Para o dimensionamento de qualquer estrutura é necessário conhecer os esforços máximos e mínimos que ela apresentará ao ser submetida ao carregamento que será destinada. Para estruturas submetidas a cargas móveis existe um diagrama, denominado de envoltória de esforços, que determina os valores limites, máximo ou mínimo, para as seções transversais da estrutura. Conheça a norma técnica sobre o assunto.
As ações atuantes nas estruturas, que são as causas que provocam esforços ou deformações, podem ser classificadas segundo sua variabilidade no tempo em três categorias. Uma delas seriam as ações permanentes que são as cargas que ocorrem com valores constantes ou de pequena variação em torno de sua média, durante praticamente toda a vida da construção.
Elas são divididas em diretas, tais como os pesos próprios dos elementos da construção, incluindo-se o peso próprio da estrutura e de todos os elementos construtivos permanentes, e indiretas, como protensão, recalques de apoio e a retração dos materiais. As ações variáveis são as cargas que ocorrem com valores que apresentam variações significativas em torno de sua média, durante a vida da construção.
São as cargas móveis ou acidentais das construções, isto é, as que atuam nas construções em função de seu uso (pessoas, mobiliário, veículos, materiais diversos, etc.). Elas podem ser normais, quando possuem probabilidade de ocorrência suficientemente grande para que sejam obrigatoriamente consideradas no projeto das estruturas de um dado tipo de construção, ou especiais, como ações sísmicas ou cargas acidentais de natureza ou de intensidade especiais.
Já as ações excepcionais são as cargas que têm duração extremamente curta e muito baixa probabilidade de ocorrência durante a vida da construção, mas que devem ser consideradas nos projetos de determinadas estruturas. Por exemplo, ações excepcionais podem ser decorrentes de explosões, choques de veículos, incêndios, enchentes ou sismos excepcionais.
Além disso, as estruturas são solicitadas por cargas móveis. Exemplos são as pontes rodoviárias e ferroviárias ou pórticos industriais que suportam pontes rolantes para transporte de cargas. Os esforços internos nestes tipos de estrutura não variam apenas com a magnitude das cargas aplicadas, mas também com a posição de sua atuação.
Portanto, o projeto de um elemento estrutural, como uma viga de ponte, envolve a determinação das posições das cargas móveis que produzem valores extremos dos esforços nas seções do elemento. No projeto de estruturas submetidas a cargas fixas, a posição de atuação de cargas acidentais de ocupação também influencia na determinação dos esforços dimensionais.
Por exemplo, o momento fletor máximo em uma determinada seção de uma viga contínua com vários vãos não é determinado pelo posicionamento da carga acidental de ocupação em todos os vãos. Posições selecionadas de atuação da carga acidental vão determinar os valores limites de momento fletor na seção. Assim, o projetista terá que determinar, para cada seção a ser dimensionada e para cada esforço dimensional, as posições de atuação das cargas acidentais que provocam os valores extremos (máximos e mínimos de um determinado esforço).
Uma alternativa para este problema seria analisar a estrutura para várias posições das cargas móveis ou acidentais e selecionar os valores extremos. Este procedimento não é prático nem eficiente de uma maneira geral, exceto para estruturas e carregamentos simples.
O procedimento geral e objetivo para determinar as posições de cargas móveis e acidentais que provocam valores extremos de um determinado esforço em uma seção de uma estrutura é feito com auxílio das linhas de influência que descrevem a variação de um determinado efeito (por exemplo, uma reação de apoio, um esforço cortante ou um momento fletor em uma seção) em função da posição de uma carga vertical unitária que passeia sobre a estrutura.
A NBR 7188 de 10/2013 – Carga móvel rodoviária e de pedestres em pontes, viadutos, passarelas e outras estruturas define os valores característicos básicos das cargas móveis rodoviárias de veículos sobre pneus e ações de pedestres, em projeto de pontes, viadutos, galerias, passarelas e edifícios garagem. Esta norma é subdividida em três ações para cargas móveis: pontes e viadutos; passarelas; carga móvel em estruturas para garagem. Não abrange a definição de valores a serem adotados para as ações em estruturas ferroviárias e metroviárias (ver NBR 7189).
A carga P, em quilonewtons, é a carga estática concentrada aplicada no nível do pavimento, com valor característico e sem qualquer majoração. A carga p, em quilonewtons por metro quadrado, é a carga uniformemente distribuída, aplicada no nível do pavimento, com valor característico e sem qualquer majoração. A carga concentrada Q, em quilonewtons, e a carga distribuída q, em quilonewtons por metro quadrado, são os valores da carga móvel aplicados no nível do pavimento, iguais aos valores característicos ponderados pelos coeficientes de impacto vertical (CIV), do número de faixas (CNF) e de impacto adicional (CIA) definidos por Q = P.CIV.CNF.CIA e q = p.CIV.CNF.CIA.
As ações para pontes, galerias e viadutos rodoviários são definidas a partir da carga abaixo descrita. São definidas as cargas estáticas, sua disposição e intensidade, para verificações e dimensionamento dos diversos elementos estruturais, assim como para verificações globais. A carga móvel rodoviária padrão TB-450 é definida por um veículo tipo de 450 kN, com seis rodas, P = 75 kN, três eixos de carga afastados entre si em 1,5 m, com área de ocupação de 18,0 m², circundada por uma carga uniformemente distribuída constante p = 5 kN/m², conforme a figura abaixo.
