TeoriadasEstruturasI

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    Maria Fernanda Fvero Menna Barreto

    Daniel Tregnago Pagnussat

    Carina Mariane Stolz

    Teoria dasEstruturas I

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    Maria Fernanda Fvero Menna Barreto

    Daniel Tregnago Pagnussat

    Carina Mariane Stolz

    Teoria das

    Estruturas I

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    Reitor: Marcelo Palmrio

    NEAD - Ncleo de Educao a Distncia

    Pr-Reitora de Ensino Superior: Inara Barbosa Pena Elias

    Pr-Reitor de logstica para Educao a Distncia: Fernando Csar Marra e Silva

    Capa e Editorao:Andresa G. Zam; Diego R. Pinaffo; Fernando T. Evange lis ta; Renata Sguissardi

    Reviso Textual e Normas: ?????????????????????????

    Ficha catalogrfica realizada pela bibliotecria.

    Este livro publicado pelo Programa de Publicaes Digitais da Universidade de Uberaba.

    FICHA CATALOGRFICA - SERVIO DE BIBLIOTECA EDOCUMENTAO UNIVERSIDADE DE UBERABA

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    CDD: ???

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    A histria da hoje Universidade de Uberaba, Instituio sem ns lucrativos, manti-da pela Sociedade Educacional Uberabense, remonta ao ano de 1940, quando Mrio

    Palmrio funda o Lyceu do Tringulo Mineiro, com sede, inicialmente, na Rua Manoel

    Borges. Com essa iniciativa, o educador dava os primeiros passos na direo de um

    projeto muito mais ousado: dotar a pacata Uberaba da poca, de uma escola voltada

    para a oferta do ensino superior.

    At que a ideia se transformasse em realidade, Mrio Palmrio ps em prtica ou -

    tras duas aes. Transferiu a sede do Lyceu, mais tarde chamado de Colgio Tringulo

    Mineiro, para um conjunto de edifcios onde, hoje, funciona o Campus Centro e criou a

    Escola Tcnica de Comrcio do Tringulo Mineiro.

    Em 1947 o governo federal autorizou a abertura da Faculdade de Odontologia do

    Tringulo Mineiro. Em menos de dez anos, outras duas escolas entraram em funciona -

    mento: a Faculdade de Direito do Tringulo Mineiro, em 1951, e a escola de Engenharia

    do Tringulo Mineiro, em 1956. Uberaba, ento, passa a se projetar tambm em razode sua importante estrutura, voltada para o ensino superior, privilgio de poucas cida-

    des mineiras, no incio dos anos 50. Junto com essas importantes conquistas, veio a

    necessidade de expanso da estrutura fsica. Por isso, em 1976, comeou a funcionar o

    Campus Aeroporto, instalado na Avenida Nen Sabino.

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    Teoria dasEstruturas ICarina Mariane Stolz; Daniel Tregnago Pagnussat; Maria Fernanda Fvero

    Menna Barreto

    Caro(a) aluno(a),

    Seja bem-vindo(a) disciplina de Teoria das Estruturas I, cujo material didtico foi ela-

    borado pelos professores Eng. Civil Carina Mariane Stolz, Dra; Eng. Civil Daniel Tregnago

    Pagnussat, Dr.; e Eng. Civil Maria Fernanda Fvero Menna Barreto, Me..

    Os autores deste material tiveram sua formao de ps-graduao toda no NORIE/

    PPGEC/UFRGS. Atualmente, a prof. Carina M. Stolz realiza seu ps-doutorado na mesma

    instituio. A prof. Carina tambm exerce atividades como consultora tcnica, alm de ser

    professora convidada do IPOG (Instituto de Ps-Graduao). A prof. Maria Fernanda ti -

    tular do curso de Engenharia Civil da Universidade de Cuiab (Unic). Por m, o prof. Daniel

    T. Pagnussat professor das Universidades de Caxias do Sul (UCS) e do Vale do Rio dosSinos (UNISINOS), professor convidado do IPOG (Instituto de Ps-Graduao) e consultor.

    Dentre as diversas atividades vinculadas prosso dos engenheiros, faz-se necessrio

    um profundo conhecimento e interao com importantes conceitos da Fsica aplicada a

    APRESENTAO

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    corpos rgidos. No estudo de sistemas estruturais, estamos sempre respaldados por dois

    ramos da Fsica: a fsica ESTTICA e a fsica DINMICA. Estes conceitos de mecnica

    estrutural e de resistncia dos materiais constituem-se na base terica para grande parte

    do clculo das estruturas projetadas pelos engenheiros.

    Neste material, abordaremos importantes conceitos relacionados a cargas mveis e

    deslocamentos em estruturas isostticas. Tambm sero discutidos os primeiros conceitos

    relacionados a estruturas hiperestticas, e o chamado mtodo das foras.

    Esperamos que este material sirva de base para um primeiro contato com o assunto,

    de modo a instig-lo(a) a desenvolver e pesquisar mais a respeito do tema, bem como lhepreparar para o clculo de estruturas que necessitem de tais conceitos.

    timo estudo!

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    SUMRIO

    CAPTULO 1: CARGAS MVEIS E LINHAS DE INFLUNCIA

    EM ESTRUTURAS ISOSTTICAS 11

    Cargas mveis em estruturas .............................................................. 13

    Cargas mveis: trens-tipo .................................................................... 16

    Linhas de inuncia ............................................................................. 19

    CAPTULO 2: LINHAS DE INFLUNCIA 25

    Exemplos resolvidos de linhas de inuncia em estruturas isostticas27

    CAPTULO 3: PRINCPIO DE MLLER-BRESLAU 39

    O mtodo de mller-breslau ................................................................. 41

    CAPTULO 4: DIAGRAMAS DE VALORES EXTREMOS E ENVOLTRIAS 51

    Diagramas de valores extremos e envoltrias ...................................... 53

    CAPTULO 5: PRINCPIO DOS TRABALHOS VIRTUAIS 69

    Princpio dos trabalhos virtuais ............................................................ 72Princpio das foras virtuais ................................................................. 76

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    CAPTULO 6: DESLOCAMENTOS EM ESTRUTURAS ISOSTTICAS 85

    Equao da linha elstica .................................................................... 87

    Mtodo da superposio ...................................................................... 94

    CAPTULO 7: MTODO DAS FORAS 99

    Mtodo das foras ............................................................................... 102

    CAPTULO 8: MTODO DOS DESLOCAMENTOS 115

    Introduo ........................................................................................... 117

    Mtodo dos deslocamentos ................................................................. 118

    CONCLUSO 135

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    Captulo

    1

    Cargas mveis elinhas de influncia

    em estruturasisostticasCarina Mariane Stolz; Daniel Tregnago Pagnussat;

    Maria Fernanda Fvero Menna Barreto

    INTRODUO

    Em algumas situaes especcas, faz-se necessrio o estudo de sistemas onde as

    cargas movimentam-se atravs do corpo da estrutura. A existncia de uma chamada

    carga mvel torna mais complexo a resoluo de sistemas isostticos em relao a

    aqueles onde as cargas so todas xas.

    Nesta unidade vamos conhecer um pouco mais sobre a base conceitual para a resoluo de

    exerccios desta natureza. Bons estudos!

    OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

    Identificar cargas mveis em estruturas.

    Correlacionar o conceito de cargas mveis com sistemas estruturais.

    Estabelecer a base conceitual para o futuro dimensionamento de

    estruturas com a presena de cargas mveis.

    ESQUEMA

    Conceito de cargas mveis em estruturas

    Conceito de trem tipo

    Conceito de linhas de influncia

    Exemplos e exerccios

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    13Teoria das Estruturas I

    CARGAS MVEIS EM ESTRUTURAS

    Para entender o conceito de cargas mveis preciso retomar o conceito original

    de cargas, bem como sua classicao.

    Uma carga, dentro de um curso de anlise estrutural, nada mais do que o efeito

    de uma fora aplicada sobre um corpo. Essas foras so originadas a partir da fora

    gravitacional, da ao do vento, de cargas ssmicas etc. Essas foras, atuando sobre

    um corpo rgido, por exemplo, uma edicao, so chamadas, portanto, de CARGAS

    que atuam sobre estas estruturas.

    A forma como estas cargas atuam sobre um determinado sistema estrutural pode

    variar bastante. Uma edicao, por exemplo, possui vrias foras (cargas) atuando

    sobre ela: o peso prprio dos pilares, vigas e lajes; o peso prprio das paredes, dos

    revestimentos de piso, dos forros e das coberturas. A esse tipo de carga atuante cha-

    mamos de CARGAS PERMANENTES; alm destas existem as chamadas CARGAS

    ACIDENTAIS. As cargas acidentais em uma edicao podem ter diversas nature-

    zas, mas talvez a mais relevante seja aquela oriunda da utilizao da prpria edica-

    o. O peso das pessoas, dos mveis, de eletrodomsticos so cargas acidentais.

    A norma brasileira NBR 6120: Cargas para o clculo de estruturas de edica-

    es (ABNT, 1980), utiliza exatamente esse critrio de classicao para separar as

    cargas a serem consideradas em uma edicao. Assim, na considerao do pesoprprio de uma viga de concreto armado de um prdio necessrio calcular seu

    peso prprio a partir do peso especco aparente dado pela referida norma (no caso

    25 KN/m). Da mesma forma, ao considerar o clculo da carga acidental de uma sala

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    14 Captulo 1

    de leitura de uma biblioteca, deve-se considerar a carga vertical de norma do mesmo

    (que a NBR 6120/80 estabelece como 4 KN/m).

    Como se pode notar, no caso de uma edicao, a carga acidental a ser considerada um

    valor de certo modo xo independente de eventuais variaes de posio das pessoas e mobi-

    lirio. Essa simplicao de clculo suciente e funciona bem nestes casos, mas existem cer-

    tos tipos de estruturas onde o conceito e o clculo das cargas ca um pouco mais complexo.

    REFLITA

    Imagine que voc responsvel pelo

    projeto de uma ponte rodoviria. Por ela

    iro circular todos os dias diversos vecu-

    los, com diferentes pesos, capacidades de

    carga, nmero de eixos. Em algumas situ-

    aes estes veculos iro transpassar ra-

    pidamente a ponte; em outros momentos,congestionamentos podero fazer com que

    alguns destes veculos quem durante um

    tempo sobre a ponte. Como saber qual a

    pior situao de clculo? Alis, como saber

    quais as cargas possveis nestas situaes

    para a elaborao do projeto? A partir des-

    tes questionamentos, parece fcil entender

    a importncia do assunto que estamos porconhecer: as cargas mveis.

    Sssekind (1981, p.298) vai alm deste conceito inicial e coloca que:

    As cargas ditas acidentais, conforme a prpria denominao, so aquelas

    que podem ou no ocorrer na estrutura e so provocadas por ventos, em-

    puxos de terra ou gua, impactos laterais, foras centrfugas, frenagens ou

    aceleraes de veculos, sobrecargas (cargas de utilizao) em edifcios,

    peso de materiais que vo preencher a estrutura (caso de reservatrios de

    gua, silos, etc.), efeitos de terremoto (de importncia fundamental para os

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    projetos em regies sujeitas a abalos ssmicos), peso de neve acumulada

    em regies frias e, nalmente, pelas assim denominadas cargas mveis.

    No caso de estruturas como pontes, viadutos, passarelas suspensas, arquibanca-

    das e ans, preciso considerar, portanto, aquilo que chamamos de cargas mveis.

    As cargas mveis so originadas a partir de uma fora que conhecida (por

    exemplo, o peso prprio de um caminho), entretanto esta fora muda de po-

    sio em relao ao elemento estrutural (um tabuleiro de viaduto, por exemplo).

    Diferentemente da situao do peso do mobilirio e de pessoas sobre uma laje de

    um pavimento, no h como, nesta situao, atribuir um valor xo de carga acidental

    em uma determinada rea; se fossemos considerar uma pretensa carga acidental de

    projeto padronizada, precisaramos vericar cada uma das innitas posies da car-

    ga em relao ao elemento estrutural. O conceito de carga mvel surge justamente

    para garantir um clculo mais apropriado a estas situaes.

    Cabe lembrar que as cargas mveis so diferentes de cargas acidentais dinmi-

    cas, onde preciso levar em conta tambm, alm da variao da posio relativa, a

    questo temporal. Para estes casos, deve-se recorrer a teorias vinculadas especi-

    camente a Dinmica das Estruturas.

    FIQUE POR DENTROO correto dimensionamento de uma estru-

    tura sujeita a cargas acidentais como veculos

    circulando e ao do vento fundamental para

    garantir a segurana e estabilidade, durante

    toda a vida til do sistema estrutural. Hoje, o

    desenvolvimento das teorias das estruturas, o

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    16 Captulo 1

    conhecimento tcnico e o auxlio de softwares

    computacionais facilitam muito a vida dos pro-

    jetistas. Mas nem sempre foi assim. Um dos

    exemplos mais conhecidos de ponte que entrouem colapso a famosa ponte Tacoma. Famosa

    pelo seu balano, ruiu no nal de 1940. Tacoma

    foi uma ponte pnsil localizada em Washington,

    Estados Unidos. A ao do vento gerou o seu

    colapso. A Ponte de Tacoma movimentava-se

    levemente atraindo inclusive vrios curiosos

    que queriam conhecer a ponte que balanava.Em um determinado dia, porm, o vento atingiu

    uma velocidade de aproximadamente 65 km/h;

    com isto comeou a gerar movimentos de tor-

    o, aumentando progressivamente seu balan-

    o at o colapso total. Segundo a WIKIPEDIA(2016), ao contrrio do que se publica em alguns

    livros de fsica, acredita-se que os grandes mo-

    vimentos foram causados devido ao fenme-

    no de futter aeroelstico e no de ressonn-

    cia. Um vdeo da ponte entrando em colapso

    pode ser visto em: .

    CARGAS MVEIS: TRENS-TIPO

    Em uma ponte ou viaduto, o nmero de pessoas e veculos, bem como seu peso

    e sua posio relativa uns em relao aos outros geram innitas combinaes de

    cargas. Imagine as situaes abaixo. Como calcular para cada caso especco?

