Viga treliçada: tipos, vantagens e aplicações

As vigas treliçadas representam um dos elementos estruturais mais eficazes e versáteis no âmbito da engenharia civil e da arquitetura. Constituídas por um conjunto de barras dispostas em uma configuração de rede, essas vigas são projetadas para serem submetidas exclusivamente a solicitações de esforço axial, garantindo assim uma leveza e uma resistência sem igual. Essas características as tornam ideais para uma ampla gama de aplicações, desde pontes até edifícios industriais, passando por grandes coberturas.

Neste artigo, exploraremos o que são as vigas treliçadas, quando é oportuno utilizá-las e como projetá-las corretamente. Descobriremos os princípios básicos que governam seu funcionamento, os diferentes tipos disponíveis e as vantagens que oferecem em relação a outras soluções estruturais.

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O que são as vigas treliçadas?

As vigas treliçadas são elementos estruturais formados por um conjunto de barras conectadas entre si para criar uma configuração de rede. Essa configuração permite distribuir as forças de maneira otimizada ao longo de toda a estrutura, tornando-a particularmente eficiente para suportar cargas pesadas e cobrir grandes vãos sem a necessidade de suportes intermediários.

As barras que compõem uma viga treliçada podem ser feitas de diversos materiais, incluindo aço e madeira, e estão dispostas em modo tal a formar triângulos, uma configuração geométrica que oferece máxima estabilidade e resistência.

Do ponto de vista estático, assume-se que os nós de conexão entre as barras de uma viga treliçada sejam de tipo “a zigzag” e que as cargas sejam constituídas por forças concentradas aplicadas nos próprios nós. Essa configuração implica que as barras sejam solicitadas exclusivamente a esforço normal, eliminando assim as solicitações de cisalhamento e momento dentro dos vários componentes.

Viga Howe | EdiLus

Quais são as vantagens das vigas treliçadas?

As vigas treliçadas representam uma solução estrutural altamente versátil e vantajosa em diversos campos da engenharia. Em comparação com as vigas tradicionais de seção sólida, elas oferecem uma série de benefícios significativos:

• leveza estrutural: a configuração em treliça permite obter uma estrutura significativamente mais leve com a mesma capacidade de carga. Essa característica se torna fundamental em aplicações onde o peso da estrutura é um fator determinante, como no caso de estruturas sujeitas a cargas sísmicas;
• eficiência no uso de materiais: a disposição triangular das barras que compõem a viga treliçada permite uma melhor distribuição das tensões, possibilitando um uso mais eficiente do material utilizado. Isso se traduz em seções transversais mais esbeltas e um menor consumo de materiais;
• versatilidade de uso: as vigas treliçadas podem ser projetadas e fabricadas para atender às necessidades de uma ampla gama de aplicações, desde coberturas de grandes vãos até pontes, de edifícios residenciais a industriais e comerciais. Sua geometria pode ser facilmente adaptada às especificações do projeto;
• prefabricação e montagem simplificadas: as vigas treliçadas podem ser prefabricadas em fábrica, garantindo um controle de qualidade superior e reduzindo os prazos de construção no canteiro de obras. Sua montagem é rápida e simples;
• manutenibilidade: as vigas treliçadas são facilmente inspecionáveis e permitem identificar e resolver rapidamente eventuais problemas estruturais.

Aplicações das vigas treliçadas

Graças à sua eficiência estrutural e alta versatilidade, as vigas treliçadas encontram aplicação em diversos campos da engenharia e da arquitetura. Elas são utilizadas principalmente para realizar:

• coberturas de grandes vãos em edifícios industriais, instalações esportivas, hangares, espaços abertos ou outras estruturas nas quais seja necessário cobrir amplas superfícies sem suportes intermediários;
• pavimentos de pontes e viadutos para os quais é requerida uma alta resistência e leveza para a superação de obstáculos naturais ou artificiais, como rios, vales, estradas, etc.;
• edifícios residenciais e comerciais onde é necessário conter o peso total da estrutura para melhorar a resistência às solicitações sísmicas;
• estruturas temporárias e modulares que sejam capazes de garantir uma alta rapidez de montagem e desmontagem.