A carga móvel assume posição qualquer em toda a pista rodoviária com as rodas na posição mais desfavorável, inclusive acostamento e faixas de segurança. A carga distribuída deve ser aplicada na posição mais desfavorável, independentemente das faixas rodoviárias. Admite-se a distribuição espacial da carga concentrada no elemento estrutural a partir da sua superfície de contato em um ângulo de 45°.
Para obras em anel rodoviário e obras com distância inferior a 100 km em rodovias de acesso a terminais portuários, as cargas móveis características definidas acima devem ser majoradas em 10%, a critério da autoridade competente. Para obras em estradas vicinais municipais de uma faixa e obras particulares, a critério da autoridade competente, a carga móvel rodoviária é no mínimo igual ao tipo TB-240, que é definido por um veículo tipo de 240 kN, com seis rodas, P = 40 kN, com três eixos de carga afastados entre si em 1,5 m, com área de ocupação de 18,0 m², circundada por uma carga uniformemente distribuída constante p = 4,0 kN/m².
Nos passeios para pedestres das pontes e viadutos, adotar carga uniformemente distribuída de 3 kN/m² na posição mais desfavorável concomitante com a carga móvel rodoviária, para verificações e dimensionamentos dos diversos elementos estruturais, assim como para verificações globais. O elemento estrutural do passeio é dimensionado para carga distribuída de 5 kN/m².
As ações sobre os elementos estruturais dos passeios não são ponderadas pelos coeficientes de impacto vertical (CIV), coeficiente do número de faixas (CNF) e coeficiente de impacto adicional (CIA). As forças horizontais devido à frenagem e/ou aceleração aplicadas no nível do pavimento são um percentual da carga característica dos veículos aplicados sobre o tabuleiro, na posição mais desfavorável, concomitantemente com a respectiva carga: Hf = 0,25.B.L.CNF, onde Hf ≥ 135 kN; B é a largura efetiva, expressa em metros (m), da carga distribuída de 5 kN/m²; L é o comprimento concomitante, expresso em metros (m), da carga distribuída.
As forças horizontais provenientes da força centrífuga nas obras em curva horizontal, aplicadas no nível da pista de rolamento, são um percentual da carga do veículo tipo aplicado sobre o tabuleiro, na posição mais desfavorável, concomitante com a respectiva carga. Hfc = 2,4.P em kN, para curva com raio R < 200 m; Hfc = = 480/R.P em kN, para curva com raio 200 < R < 1 500 m; e Hfc = zero para raios superiores a 1.500 m, onde R é o raio da curva horizontal no eixo da obra, expresso em metros (m).
As ações excepcionais (colisões) sobre os diversos elementos estruturais e sobre a obra, de uma forma global, exigem verificações somente no estado-limite último e de estabilidade global de forma isolada, concomitante apenas com as cargas definidas. Todos os pilares próximos a rodovias e ferrovias devem ser protegidos por dispositivos de contenção apropriados, em que o elemento deve ser dimensionado para uma força horizontal perpendicular à direção do tráfego de 100 kN e carga concomitante de 100 kN.
Como medida mitigadora de eventuais impactos, os pilares situados junto a faixas rodoviárias devem ser verificados para uma carga horizontal de colisão de 1.000 kN na direção do tráfego, e 500 kN perpendicular ao tráfego, não concomitantes entre si, aplicadas a uma altura de 1,25 m do terreno ou pavimento. Estes valores decrescem linearmente com a distância do pilar à pista, sendo zero a 10,0 m. A consideração acima não elimina a hipótese de colapso parcial ou total da estrutura em função da magnitude da colisão.
Em ações em passarelas, a carga a ser adotada é uma carga uniformemente distribuída, aplicada sobre o pavimento entre os guarda-corpos, na posição mais desfavorável, sem consideração de coeficiente de impacto vertical: p = 5,0 kN/m². Como medida mitigadora de eventuais impactos, deve ser considerada uma carga horizontal pontual de 100 kN aplicada no ponto mais desfavorável da estrutura da passarela no sentido do tráfego sob a passarela.
Todas as ligações da superestrutura e respectivos pilares de passarelas devem ser verificados para esta ação excepcional. A consideração acima não elimina a hipótese de colapso parcial ou total da estrutura em função da magnitude da colisão.
Para as ações em estruturas para garagem, a carga móvel a ser adotada é uma carga uniformemente distribuída, aplicada sobre o pavimento, na posição mais desfavorável, admitindo-se carregamentos repartidos e alternados nos diversos vãos da estrutura, com valor de p = 3 kN/m² sem considerar o coeficiente de impacto vertical. Este valor se aplica em toda a estrutura para a verificação global, situação de congestionamento e dimensionamento dos diversos elementos estruturais. Quando o acesso à estrutura da garagem tiver uma altura ou largura livre transversal superior a 2,50 m e inferior a 3,5 m, a estrutura e os diversos elementos que a compõem devem ser verificados para a passagem eventual isolada do veículo utilitário leve sobre quatro pneus com peso total de 80 kN.