    Foto: Site destaknews.blogspot.com.br

    Acesso em: 06 jan. 16 Disponvel em:

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    17Teoria das Estruturas I

    Foto: Site g1.globo.com

    Acesso em: 06 jan. 16 Disponvel em:

    Foto: Site esporte.uol.com.br

    Acesso em: 06 jan. 16 Disponvel em:

    Foto: Site notcias.uol.com.br

    Acesso em: 06 jan. 16 Disponvel em:

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    18 Captulo 1

    Para conseguirmos efetivamente calcular a estabilidade de uma estrutura submetida

    a cargas mveis, preciso estabelecer alguns critrios. Estes esto denidos em nor-

    mas especcas que denem os chamados TRENS-TIPO. Essa denominao, confor-

    me cita Sssekind (1981), se originou por inuncia da necessidade de clculo de car-

    gas em pontes ferrovirias, onde era preciso estabelecer um padro de carregamento.

    Trens-tipo seriam, ento, veculos ideais que variam conforme normas especcas de

    cada pas e do tipo de utilizao das estruturas (rodoviria, ferroviria, pessoas).

    Marchetti (2008) cita que para realizar um clculo de um carregamento mvel em

    uma estrutura como uma ponte preciso utilizar o conceito do trem-tipo, sendo que

    esse elemento criaria um conjunto que soma cargas dos diferentes veculos e de

    pessoas. O trem-tipo colocado no sentido longitudinal da estrutura e a sua ao

    obtida por meio do carregamento, com correspondente linha de inuncia (conceito

    importante que veremos na sequncia).

    Como exemplo, a norma brasileira NBR 7188:2013: Carga mvel rodoviria e de

    pedestres em pontes, viadutos, passarelas e outras estruturas (ABNT, 2013) considera

    como carga mvel rodoviria padro, chamada TB-450, um veculo tipo de 450 kN, com

    seis rodas, carga esttica concentrada aplicada no nvel do pavimento igual a 75 kN,

    trs eixos de carga afastados entre si em 1,5 metros, com rea de ocupao de 18,0

    m, circundada por uma carga uniformemente distribuda constante igual a 5,0 kN/m.

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    19Teoria das Estruturas I

    Fonte: ABNT NBR 7188, 2013

    Uma vez denidas as cargas mveis atuantes, a resoluo de um sistema estru-

    tural nestas condies dada pela determinao dos esforos mximos e mnimos

    provocados nas estruturas por estas cargas. Conhecendo tambm os esforos devi-

    dos as cargas permanentes e acidentais (no mveis), saberemos entre que valores

    extremos ocorrer a variao dos esforos em cada parte da estrutura.

    O procedimento de resoluo leva em conta, ainda a questo das linhas de inu-

    ncia, que ser nosso prximo tpico de discusso.

    LINHAS DE INFLUNCIA

    A partir do momento que uma carga em movimento transpassa por uma estrutu-

    ra, alterando sua posio relativa no conjunto, as foras internas em cada ponto desta

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    20 Captulo 1

    estrutura tambm sofrem algum tipo de variao. Dessa forma, as linhas de inuncia

    se constituem em elementos grcos que representam como as deformaes ocorrem

    nas estruturas e como as mesmas se alteram, conforme uma carga se move sobre elas.

    As imagens a seguir, exemplicam a alterao nas deformaes em relao a

    um momento aplicado estrutura, supondo-se que uma carga de 100kN se move ao

    longo de uma viga de 10 metros biapoiada. No entanto, no confunda esta linha de

    inuncia com diagrama solicitante.

    Leet, Uang e Gilbert (2010) resumem linha de inuncia como sendo:

    um diagrama cujas ordenadas, que so plotadas como uma funo da dis-

    tncia ao longo do vo, fornecem o valor de uma fora interna, uma reao

    ou um deslocamento em um ponto especco de uma estrutura quando uma

    carga unitria de 1 kip ou 1 kN se move pela estrutura.

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    21Teoria das Estruturas I

    A construo da linha de inuncia ir nos auxiliar a determinar a seo crtica de

    uma estrutura ao receber uma carga mvel. Para determinarmos a linha de inuncia,

    deveremos estabelecer a localizao de uma dada seo S deste elemento, avaliando

    a inuncia da carga concentrada que percorre a estrutura nesta seo predenida.

    O procedimento, a seguir, descreve a resoluo de uma linha de inuncia em

    uma viga isosttica biapoiada e similar ao que propem Leet, Uang e Gilbert (2010):

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    22 Captulo 1

    imagine uma viga isosttica como a do desenho acima. Ao colocarmos uma carga

    concentrada de 1 KN sobre essa viga, e deslocarmos esta carga ao longo da viga da

    esquerda para a direita (a), teremos diferentes valores das reaes Ra e Rb medida

    que a carga muda de posio. Quando a carga est aplicada diretamente sobre o apoio

    A, temos Ra=1 e Rb=0 (b); analogamente quando a carga for deslocada a uma distncia

    L/4, temos Ra=0,75 e Rb=0,25 (c); quando a carga atinge o meio da viga (L/2), temos

    que Ra=0,5 e Rb=0,5 (d); nalmente, quando a carga mvel atinge a posio do apoio B,

    temos Ra=0 e Rb=1 (e). Para construir a linha de inuncia deste exemplo, basta dese-

    nharmos o grco com os valores da reao Ra diretamente na posio correspondente

    da carga unitria associada ao valor de Ra (f). Se o mesmo procedimento fosse aplicado

    a uma carga pontual de 1kN que se desloca da direita para a esquerda a partir do apoio

    B, teramos o grco da linha de inuncia devido a Rb (g). Esse procedimento pode ser

    aplicado tanto para a vericao das linhas de inuncia devidos aos esforos cortantes

    como para os momentos etores de sistemas isostticos.

    INDICAO DE LEITURA

    Livro: Curso de anlise estrutural I Estruturas Isostticas

    A ideia de escrever este Curso de Anlise Estrutural nasceu

    da necessidade encontrada de um texto que servisse de su-porte para o ensino da Isosttica e da Hiperesttica aos futu-

    ros engenheiros civis, ideia esta que cresceu com o estmulo

    recebido da parte de diversos colegas de magistrio, que se

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    23Teoria das Estruturas I

    vem deparando com o mesmo problema, e cuja concretizao se tomou possvel a

    partir do interesse demonstrado pela Editora Globo em edit-lo.

    Autor: Jos Carlos Sssekind

    Disponvel em: . Acesso em: 04 jan. 16.

    CONSIDERAES FINAIS

    Caro(a) aluno(a), nesta unidade tivemos o primeiro contato com as bases con-

    ceituais para a vericao do comportamento de cargas mveis em sistemas estru-

    turais. Estes conceitos sero agora ampliados para que possamos traar os diagra-

    mas de extremos e as envoltrias destes sistemas. Estes so justamente os nossos

    prximos passos, que complementaro o que vimos aqui.

    Lembramos que este livro uma primeira referncia para o(a) aluno(a) que est to-

    mando contato com o assunto, e seu estudo deve ser complementado pelas sugestes

    de leitura e/ou outras fontes de referncia para o aprofundamento do seu conhecimento.

