24 kN/m3 |
| 4 |
Cimento cimento armado > |
24 kN/m3 > |
| 5 |
Timber |
5-8 kN/m3 |
Ler: Peso unitário / densidade de diferentes materiais de construção
Cargas impostas ou cargas vivas (IL ou LL)
A segunda carga vertical que é considerada no projeto de uma estrutura é a carga imposta ou cargas vivas. As cargas vivas são cargas móveis ou em movimento, sem qualquer aceleração ou impacto. Estas cargas são assumidas como sendo produzidas pela utilização ou ocupação prevista do edifício, incluindo pesos de divisórias móveis ou mobiliário, etc..
As cargas vivas continuam a mudar de tempos a tempos. Estas cargas devem ser assumidas de forma adequada pelo projectista. É uma das principais cargas do design. Os valores mínimos de cargas vivas a serem assumidas são dados na IS 875 (parte 2)-1987. Depende da utilização prevista do edifício.
O código dá os valores das cargas vivas para a seguinte classificação de ocupação:
- Edificíos residenciais – casas de habitação, hotéis, albergues, salas de caldeiras e salas de plantas, garagens
- Edificíos educacionais
- Edificíos institucionais
- Edificíos de montagem
- Edificíos comerciais e de escritórios
- Edificíos comerciais e de escritórios
- Edificíos industriais, e
- Salas de armazenagem.
O código dá carga uniformemente distribuída, bem como cargas concentradas. As lajes devem ser projetadas para suportar cargas uniformemente distribuídas ou cargas concentradas, o que produzir maiores tensões na peça em questão. Uma vez que é improvável que uma determinada vez todos os pavimentos não transportem simultaneamente cargas máximas, o código permite alguma redução das cargas impostas no desenho de colunas, paredes de suporte de cargas, suportes de pilares e fundações.
A tabela abaixo apresenta alguns dos valores importantes que são os valores mínimos e sempre que necessário mais do que estes valores devem ser assumidos.
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No entanto, em edifícios com vários andares, é muito rara a possibilidade de cargas impostas simultaneamente em todos os andares. Assim, o código prevê a redução de cargas na concepção de colunas, paredes de suporte de cargas, seus suportes e fundações, como mostra a tabela abaixo.
| Número de andares (incluindo o telhado) a serem transportados por membro em consideração | Redução no Total de Cargas Impostas Distribuídas em % |
| 1 | 0 |
| 2 | 10 |
| 3 | 20 |
| 4 | 30 |
| 5-10 | 40 |
| Over 10 | 50 |
Carga de vento
Carga de vento é principalmente carga horizontal causada pelo movimento do ar em relação à terra. A carga do vento é requerida para ser considerada no projeto estrutural, especialmente quando a altura do edifício excede duas vezes as dimensões transversais à superfície do vento exposto.
Para edifícios de baixa elevação, digamos até quatro a cinco andares, a carga do vento não é crítica porque o momento de resistência proporcionado pela continuidade do sistema de piso à conexão de colunas e paredes fornecidas entre colunas são suficientes para acomodar o efeito dessas forças. Além disso, no método de estado limite, o fator de carga de projeto é reduzido para 1,2 (DL+LLL+WL) quando o vento é considerado contra o fator de 1,5 (DL+LLL) quando o vento não é considerado.
As forças horizontais exercidas pelos componentes dos ventos devem ser levadas em conta durante o projeto é o edifício. O cálculo das cargas de vento depende dos dois factores, nomeadamente a velocidade do vento e o tamanho do edifício. Detalhes completos do cálculo da carga de vento nas estruturas são dados abaixo (pelo IS-875 (Parte 3) -1987).
Usando código de cores, a pressão básica do vento ‘Vb’ é mostrada em um mapa da Índia. O projetista pode pegar o valor de Vb dependendo da localidade do edifício.
Para obter a velocidade do vento de projeto Vz a seguinte expressão deve ser usada:
Vz = k1.k2.k3.Vb
Onde k1 = Coeficiente de risco
k2 = Coeficiente baseado no terreno, altura e tamanho da estrutura.
k3 = Factor topográfico
A pressão do vento de projecto é dada por
pz = 0.6 V2z
Onde pz está em N/m2 à altura Z e Vz está em m/seg. Até uma altura de 30 m, a pressão do vento é considerada para agir uniformemente. Acima de 30 m de altura, a pressão do vento aumenta.
Cargas de neve (SL)
Cargas de neve constituem as cargas verticais no edifício. Mas estes tipos de cargas são considerados apenas nos locais de queda de neve. O IS 875 (parte 4) – 1987 trata das cargas de neve nos telhados do edifício.
A carga mínima de neve sobre uma área de telhado ou qualquer outra área acima do solo que esteja sujeita à acumulação de neve é obtida pela expressão
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Onde S = Carga de neve de projeto sobre a área plana do telhado.
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= Coeficiente de forma, e
S0 = Carga de neve no solo.
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Carga de terremotos (EL)
Forças de terremotos constituem tanto forças verticais como horizontais sobre o edifício. A vibração total causada pelo terremoto pode ser resolvida em três direções mutuamente perpendiculares, geralmente tomadas como verticais e duas direções horizontais.
O movimento na direção vertical não causa forças na superestrutura em nenhuma extensão significativa. Mas o movimento horizontal do edifício no momento do terremoto deve ser considerado durante o projeto.
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A resposta da estrutura à vibração do solo é uma função da natureza do solo da fundação, tamanho e modo de construção e da duração e intensidade do movimento do solo. IS 1893- 2014 dá os detalhes de tais cálculos para estruturas em pé sobre solos que não se assentarão ou deslizarão consideravelmente devido ao terremoto.
As acelerações sísmicas para o projeto podem ser obtidas a partir do coeficiente sísmico, que é definido como a razão de aceleração devido ao terremoto e a aceleração devido à gravidade. Para estruturas monolíticas de concreto armado localizadas na zona sísmica 2, e 3 sem mais de 5 andares de altura e fator de importância inferior a 1, as forças sísmicas não são críticas.
Outras Cargas e Efeitos Atuando sobre as Estruturas
As de acordo com a cláusula 19.6 da IS 456 – 2000, além da carga acima discutida, devem ser levadas em conta as seguintes forças e efeitos, caso sejam susceptíveis de afetar materialmente a segurança e a capacidade de manutenção da estrutura:
(a) Movimento da fundação (Ver IS 1904)
(b) Encurtamento axial elástico
(c) Pressão do solo e do fluido (Ver IS 875, Parte 5)
(d) Vibração
(e) Fadiga
(f) Impacto (Veja IS 875, Parte 5)
(g) Cargas de ereção (Veja IS 875, Parte 2) e
(h) Efeito de concentração de tensão devido a carga pontual e similares.