Quais são os componentes de uma viga treliçada

As vigas treliçadas são compostas por uma série de elementos que trabalham para formar uma estrutura resistente e leve. Esses componentes podem ser classificados da seguinte forma:

1. cordas: são os elementos que formam a espinha dorsal da viga e distribuem as cargas ao longo do comprimento do elemento. Elas se dividem em:
   • corda superior: conjunto de barras horizontais situadas na parte superior da viga. Esses elementos estão sujeitos principalmente à compressão;
   • corda inferior: conjunto de barras horizontais situadas na parte inferior da viga. Esses elementos estão sujeitos principalmente à tração;
2. barras de parede: contribuem para manter a distância entre a corda superior e a inferior, garantindo que a estrutura permaneça estável e rígida. Elas trabalham para contrabalançar as solicitações verticais e tangenciais, mantendo inalterada a configuração da viga. As barras de parede se dividem, por sua vez, nos seguintes elementos:
   • montantes: barras verticais que conectam a corda superior com a inferior. Os montantes devem absorver as solicitações tangenciais que surgem com a flexão das cordas;
   • diagonais: barras inclinadas que conectam as cordas. As diagonais trabalham principalmente para absorver as forças de tração e compressão e contribuem para manter a estabilidade e rigidez da estrutura;
3. nós: são os pontos de conexão entre as barras. Os nós são cruciais para a transferência das forças entre as barras e devem ser projetados para resistir a altas solicitações sem provocar fraquezas estruturais.

Componentes de uma viga treliçada

Como funciona uma viga treliçada?

O mecanismo resistente da viga treliçada baseia-se na capacidade de seus componentes de trabalhar sinergicamente para absorver e distribuir as forças através das barras, que estão sujeitas exclusivamente a solicitações de tração ou compressão.

As barras de parede, dependendo das solicitações a que estão submetidas, podem ser divididas em:

• pontos: barras sujeitas a compressão;
• tensionadores: barras sujeitas a tração.

Esses elementos estão conectados nos nós, que representam os pontos onde as forças são transmitidas de uma barra para outra. Graças à disposição triangular das barras, a viga treliçada é capaz de distribuir as forças de maneira eficiente, minimizando o risco de deformações. Este princípio de funcionamento permite que a viga treliçada cubra grandes distâncias com uma quantidade reduzida de material em comparação a uma viga maciça.

Tipos de vigas treliçadas

As vigas treliçadas se distinguem principalmente por sua geometria e pelo tipo de solicitações a que suas barras estão sujeitas. Aqui está uma lista dos principais tipos de vigas treliçadas com uma breve descrição de suas características e de seu comportamento (supondo que estejam sujeitas a cargas gravitacionais):