    Antes disso, atente para as atividades de autoestudo abaixo. Lembre-se que o

    estudo de sistemas estruturais exige, alm da nossa capacidade de compreenso

    do problema em si, que gastemos algumas horas praticando os procedimentos de

    clculo envolvidos no processo. A dedicao leva a excelncia!

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    ANOTAES

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    Captulo

    2

    Linhas de

    influnciaCarina Mariane Stolz; Daniel Tregnago Pagnussat;

    Maria Fernanda Fvero Menna Barreto

    INTRODUO

    No momento em que desejamos dimensionar certos tipos de estrutura, necessrio

    estabelecer quais os esforos mximos e mnimos que ela apresentar ao ser sub-

    metida a um determinado carregamento mvel. No caso destas cargas mveis (con-

    ceito que j detalhamos na unidade anterior), necessrio identicar e desenhar as

    linhas de inuncia, para depois determinar um diagrama, chamado diagrama de

    envoltria de esforos, indicando os valores mximos e mnimos das sees trans-

    versais da estrutura em anlise. Agora chegou o momento de exercitarmos a deter-

    minao destas linhas de inuncia, para nas prximas unidades desenvolvermos a

    questo das envoltrias.

    Mantenha a ateno e pratique conosco!

    Bons estudos!

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    OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

    Correlacionar o conceito de cargas mveis com o dimensionamento de

    linhas de influncia.

    Calcular linhas de influncia em estruturas isostticas.

    ESQUEMA

    Resoluo de exerccios sobre linhas de influncia em estruturas

    isostticas

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    27Teoria das Estruturas I

    EXEMPLOS RESOLVIDOS DE LINHAS DE INFLUNCIA EM

    ESTRUTURAS ISOSTTICAS

    Retomando os conceitos que foram discutidos na Unidade I, chegou o momento

    de entendermos o passo a passo do clculo de linhas de inuncia em vigas isost-

    ticas, por meio de alguns exerccios resolvidos.

    Exerccio resolvido 1

    Considerando a viga biapoiada abaixo, determine as linhas de inuncia nos

    apoios A e C.

    Passo 1:

    Estabelecer uma posio qualquer, entre os pontos A e C, para a carga unitria (1

    kN), visando gerar uma equao geral para os valores de RA. Consideraremos que

    a carga unitria est a uma distncia X1 do apoio A.

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    28 Captulo 2

    Passo 2:

    Calcular o momento atuante sobre o apoio C, convencionando-se positivo o mo-

    mento no sentido horrio.

    Passo 3:

    Calcular RA para diferentes valores de X1.

    X1 RA

    0 1

    2,5 0,58

    5 0,17

    7,5 -0,25

    10 -0,67

    Passo 4:

    Determinar a equao geral de RA para os casos em que a carga unitria estiver

    localizada entre os apoios C e D mediante o somatrio dos momentos no ponto C.

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    29Teoria das Estruturas I

    Passo 5:

    Calcular RA para diferentes valores de X2.

    X2 RA

    0 0

    1 -0,17

    2 -0,33

    3 -0,5

    Passo 6:

    Desenhar a linha de inuncia de RA.

    Passo 7:Considerando-se que o valor da soma da carga unitria aplicada em cada uma

    das sees da viga deve ser igual a 1, para desenhar a linha de inuncia em RC

    pode-se simplesmente subtrair os valores obtidos para RA de 1.

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    30 Captulo 2

    Outra forma de se obter os valores de Rc repetir os clculos realizados para

    RA, porm em relao a RC.

    Assim, podemos denir os valores de Rc:

    Exerccio resolvido 2

    Considere um objeto que est se movimentando ao longo da viga abaixo do pon-

    to P1 ao ponto P5. Denida a seo S, desenhe as linhas de inuncia do cortante e

    do momento nesta seo para cada uma das posies deste objeto.

    Considere as seguintes convenes para cortante e momento:

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    31Teoria das Estruturas I

    Passo 1:

    Quando o objeto de carga 1kN est na posio P1, podemos considerar que a

    reao na seo S igual a zero, j que a reao sua carga ser dada pelo ponto

    A, ou seja, RVA= 1 kN e RVS= 0.

    Passo 2:

    Quando o objeto de carga 1kN est na posio P2, imediatamente antes da se-

    o S, teremos a seguinte situao:

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    32 Captulo 2

    Passo 3:

    Quando o objeto de carga 1kN est na posio P3, imediatamente aps a seo

    S, teremos a seguinte situao:

    Passo 4:

    Quando o objeto de carga 1kN est na posio P4, teremos a seguinte situao:

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    33Teoria das Estruturas I

    Passo 5:

    Quando o objeto de carga 1kN est na posio P5, podemos considerar que a

    reao na seo S igual a zero, j que a reao sua carga ser dada pelo ponto

    A, ou seja, RVA= 1 kN e RVS= 0.

    Passo 6:

    Realizados os clculos dos valores dos cortantes e dos momentos, podemos

    ento desenhar as linhas de inuncia para a seo S analisada.

    Linha de inuncia do cortante em S:

    Linha de inuncia do momento em S:

    Exerccio resolvido 3

    Considerando a viga engastada isosttica abaixo, determine as linhas de inun-

    cia devidas ao cortante e ao momento etor em relao a seo S.

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    34 Captulo 2

    Passo 1:

    Estabelea uma posio X1 qualquer, entre os pontos A e B, para uma carga

    unitria (1 kN), visando gerar uma equao geral para os valores de Ra em relao

    a seo S que est a uma distncia X.

    Passo 2:

    Calcular as reaes no engaste, convencionando-se positivo o momento no sen-

    tido horrio.

    Passo 3:

    Calcular o cortante e o momento para diferentes valores de X1 em relao a X.

    X1 Qs Ms

    X1 < X 0 0

    X1 > X 1 -X1+X

    X1 = L 1 -L+X

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    35Teoria das Estruturas I

    Passo 4:

    Realizados os clculos dos valores dos cortantes e dos momentos, podemos

    ento desenhar as linhas de inuncia para a seo S analisada.

    Linha de inuncia do cortante e do momento em S:

    REFLITA

    Todos os exemplos resolvidos acima so a

    base conceitual para o clculo de qualquer outroexemplo numrico. Se colocarmos valores de car-

    gas permanentes e acidentais adicionais a uma

    viga, o procedimento no muda. Procure entender

    a lgica da resoluo, pois somente assim voc

    ser capaz de resolver exerccios mais complexos.

    Hoje em dia o acesso a informao est

    cada vez mais facilitado. Diferente de alguns

    anos atrs, onde a informao estava restrita

    s bibliotecas por meio de mdias impressas,

    hoje praticamente possvel acessar bancos

    de dados de todas as partes do mundo. Se

    voc se interessa por esta parte de clculo

    estrutural de pontes, viadutos e outras estru-

    turas que utilizem o clculo de cargas m-veis, os links abaixo podem ser interessantes

    para complementar seus estudos:

    (site da

    Associao Brasileira de Pontes e Estruturas,

    possui um link de publicaes).

    (site dedicado a discusses de

    engenharia de pontes).

    (base

    de pesquisa de artigos cientcos em geral,

    vale a pena buscar artigos tcnicos a partir

    de palavras-chave em ingls).

