Talvez uma das estruturas mais importantes são os pilares. Eles são responsáveis por receber os carregamentos, e direciona-los para as fundações. Hoje eu vou te mostrar visualmente o que é feito para se calcular um pilar utilizando um modelo reduzido.
Fala amantes da engenharia, meu nome é Igor Felipe, e assim como já fizemos um vídeo sobre como se calcula uma fundação, hoje vamos dar continuidade e vamos falar um pouco sobre os pilares. Os pilares na minha opinião, são as estruturas mais importantes e críticas de uma estrutura, seja ela de concreto ou estrutura metálica. Eles recebem os carregamentos e retransmitem esses carregamentos distribuindo nas fundações ou pontos de apoio.
E nada melhor que explicar um pouco sobre esse tipo de elemento estrutural, usando uma versão reduzida de um pilar. E para exemplificar as coisas, fizemos uma parceria com a TopInk3D que nos enviou uma impressora 3D para que pudéssemos mostrar visualmente o que acontece com essas estruturas. Este é o segundo vídeo que falamos de estruturas que utilizamos na engenharia, e imprimimos essas estruturas com a ajuda de uma impressora 3D.
E se você é professor ou aluno e quer replicar os modelos que eu vou utilizar aqui, eu vou disponibilizar esse modelo gratuitamente em um link aqui na descrição. Se você fizer o nosso modelo para aprender ou usá-lo em sala de aula, tira uma foto e manda pra gente no direct do instagram que vamos ficar muito felizes em repostar em nossa página. Se você não tem uma impressora 3D, corre lá no site da TopInk3D que lá você vai encontrar uma serie de impressoras, filamentos e acessórios que podem te ajudar a dar vida a seus projetos e modelos.
Nos imprimimos essa sapatinha onde já falamos sobre ela em um vídeo anterior e também esse pilar em formato de perfil I, que vai servir para exemplificar um pilar fixado em nossa sapatinha por dois parafusos, simulando uma ligação por chumbadores. É importante entender que existem maneiras diferentes de calcular um pilar. Você pode calcular ele através de carregamentos pela sua seção, como se você cortasse o pilar no meio e utilizasse essa seção para o cálculo, como também você pode calcular o pilar lançando os carregamentos nos nós da estrutura e assim você leva em consideração também a sua altura.
Isso faz com que você possa analisar os pilares de acordo com várias combinações de carregamentos e disposições. Para que possamos exemplificar, vamos fazer a análise desse pilar através da análise dos nós, onde podemos identificar melhor os carregamentos que ele pode sofrer. Os pilares podem receber os carregamentos em seu eixo vertical, podendo ser de tração ou compressão, carregamentos horizontais que acontecem em seus dois eixos em cada nó, e podem sofrer momentos.
Para a nossa análise, vamos imaginar que todos os carregamentos estejam ocorrendo exatamente no nó ou ligação do pilar, e que não possuam excentricidades. Quando falamos de carregamentos verticais, é comum pensar que a medida que vamos colocando carga em uma estrutura, elas sejam distribuídas no pilares e acabamos pensando que esses carregamentos tendem apenas a descer pelos pilares. Só que como eu já mostrei em nosso vídeo sobre calcular uma sapata, nem sempre as combinações de cargas, vão se comportar como imaginamos.
É importante entender que quando o pilar sofre com carregamentos verticais descendentes, eles são comprimidos e quando sofrem com carregamentos verticais ascendentes, eles são tracionados. Se tivermos uma carga que comprima esse pilar, a tendencia é do pilar sofrer um deslocamento lateral como vemos na imagem. Esse deslocamento lateral é na verdade uma instabilidade elástica e é o que chamamos de flambagem de um pilar.
Isso ocorre quando a seção transversal do pilar ou a sua área de topo, é pequena em relação a sua altura quando submetida a esforços de compressão. Se usarmos um pilar pequeno com uma determinada seção, ele terá menos risco de sofrer com a flambagem, já se tivermos um pilar maior com a mesma seção, ele terá mais risco de sofrer com a flambagem. E para evitar isso, usamos esse tipo de carregamento para definir a sua seção.
Por exemplo, digamos que queremos dimensionar um pilar de concreto que irá suportar uma carga de 60 toneladas força no sentido descendente. É comum tratar do concreto em função do seu fck, que significa feature compression know, que traduzindo significa resistência característica de compressão do concreto. O fck do concreto é muito utilizado para definir o seu traço, que é basicamente o quanto de cimento, areia e brita que você vai utilizar.
Só que esse fck tem uma correlação direta com o quanto de pressão o concreto suporta. A unidade que usamos tanto para pressão quanto para tensão é o pascal, e o fck do concreto tem seus valores correlacionados com a unidade de 10 elevado a 6 pascal, ou como chamamos, o mega pascal. Ou seja, se dizemos que o concreto possui um fck de 30, isso quer dizer que ele suporta 30 mega pascal de pressão.
Mas para conseguirmos dimensionar as estruturas, nós temos que transformar essa unidade de pressão em uma unidade de força de acordo com uma área definida. Sabemos que 1 mega pascal equivale aproximadamente a 10 quilograma força por centímetro quadrado. Ou seja, 1 mega pascal resiste a uma força de 10 quilograma força em cada centímetro quadrado de área.
Sabendo disso, podemos fazer uma regra de 3 simples. Se temos um concreto com fck de 30 MPa, podemos dizer que ele resiste a 300 quilograma força por centímetro quadrado. Voltando em nosso exemplo, se temos uma carga de 60 toneladas força, isso seria o equivalente a 60 mil quilogramas força de carga.
Se dividirmos a carga total pela resistência do concreto, teremos uma área de aproximadamente 200 centímetros quadrados. E essa é a área que nosso pilar precisa ter para resistir a essa carga, certo? Só que não.
