Cargas Móveis no SAP2000
A análise de estruturas submetidas a cargas móveis é essencial para garantir a segurança e a eficiência em projetos de engenharia civil, especialmente em pontes e viadutos. Este artigo explora os principais conceitos e procedimentos relativos às cargas móveis no SAP2000, baseando-se em práticas comuns e nas funcionalidades disponíveis no software.
Definição de "Paths"
No SAP2000, um "Path" define a trajetória unidimensional seguida por uma carga móvel. Estes paths são, no SAP2000, materializados com elementos de barra, ao contrário do CSiBridge, que permite a utilização de lanes (bidimensional). A definição precisa dos paths é fundamental para uma análise realista.
A aplicação da carga no path pode fazer-se de duas formas:
- Centrada/Colinear com o elemento de barra que define o path: Representa cargas a movimentar-se diretamente sobre o ponto de aplicação.
- Excêntrica: Consiste em ter uma carga desviada transversalmente relativamente ao elemento que define o path. Valores positivos indicam que a carga está deslocada para o lado direito da barra, conforme visualizado a partir do início para o fim do percurso. Para garantir a correta definição, recomenda-se utilizar o comando Display > Show Paths, que permite a visualização gráfica dos percursos.
Definição de Cargas Móveis Pontuais e Distribuídas
Load Length Type
- Leading Load: Carga que antecede o veículo.
- Trailing Load: Carga que segue o veículo.
- Fixed Length: Comprimento de carga constante.
- Variable Length: Comprimento de carga que pode variar.
Minimum and Maximum Distance
- Distância Mínima e Máxima: Permitem definir a distância mínima e máxima entre eixos consecutivos do veículo.
Nota: O valor da distância mínima corresponde à distância fixa usada em “Fixed Length”, e a distância máxima apenas se aplica a “Variable Length”. Não pode ser definido mais de um “Variable Length” por veículo.
Uniform Load
Permite inserir valores de carga uniformemente distribuída, expressos em unidades de carga por comprimento (por exemplo, kN/m).
Axle Load
Permite inserir a carga total aplicada em cada eixo do veículo.
Vehicle Remains Fully in Path
- Permite restringir movimentos, assegurando que o veículo permaneça totalmente dentro do percurso. Esta opção é útil para equipamentos específicos, como pontes rolantes.
Além disso, as cargas móveis são categorizadas em Classes de Veículos, que agrupam um ou mais veículos para análise. É importante notar que os veículos dentro de uma mesma classe não atuam simultaneamente no percurso. O SAP2000 gera automaticamente uma classe para cada veículo definido, facilitando a análise de diferentes cenários.
Análise Baseada nas Linhas de Influência
A análise de linhas de influência é uma técnica poderosa para determinar as respostas máximas e mínimas da estrutura sob cargas móveis. No SAP2000, esta análise envolve:
- Posicionamento Automático dos Veículos: Os veículos são posicionados ao longo dos percursos de forma a gerar respostas extremas na estrutura.
- Cálculo de Respostas: Os valores máximos e mínimos de cada resposta estrutural são obtidos multiplicando as cargas concentradas ou distribuídas pelos valores correspondentes das linhas de influência e, no caso de cargas distribuídas, integrando ao longo dos respetivos comprimentos.
- Configurações de Carga: Por defeito, apenas os componentes das cargas que contribuem desfavoravelmente para a resposta são considerados. Contudo, existe a opção de permitir que as cargas reduzam a severidade da resposta estrutural, ativando a opção "Allow loads to reduce response severity". Isto faz com que o programa considere que as cargas do veículo sejam consideradas sempre na sua totalidade.
Análises
O SAP2000 oferece diferentes abordagens para a análise de cargas móveis:
- Análise Moving Load: Análise Baseada nas Linhas de Influência. Pode-se restringir a atuação de cada classe de veículo a apenas certos percursos (paths), ou então permitir a sua atuação em todos os percursos. Também é possível definir um número mínimo e máximo de paths que cada classe de veículos pode ocupar, assim como definir fatores de redução que variam conforme o número de paths carregados. Tendo em conta estas definições/restrições, o programa procura automaticamente os posicionamentos dos diferentes veículos nos diferentes paths que produzam as respostas extremas.
- Análise Multi-step Static: Avalia a resposta linear ou não-linear da estrutura em vários passos estáticos, considerando a posição e tempo de início, sentido e velocidade de cada veículo. Limitações: Quando se trata de veículos com cargas distribuídas, a Análise Multi-step Static não faz uso destas cargas.
- Análise Time-history: Considera os efeitos dinâmicos das cargas móveis, oferecendo uma representação mais realista do comportamento estrutural sob condições de carregamento dinâmico ou não lineares. Esta abordagem supera as limitações da Análise Multi-step Static ao modelar de forma mais precisa a interação contínua e dinâmica das cargas distribuídas dos veículos, proporcionando uma avaliação mais robusta da resposta estrutural.
Esta flexibilidade permite aos engenheiros selecionar a abordagem mais adequada às especificidades do projeto e aos requisitos de segurança e desempenho.
Gestão de Output de Resultados
A secção Define - Moving Load Case Results Saved no SAP2000 permite controlar quais informações são calculadas para nós e elementos estruturais durante a análise de cargas móveis. As principais funcionalidades incluem:
- Response Category check boxes: Selecionar categorias de resposta a analisar, como deslocamentos, esforços, tensões e reações.
- Select Group drop-down list: Escolher o grupo para calcular as respostas (padrão: ALL). É essencial selecionar pelo menos um grupo para obter resultados.
- Correspondence check boxes: Utilizar a correspondência (Max/Min Correspondence) nos resultados. Esta operação pode consumir um tempo significativo, pelo que deve ser utilizada apenas quando necessário obter concomitância para as respostas máximas e mínimas.
- Method of Calculation: Optar entre Exact ou Refinement Level, onde valores mais elevados aumentam a precisão e o tempo de processamento.
- Allow loads to reduce response severity: Ao ativar esta opção, todas as cargas (concentradas ou uniformes) são aplicadas com o seu valor total em toda a linha de influência, mesmo que isso possa diminuir a severidade da resposta. É um método menos conservador do que o método usado por defeito, mas pode ser vantajoso para veículos especiais cujas cargas são conhecidas. Para cargas mais incertas ou hipotéticas, é preferível manter o método predefinido por oferecer maior segurança.
Pode consultar um exemplo simples de cargas móveis no capítulo 11 do curso SAP2000 –Básico.