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

    36/139

    Captulo 2

    FIQUE POR DENTRO

    Abaixo alguns links interessantes para vocque est estudando esta parte da esttica dos

    corpos rgidos to importante para a concep-

    o de estruturas como pontes. Voc conhece

    algumas das pontes mais incrveis do mundo?

    Seguem algumas para voc conhecer!!!

    .

    .

    CONSIDERAES FINAISE ento, com essa unidade conseguimos praticar bastante a questo das linhas

    de inuncia. Esperamos que voc, neste momento, j esteja familiarizado com a

    mesma, pois o clculo imprescindvel para a resoluo de estruturas com cargas

    mveis. Se voc ainda est com diculdades, no desanime. Na prxima unidade

    vamos desenvolver uma metodologia alternativa para a determinao das linhas de

    inuncia que pode ajudar. Vamos trabalhar?

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    Teoria das Estruturas I

    ANOTAES

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    ANOTAES

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    Captulo

    3

    Princpio demller-breslau

    Carina Mariane Stolz; Maria Fernanda Fvero

    Menna Barreto; Daniel Tregnago Pagnussat

    INTRODUO

    O princpio de Mller-Breslau, tambm conhecido como Mtodo Cinemtico para

    traado de Linhas de Inuncia (LI), permite que as linhas de inuncia para as reaes,

    cortante e momento de vigas sejam determinadas de forma qualitativa e rapidamente.

    Segundo Leet et al. (2010), este mtodo pode ser utilizado principalmente para

    as seguintes aplicaes:

    vericar se o aspecto de uma linha de inuncia, produzida pelo movimento de

    uma carga unitria em uma estrutura, est correto;

    estabelecer onde se deve posicionar a carga mvel em uma estrutura para maximi-

    zar uma funo especca, sem avaliar as ordenadas da linha de inuncia. Uma vez es-

    tabelecida a posio crtica da carga, ca mais simples analisar diretamente certos tipos

    de estruturas para a carga mvel especicada do que desenhar a linha de inuncia;

    determinar a localizao das ordenadas mximas e mnimas de uma linha de

    inuncia, para que apenas algumas posies da carga unitria precisem ser consi-

    deradas quando as ordenadas da linha de inuncia forem calculadas.

    Bons Estudos!

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

    Calcular linhas de influncia em estruturas isostticas.

    ESQUEMA

    Princpio de Mller-Breslau

    Resoluo de exerccios sobre linhas de influncia em estruturas

    isostticas mediante o uso do mtodo

    Exemplos e exerccios

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    41Teoria das Estruturas I

    O MTODO DE MLLER-BRESLAU

    Resumidamente, deve-se seguir trs etapas para traar as LI pelo Mtodo de

    Mller-Breslau (SSSEKIND, 1980):

    a. rompe-se o vnculo capaz de transmitir o efeito E cuja linha de inuncia se

    deseja determinar;

    b. na seo onde atua o efeito E, atribui-se estrutura, no sentido oposto ao de

    E positivo, um deslocamento generalizado unitrio, que ser tratado como

    sendo muito pequeno;

    c. a congurao deformada (elstica) obtida a linha de inuncia.

    A tabela, a seguir, apresenta exemplos de deslocamentos generalizados em vn-

    culos pelo mtodo de Mller-Breslau.

    Fonte: Nunes e Martha (2001)

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

    42/139

    42 Captulo 3

    REFLITA

    Voc sabia que a ponte suspensa que

    possui o maior vo livre do mundo est no

    Japo?

    A Ponte Akashi-Kaikyo est localizada

    entre a cidade de Kobe e a ilha Awaji, no

    estreito de Akashi, no Japo. Foi inaugu-

    rada em abril de 1998, aps 10 anos de

    construo, com 3911m de comprimento

    total e 1991m de vo central, sendo as-

    sim a maior ponte suspensa do mundo. A

    Akashi-Kaikyo conquistou trs recordes: o

    de vo mais extenso, o de ponte com torre

    mais alta, com 283m e o de ponte mais

    cara (4,3 bilhes de dlares). O compri-

    mento total de fios de ao usados na pon-

    te de 300.000 km, quantidade suficiente

    para dar 7,5 voltas ao redor da Terra.

    Percebeu a importncia do entendimento

    do comportamento das estruturas para colo-

    car em prtica um projeto ousado como este?

    Disponvel em: . Acesso

    em: 16 jan. 16.

    Vamos ver alguns exemplos de aplicao para simplicar o entendimento do m-

    todo de Mller-Breslau?

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    43Teoria das Estruturas I

    Exemplo 1:

    Linha de Inuncia de reao vertical em A:

    Linha de Inuncia de cortante em B:

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    44 Captulo 3

    Exemplo 2:

    Linhas de inuncia das reaes em A, C e D.

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    45Teoria das Estruturas I

    Linha de inuncia do corte em C:

    A B

    C

    FIQUE POR DENTRO

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    46 Captulo 3

    Quer simular o comportamento de es-

    truturas? Visualizar suas deformaes?

    Entender as consequncias das foras que

    so aplicadas? Calcular cargas mveis e li-

    nhas de inuncia? O programa FTOOL pode

    ser uma tima ferramenta para te ajudar!

    Desenvolvido pelo Professor Associado

    da Pontifcia Universidade Catlica do Rio

    de Janeiro (PUC-Rio) Luiz Fernando Martha,

    o FTOOL um programa que se destina

    ao ensino do comportamento estrutural de

    prticos planos, ocupando um espao pouco

    explorado por programas educativos, que se

    preocupam mais com o ensino das tcnicas

    numricas de anlise, ou por verses educa-

    cionais de programas comerciais, mais preo-

    cupados em introduzir os estudantes s suas

    interfaces. Seu objetivo bsico motivar oaluno para aprender o comportamento estru-

    tural. A experincia de ensino nesta rea tem

    mostrado que o processo de aprendizado dos

    mtodos de anlise estrutural no eciente

    sem o conhecimento sobre o comportamento

    estrutural. muito difcil motivar o aluno pa-

    dro a aprender a teoria dos mtodos de

    anlise sem entender como o modelo sendo

    analisado se comporta na prtica. O proces-

    so de aprendizado dos mtodos de anlise

    melhoraria bastante se o estudante pudesse

    aprender sobre o comportamento estrutural

    simultaneamente. Do seu objetivo bsico

    decorre a necessidade do FTOOL ser uma

    ferramenta simples, unindo em uma nica in-

    terface recursos para uma eciente criao e

    manipulao do modelo (pr-processamen-

    to) aliados a uma anlise da estrutura rpida

    e transparente e a uma visualizao de resul-

    tados rpida e efetiva (ps-processamento).

    O download gratuito do programa, bem

    como explicaes de como utiliz-lo podem

    ser encontrados no site: . Voc ainda pode encontrar na inter-

    net diversas apostilas de diferentes instituies

    de ensino que ensinam o uso do programa.

    Disponvel em: . Acesso em: 04 jan. 16.