Em termos de cálculo sim, você precisaria dessa área para resistir a esse carregamento, mas de acordo com a norma 6118 que fala de estruturas de concreto, todos os pilares precisam ter no mínimo uma área de 360 centímetros quadrados. Ou seja, se você encontrou uma área menor que 360 centímetros quadrados, utilize 360, e caso encontre uma área maior, utilize a maior. Mas é só isso?
Não, é importante entender que quando se trata de carregamentos e resistência, nós precisamos adotar fatores de segurança, ou como carinhosamente chamamos de fator de cagaço. Nós sempre majoramos os carregamentos e minoramos a resistência. No caso de estruturas de concreto, nós multiplicamos os carregamentos aplicados por 1,4 e dividimos a resistência do concreto por 1,4.
Ou seja, isso quer dizer que calculamos utilizando uma carga maior do que realmente será aplicada e utilizamos uma resistência menor do que a estrutura realmente suporta. Então não é só fazer uma conta de padaria encontrando cargas e definindo qual material usar, mas temos sempre que calcular em prol da segurança. Continuando, nós temos também os carregamentos horizontais.
Esses carregamentos horizontais são usados para definir certas características das estruturas. Os carregamentos horizontais em elementos lineares como os pilares causam o que chamamos de força cortante. Pensando ainda em pilares de concreto, para combater essa força cortante, nos dimensionamos a armação transversal, ou como chamamos, os estribos do concreto.
Para isso, você precisa dimensionar os estribos de acordo com seus carregamentos horizontais em cada face do pilar. E mais uma vez, independente do carregamento, você verificar se a área encontrada atende a área mínima por norma para esses estribos e até mesmo um espaçamento mínimo entre esses estribos. Caso nos seus cálculos você encontre uma área menor que a mínima, utilize a mínima, e caso encontre uma área maior que a mínima, adote a maior.
E por último, temos os momentos. Um exemplo clássico de momento, e se aplicarmos um carregamento horizontal no topo desse pilar. Esse carregamento vezes o braço de alavanca causado pela altura do pilar, irá gerar um momento na base.
Mesmo que você não tenha esse carregamento horizontal para causar um momento ou até não tenha nenhum momento sendo aplicado, é necessário calcular momentos mínimos aplicados em cada direção do pilar, em função do carregamento vertical e os lados do pilar. Com isso, os pilares precisam resistir a esses momentos também. E aqui eu vou te mostrar um artificio que utilizamos para calcular pilares.
Definir a seção de um pilar é algo complexo, e por que não definirmos uma área dentro dessa seção do pilar que mostre até onde ele consegue resistir. E é aí que fazemos o que chamamos de diagrama de interação. Os diagramas de interação são usados para definir qual será os índices de resistência desta seção.
Esses diagramas são montados levando em consideração a seção do pilar e os carregamentos aplicados, seja eles os momentos ou carregamentos normais. Uma vez que montamos esse diagrama, ele mostra basicamente o limite máximo de resistência que esse pilar resiste em um formato de área. E funciona assim.
Uma vez que temos os carregamentos, nós calculamos fatores de segurança de acordo com esse limite de resistência do pilar e eles são mostrados como pontos dentro desse diagrama. Esse fator de segurança é calculado dividindo os momentos resistentes pelos momentos solicitantes. Se tivermos um valor de momento resistente maior que os solicitantes, vamos dividir um valor maior por um menor e teremos um resultado maior que 1 e com isso, o pilar estará ok.
Agora se tivermos um valor de momento resistentes menor que os solicitantes, teremos um resultado menor que 1 e com isso, o pilar não irá suportar esse carregamento. Esse fator de segurança basicamente serve para avaliar se o pilar suporta ou não os carregamentos aplicados. E após definir se o pilar resiste aos carregamentos, conseguimos definir sua armação longitudinal no caso do concreto armado.
E mesmo calculando a área necessária de armação longitudinal, ainda precisamos verificar se ela atende aos requisitos mínimos de acordo com a norma. Por exemplo, não podemos utilizar barras longitudinais inferiores a 10mm de diâmetro, então você que quer fazer aquele pilar com bitola de 8 milímetros, saiba que você estará indo contra a norma. Mas calma que não para por aí.
A verificação de pilares vai mais além, e várias outras verificações são necessárias. Temos verificação de efeitos locais de segunda ordem, verificação de torção e até índice de esbeltez avaliando se um pilar é muito alto de acordo com sua seção, ou tenha uma seção com uma dimensão muito pequena e outra muito grande podendo ser considerado como pilar-parede e várias outras verificações. E depois de fazer todas essas verificações, nos dimensionamos a geometria do pilar, e o dimensionamento da armação necessária caso ele seja de concreto armado ou a seção de pilar de estrutura metálica de acordo com perfis metálicos.
Esse vídeo tem o intuito de ser apenas educativo e demonstrativo sobre como as estruturas funcionam e como os carregamentos agem nela. E se você quer entender mais a fundo, eu recomendo buscar normas como a NBR 6118 que fala de estruturas de concreto, a NBR 8800 que fala de projetos de estruturas de aço e concreto e um livro que eu gostei bastante que é o Dimensionamento Básico de elementos estruturais de aço e mistos de aço e concreto elaborado por professores da escola de engenharia da UFMG. É claro que esse vídeo não seria possível sem a ajuda da TopInk 3D, e se você quer conhecer tudo sobre impressão 3D, eu vou deixar um link para o site deles aqui na descrição pra você conferir.
Eu vou deixar dois vídeos aqui do lado que vocês podem gostar também, então não deixe de conferir. Aproveita agora para deixar seu like no vídeo, se inscrever no canal e compartilhar o vídeo em suas redes sociais.