• treliça Warren: conhecida também como treliça Neville, este tipo se destaca por sua simplicidade e eficiência estrutural. A configuração geométrica deste elemento não prevê o uso de montantes verticais, mas apenas de diagonais dispostas de forma a gerar triângulos isósceles ou equiláteros. O cordão superior resulta comprimido, o inferior tensionado, enquanto as diagonais consecutivas apresentam esforços alternados de compressão e tração. Especificamente, as diagonais descendentes em direção ao centro da viga estão tensionadas, enquanto as ascendentes em direção ao centro estão comprimidas;
• treliça Howe: a geometria deste elemento é caracterizada pela presença de montantes verticais e de diagonais ascendentes em direção ao centro da viga. Os primeiros estão sujeitos a tração, enquanto os segundos estão todos sujeitos a compressão. O cordão superior resulta comprimido, enquanto o inferior está tensionado;
• treliça Mohnié: este tipo é semelhante ao anterior, pois é composto por montantes verticais e barras diagonais que, no entanto, estão dispostas com um padrão descendente em direção ao centro da viga. As solicitações das barras de parede resultam, portanto, invertidas em relação à treliça Howe, com diagonais sujeitas a tração e montantes verticais sujeitos a compressão. Os cordões superior e inferior resultam, por sua vez, sujeitos respectivamente a compressão e tração;
• treliça Pratt: pode ser considerada como a combinação entre as treliças Howe e Mohnié. É constituída por montantes verticais e barras diagonais que assumem alternativamente uma configuração ascendente e descendente. Como ocorre em todos os esquemas, o cordão superior está sujeito a compressão, enquanto o inferior está sujeito a tração. As diagonais descendentes em direção ao centro do elemento estão tensionadas, ao contrário das ascendentes que estão comprimidas. Quanto aos montantes, os pares estão sujeitos a compressão, enquanto os ímpares estão descomprimidos;
• treliça Nielsen: este tipo difere dos anteriores, pois o cordão superior assume uma configuração parabólica. Os montantes verticais estão ausentes, portanto, as barras de parede são constituídas exclusivamente por elementos dispostos em diagonal sujeitos a tração. O cordão superior curvilíneo está sujeito a um esforço de compressão quase constante, enquanto o cordão inferior resulta tensionado;
• treliça parabólica invertida: diferentemente da treliça Nielsen, este tipo se caracteriza pela presença de um cordão superior retilíneo e de um cordão inferior de forma parabólica, sujeitos respectivamente a esforços constantes de tração e compressão. As barras de parede são constituídas por montantes verticais comprimidos e por diagonais tensionadas;
• treliça com dupla diagonal: é um sistema hiperestático que prevê o posicionamento de duas diagonais, uma ascendente e uma descendente, entre dois montantes consecutivos. É utilizada nos casos em que pode ocorrer uma inversão das cargas, como acontece com o vento ou a ação sísmica. Esta configuração permite enfrentar melhor as inversões dos sinais das solicitações, com diagonais que podem estar tensionadas ou comprimidas dependendo das condições de carga.

Tipos de vigas treliçadas e suas solicitações

Como se projeta uma viga treliçada?

Projetar uma viga treliçada implica uma série de passos que incluem a análise estrutural e a determinação das solicitações nos vários componentes. Abaixo estão descritos os principais passos para a correta projeção de uma viga treliçada:

• defina a geometria da viga: comece determinando a configuração da viga treliçada que você pretende projetar, indicando claramente a disposição dos nós e das barras. Este passo será a base para a análise subsequente;
• identifique as cargas e os vínculos: prossiga com uma análise das cargas para avaliar com precisão as ações aplicadas sobre a viga. Defina, além disso, as condições de vínculo que podem influenciar o equilíbrio da estrutura;
• analise as solicitações: determine a magnitude dos esforços nas barras utilizando o método do equilíbrio nos nós ou o método das seções. O primeiro consiste em aplicar as equações do equilíbrio estático (soma de forças e momentos = 0) a cada nó da estrutura para obter as forças axiais dos elementos. O segundo, por sua vez, prevê “cortar” a viga ao longo de uma seção que atravesse não mais que três barras não convergentes no mesmo nó. Em seguida, aplicam-se as equações de equilíbrio estático à seção cortada para determinar a magnitude das solicitações;
• dimensionamento da viga: com base nas solicitações obtidas, dimensione os componentes da viga treliçada de modo a satisfazer as verificações de resistência e estabilidade, considerando os principais estados limites (resistência última, deformações admissíveis);
• verificações finais: verifique se as solicitações nos vários componentes não superam as tensões admissíveis do material escolhido. Em seguida, verifique a estabilidade geral da estrutura, prestando especial atenção aos possíveis fenômenos de flambagem (instabilidade à compressão). Assegure-se de que a viga esteja projetada para evitar tais problemas, utilizando verificações adequadas e fatores de segurança, que você pode encontrar dentro dos Eurocódigos para a projetação estrutural.

A projetação de uma viga treliçada pode ser extremamente complexa se realizada manualmente. Para simplificar e melhorar esse processo, recomendamos o uso de um software de cálculo estrutural avançado. Graças à integração entre tecnologia BIM e análise FEM, essa ferramenta facilitará a modelagem de suas estruturas e permitirá que você execute análises estruturais precisas e confiáveis que ajudarão a avaliar o comportamento de cada componente sob diferentes condições de carga. Aproveite uma avaliação gratuita de trinta dias para descobrir todas as funcionalidades deste software e otimizar seu trabalho de projeção.