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    47Teoria das Estruturas I

    INDICAO DE LEITURA

    Livro: Sistemas de Estruturas

    Nesta obra bilngue, explcitas ilustraes mostram

    o comportamento complexo dos sistemas estrutu-

    rais e a relao entre estrutura e forma arquitetnica.

    Consequentemente, o projetista - arquiteto, engenheiro

    ou estudante - pode adquirir desde uma viso geral ao

    conhecimento especco para elaborar ideias estrutu-

    rais. Aps mais de 30 anos de existncia, este livro con-

    tinua sendo hoje, nesta viso atualizada, o manual de referncia na matria.

    Autor: Heino Engel

    Disponvel em: . Acesso em: 16 jan. 16.

    CONSIDERAES FINAIS

    Caro(a) aluno(a), estamos chegando ao nal de mais uma unidade e com ela

    o encerramento do estudo terico referente a linhas de inuncia. Para facilitar o

    emprego das linhas de inuncia em vigas isostticas, Soriano (2010) apresenta em

    seu livro um formulrio para uma viga engastada e uma biapoiada, com os perstpicos de LI para cada uma delas, apresentado na tabela a seguir.

    Facilitou um pouquinho a vida, no?

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

    48/139

    Captulo 3

    Neste momento voc deve estar pensado: por que este formulrio foi apresen-

    tado somente nas consideraes nais da unidade?. Esta sistemtica proposital,

    caro(a) aluno(a). Primeiramente, indispensvel que se entenda o comportamento

    das estruturas que estamos analisando, para posteriormente utilizarmos as frmulas

    prontas. O mesmo se aplica a softwares de clculo estrutural, sendo que de nada

    adianta eu comprar um software carssimo e de excelente qualidade se eu no sou-

    ber analisar os resultados que ele me d. No acha?

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    Teoria das Estruturas I

    ANOTAES

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    ANOTAES

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    Captulo

    4

    Diagramas devalores extremose envoltrias

    Carina Mariane Stolz; Maria Fernanda Fvero

    Menna Barreto; Daniel Tregnago Pagnussat

    INTRODUO

    Estamos chegando no momento nal de reunir todos os conceitos abordados at o

    momento e sua aplicao prtica no dimensionamento de estruturas. Nos falta, ca-

    ro(a) aluno(a), buscar compreender como fundamental, dentro de uma distribuio

    de esforos devido a uma carga mvel que muda de posio ao longo do elemento

    estrutural, saber identicar os valores extremos e as envoltrias. Em termos prticos,

    o objetivo de vericar as situaes mais desfavorveis das cargas mveis aplica-

    das, pois estas sero a base para nosso futuro dimensionamento.

    Fique atento(a) metodologia de resoluo, pois a mesma exige vrios passos

    at a resposta nal.

    Bons estudos!

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

    Conceituar Diagramas de valores Extremos e Envoltrias.

    Correlacionar o conceito de cargas mveis com o dimensionamento delinhas de influncia, valores extremos e envoltrias.

    ESQUEMA

    Valores Extremos e Envoltrias

    Exemplos e exerccios

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    53Teoria das Estruturas I

    DIAGRAMAS DE VALORES EXTREMOS E ENVOLTRIAS

    O diagrama de valores extremos representa os mximos efeitos (sejam eles esfor-

    os ou deslocamentos), devido a uma carga mvel ao qual a estrutura est submeti-

    da. Esses diagramas sero gerados pelas chamadas linhas de mximos e mnimos.

    Segundo Chameki (1956), o traado da linha de mximos se d de diferentes formas:

    a. Escolhe-se um determinado nmero de pontos em uma estrutura para em

    seguida, em cada ponto, determinar a posio da carga mvel que provoca o

    mximo efeito procurado (mediante as linhas de inuncia), ou:

    b. Determina-se, por meio de um processo analtico, a posio da carga mvel

    que provoca o mximo efeito procurado, em relao a um determinado ponto

    desta estrutura (Exemplo 1), ou:

    c. Outros processos especiais, para estruturas especcas, como o processo de

    Winkler (que no abordaremos aqui).

    FIQUE POR DENTRO

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

    54/139

    54 Captulo 4

    Voc tem diculdade em visualizar o

    comportamento das estruturas ao serem

    submetidas aos diferentes esforos ou pos-

    surem rigidez distintas? Que tal reproduzir

    o comportamento dessas estruturas me-

    diante maquetes exveis? Esta foi a ideia

    dos idealizadores do Kit Mola.

    O kit composto por um conjunto de

    esferas, molas, os, tringulos e placas de

    ao, plstico e ms e tem como objetivo

    inovar no ensino de estruturas nos cursos de

    engenharia e arquitetura.

    Ficou interessado(a)? Acesse os vdeos

    com demonstraes do kit mola no YouTube.

    Segue o link de um deles: .

    Exemplo 1: (adaptado de Chamechi, 1956, p.133)

    A partir da carga concentrada P aplicada nas diferentes sees da viga isosttica

    abaixo, traar a linha dos mximos momentos etores.

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    55Teoria das Estruturas I

    RESPOSTA: na gura a), temos a descrio da viga em estudo. Ao traarmos a

    linha de inuncia do momento etor em uma seo S, temos o grco apresentado

    em b); A carga P ir gerar um momento etor mximo em S quando estiver exatamente

    sobre a seo (como indica abaixo a gura c). A frmula deste momento dada por:

    Sendo a=x e b=(L-x) a equao anterior pode ser desdobrada em:

    Essa equao uma parbola do segundo grau, representada pela linha da -

    gura d), e corresponde a linha de mximos momentos nas sees. O valor mximo

    dessa equao vale quandoExemplo 2: determine os valores mximos de momento etor na seo S da viga abaixo

    (Fonte: . Acesso em: 15 jan. 16):

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    56 Captulo 4

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    57Teoria das Estruturas I

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    58 Captulo 4

    Finalmente, sobre envoltrias limite, Holtz (2005, p.56) descreve:

    As envoltrias limites de um determinado esforo em uma estrutura descrevem

    para um conjunto de cargas mveis ou acidentais, os valores mximos e m-

    nimos deste esforo em cada uma das sees da estrutura, de forma anloga

    a que descreve o diagrama de esforos para um carregamento xo. Assim, o

    objetivo da Anlise Estrutural para o caso de cargas mveis ou acidentais

    a determinao de envoltrias de mximos e mnimos de momentos etores,

    esforos cortantes, etc., o que possibilitar o dimensionamento da estrutura

    submetida a este tipo de solicitao. As envoltrias so, em geral, obtidas por

    interpolao de valores mximos e mnimos, respectivamente, de esforos cal-

    culados em determinado nmero de sees transversais ao longo da estrutura.

    Vamos desenvolver ainda mais este conceito?

    As chamadas ENVOLTRIAS determinam uma faixa de trabalho de uma estru-

    tura. Para entendermos melhor: quando temos uma estrutura submetida a cargas

    mveis, tambm temos que considerar os prprios carregamentos permanentes

    nela existentes. Para realizar a incluso dos efeitos das cargas permanentes aos

    valores extremos calculados de cada uma das reaes de apoio em funo das car-

    gas mveis, estes valores devem ser somados s reaes correspondentes a estes

    tipos de carregamento. O resultado da soma destes valores aos valores extremos

    (mximos e mnimos, que aprendemos a calcular anteriormente) gera uma tabela

    que nos fornece pontos para plotarmos um grco, que denem a ENVOLTRIA

    DE MXIMO ESFORO e a ENVOLTRIA DE MNIMO ESFORO. Estas envolt-

    rias denem uma faixa de trabalho na qual o Engenheiro pode dimensionar, com a

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

    59/139

    59Teoria das Estruturas I

    devida segurana, cada seo de uma ponte, viaduto ou passarela submetida a car-

    regamentos permanentes e cargas mveis. Vamos, ento, ver um exemplo resolvido

    para aprendermos a calcular envoltrias.

    Exemplo 3:

    Determine a envoltria de esforos internos da viga biapoiada com balanos,

    carga permanente e carga mvel apresentada a seguir (fonte: . Acesso em: 16 jan. 16).

    Inicialmente, determinaram-se os diagramas de esforo cortante e de momento

    etor devidos carga permanente.

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    60 Captulo 4

    Em um segundo momento, calculou-se os esforos cortantes mximos e mni-

    mos devido carga mvel para cada seo transversal adotada da estrutura.

    O diagrama, a seguir, apresenta o clculo do cortante mximo e mnimo para a seo Besq:

    O diagrama, a seguir, apresenta o clculo do cortante mximo e mnimo para a seo Bdir

    :

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    61Teoria das Estruturas I

    Esforo cortante mximo e mnimo na seo C:

    Esforo cortante mximo e mnimo na seo D:

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    62 Captulo 4

    A tabela e a gura apresentadas a seguir apresentam os resultados do esforo

    cortante mximo e mnimo nas sees da estrutura devido a cada carregamento

    atuante e o valor nal das envoltrias de esforo cortante.

    SeoCarga

    Permanente

    Carga Mvel Envoltrias

    Mnimo Mximo Mnimo Mximo

    A 0 -20 0 -10 0

    BESQ

    -60 -60 0 -120 -60

    BDIR

    +120 -8,75 +91,25 +111,25 +211,25

    C +60 -12,50 +57,50 +47,50 +117,50

    D 0 -31,25 +31,25 -31,25 +31,25

    E -60 -57,50 +12,50 -117,50 -47,50

    FESQ

    +120 -91,25 +8,75 -211,25 -111,25

    FDIR

    +60 0 +60 +60 +120

    G 0 0 +20 0 +20

    As guras, a seguir, mostram como foi feita a determinao dos momentos etores

    mximos e mnimos devidos carga mvel para cada seo transversal da estrutura.

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

    63/139

    63Teoria das Estruturas I

    Momento etor mximo e mnimo na seo B:

    Momento etor mximo e mnimo na seo C:

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    64 Captulo 4

    Momento etor mximo e mnimo na seo D:

    Os resultados do momento etor mximo e mnimo nas sees da estrutura de-

    vido a cada carregamento atuante e o valor nal das envoltrias de momento etor

    esto apresentados na tabela abaixo:

    SeoCarga

    Permanente

    Carga Mvel Envoltrias

    Mnimo Mximo Mnimo Mximo

    A 0 0 0 0 0

    B -90 -105 0 -195 -90

    C +180 -90 +195 +90 +375

    D +270 -75 +255 +195 +525

    E +180 -90 +195 +90 +375

    F -90 -105 0 -195 -90

    G 0 0 0 0 0

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    65Teoria das Estruturas I

    Envoltrias de momento etor:

    INDICAO DE LEITURA

    Livro: Arquiteturas da Engenharia - Engenharias da

    Arquitetura

    Neste livro, trs professores universitrios explicam o fun-

    cionamento estrutural de edifcios, pontes e torres de for-

    ma simples, quase intuitiva. A ideia central mostrar que

    as melhores obras nascem do encontro feliz de compe-

    tncias na arquitetura e na engenharia. A publicao re-

    sulta da experincia didtica dos autores, que desenvolveram um mtodo de ensino

    inovador, ajustado a futuros arquitetos, mas tambm indispensvel aos prossionais

    de engenharia. Mais do que pretender rever o tema com uma abordagem fechada

    que resultaria em um texto com princpio, meio e m, os autores optaram por manter a

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

    66/139

    Captulo 4

    possibilidade de fragmentos que, com ajuda de dezenas de exemplos reais entrelaa-

    dos, acabam por congurar outros sentidos teis ao esclarecimento e ao aprendizado.

    Autores: Yopanan C. P. Rebello, Joo Marcos Lopes, Marta Boga.

    Disponvel em: . Acesso em: 16 jan. 16.

    REFLITA

    A disponibilidade de informaes nainternet constitui-se em uma importante

    ferramenta de pesquisa para estudantes

    em qualquer lugar do mundo. Hoje em dia,

    possvel pesquisar sobre qualquer as-

    sunto. No raro, existem diversas videoau-

    las para estudantes de engenharia sobre

    Esttica das estruturas. Elas podem serteis para complementar seus estudos.

    Contudo, tenha bastante ateno quantoa fonte de pesquisa que est sendo utili-

    zada. Muitas vezes, os vdeos disponibi-

    lizados na internet so produzidos pelos

    prprios estudantes como parte de uma

    disciplina, ou por pessoas sem o devido

    preparo, que geram material com erros

    conceituais. Fique bem atento(a) ao tipode material que est pesquisando!

    CONSIDERAES FINAIS

    Encerrando esta etapa deste livro, agora estamos com todos os conceitos com-

    pletos para a compreenso das bases de clculo de estruturas submetidas a cargas

    mveis. Lembramos, novamente, que este material uma base inicial para seusestudos no tema, que devem ser complementados com mais horas de trabalho por

    meio de leituras, exerccios etc. Mas ainda temos bastante matria para aprender!

    Sigamos em frente!

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    Teoria das Estruturas I

    ANOTAES

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    ANOTAES

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    Captulo

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    Princpio dostrabalhosvirtuais

    Carina Mariane Stolz; Maria Fernanda Fvero

    Menna Barreto; Daniel Tregnago Pagnussat

    OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

    Compreender o conceito e aplicar o Princpio dos Trabalhos Virtuais, a

    partir do qual resolveremos o problema do clculo de deformaes nas

    estruturas.

    ESQUEMA

    Princpio dos Deslocamentos Virtuais

    Corpos rgidos

    Corpos elsticos

    Princpio das Foras Virtuais

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    71Teoria das Estruturas I

    INTRODUO

    O Princpio dos Trabalhos Virtuais estabelece a relao entre as foras () atuan-

    tes em um ponto e seus possveis deslocamentos (), sendo esta ou aquela virtual1.

    Desta forma, o trabalho () pode ser descrito como:

    (5.1)

    Conforme dito anteriormente, o Trabalho Virtual pode ser gerado a partir de duas

    situaes:

    Trabalho realizado por foras reais durante um deslocamento virtual;

    Trabalho realizado por foras virtuais durante um deslocamento real.

    O termo virtual, empregado acima, remete a algo ctcio. Ou seja, o deslocamen-

    to virtual e a fora virtual so arbitrariamente impostos sobre o sistema estrutural,

    eles no ocorrem realmente.

    Segundo Beer, Johnston, Mazurek e Eisenberg (2012, p.123), o Princpio do

    Trabalho Virtual para uma partcula estabelece que, se uma partcula est em equi-

    lbrio, o trabalho virtual total das foras atuantes sobre ela zero para qualquer

    deslocamento virtual desta partcula. Ou seja, se a partcula est em equilbrio, a

    resultante das foras () zero. Substituindo este valor na equao 5.1, se tem que o

    trabalho virtual tambm igual zero.

    1 Todas as grandezas virtuais sero denotadas por um trao superior na equao, por exemplo,

    signica trabalho virtual.

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    72 Captulo 5

    PRINCPIO DOS TRABALHOS VIRTUAIS

    Princpio dos Deslocamentos Virtuais

    O Princpio dos Deslocamentos Virtuais pode ser utilizado para determinar qual-

    quer um dos esforos seccionais das estruturas (SORIANO; LIMA, 2006). Ele apli-

    cvel aos corpos rgidos e elsticos, descritos a seguir.

    Corpos rgidos

    Para um corpo rgido em equilbrio, o trabalho virtual total das foras externas

    atuantes sobre o corpo rgido zero para qualquer deslocamento virtual desse corpo

    (SSSEKIND, 1980; BEER; JOHNSTON; MAZUREK; EISENBERG, 2012).

    (5.2)

    Nas estruturas isostticas o deslocamento do apoio no provoca deformaes

    nem esforos internos. Desta forma, considera-se que as estruturas isostticas fun-

    cionam como corpos rgidos (SORIANO; LIMA, 2006). Sendo assim, as reaes

    de apoio de estruturas isostticas podem ser calculadas utilizando o Princpio dos

    Trabalhos Virtuais.

    Exemplo 1 (SORIANO; LIMA, 2006) Calcule a reao no apoio A da estrutura

    abaixo.

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    73Teoria das Estruturas I

    Para uma fora real (reao de apoio A), aplica-se um deslocamento virtual.

    O Princpio dos Trabalhos Virtuais para corpos rgidos fornece:

    (a)

    Da geometria da congurao virtual mostrada anteriormente, tem-se:

    (b)

    Substituindo a equao (b) em (a), obtm-se:

    (c)

    Corpos elsticos

    Corpos elsticos so corpos deformveis, onde um ponto em seu interior se move

    em relao aos outros. Neste caso, as foras internas e externas realizam trabalho.

    Quando a estrutura hiperesttica, a congurao virtual uma congurao defor-

    mada, de trabalho interno diferente de zero (SORIANO; LIMA, 2006).

    Sendo assim, para um corpo elstico que atingiu o equilbrio, o trabalho virtualtotal das foras externas igual ao trabalho virtual das foras internas, para to-

    dos os deslocamentos virtuais impostos sobre ele (SSSEKIND, 1980; SORIANO;

    LIMA, 2006; MARTHA, 2010).

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    74 Captulo 5

    (5.3)

    (5.4)

    A deformao interna virtual pode ser desmembrada em parcelas que conside-

    ram os efeitos relativos de suas sees: deformao axial devido ao esforo normal,

    deformao de exo devida ao momento etor, deformao de cisalhamento de-

    vido cortante e deformao de toro devido ao momento torsor. Sendo assim, o

    trabalho interno a energia de deformao total.

    (5.5)

    Da equao 5.5 tem-se:

    - Esforos normal, momento etor, cortante e torsor no sistema vir-

    tual provocado por P;

    N, M, V, T Esforo normal, momento etor, cortante e torsor no sistema real

    provocado pelo carregamento real;

    Comprimento do elemento estrutural;

    E Mdulo de elasticidade longitudinal do material;A rea da seo transversal do elemento;

    I Momento de inrcia da seo transversal em relao ao seu eixo neutro;

    G Mdulo de elasticidade transversal;

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    75Teoria das Estruturas I

    rea de cisalhamento referente seo transversal, , valores na tabela

    abaixo;

    J Momento de inrcia toro da seo, valores na tabela a seguir.

    Fonte: Soriano e Lima (2006)

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    76 Captulo 5

    Substituindo-se a equao 5.4 e 5.5 na equao 5.3, se alcana a equao nal.

    (5.6)

    PRINCPIO DAS FORAS VIRTUAIS

    Em estruturas de material elstico linear, o Princpio das Foras Virtuais ape-

    nas uma forma alternativa de se escrever o Princpio dos Deslocamentos Virtuais

    (SORIANO; LIMA, 2006).

    (5.7)

    A equao 5.7 expressa o Teorema das Foras Virtuais que se enuncia: conside-

    rando em uma estrutura um sistema de foras equilibradas quaisquer, denominadas

    foras virtuais, o trabalho virtual das foras externas igual ao trabalho virtual das

    foras internas (SORIANO; LIMA, 2006).

    uma das principais ferramentas para a determinao de deslocamentos em

    estruturas, por meio da qual se utiliza um sistema virtual diferente do sistema real

    que se deseja calcular um deslocamento ou rotao. O sistema virtual trabalha com

    a mesma estrutura, porm com carregamento unitrio compostos de uma fora (oumomento) escolhidos arbitrariamente na direo do deslocamento (ou rotao) que

    se deseja calcular e de suas correspondentes reaes de apoio (MARTHA, 2010).

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    77Teoria das Estruturas I

    Consideraes gerais

    Para as estruturas que lidamos usualmente na prtica, podemos acrescentar as

    seguintes informaes, segundo Sssekind (1980):

    A parcela pode ser desprezada em presena das demais, com erro

    mnimo (somente em caso de vos muito curtos e cargas muito elevadas em

    que a inuncia do esforo cortante considervel);

    A parcela tambm pode ser desprezada em peas de estruturas que

    no trabalhem fundamentalmente ao esforo normal;

    A parcela pode ser obtida pelo uso de tabelas:

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    78 Captulo 5

    Fonte: . Acesso em: 24 jan. 2016

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    79Teoria das Estruturas I

    Exemplo 2 (SSSEKIND, 1980) Calcular o deslocamento horizontal de D, para

    o quadro abaixo, que tem para todas as barras.

    Para um deslocamento real, aplica-se uma fora virtual (unitria) no local em que

    se deseja obter tal deslocamento (Figura a), desta forma se tem o estado de defor-

    mao virtual (Figura b):

    a. Aplicao da fora virtual para ob-

    ter o deslocamento real.

    b. Estado de carregamento (momento)

    da fora virtual.

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    80 Captulo 5

    Em seguida, calcula-se o estado real, ou seja, o estado de deformao da es-

    trutura com o carregamento real aplicado (Figura c), obtendo-se assim o estado de

    deformao real (Figura d):

    c. Estrutura com o carregamento

    real aplicado.

    d. Estado de deformao (momento)

    da fora real.

    Com o estado de deformao real (Figura e) e virtual (Figura f), calcula-se o des-

    locamento real pela equao 5.7.

    e. Estado de deformao real. f. Estado de deformao virtual.

    Por se tratar de uma estrutura que trabalha fundamentalmente a exo, conside-

    raremos s o momento no clculo da deformao em cada barra:

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    81Teoria das Estruturas I

    (a)

    (b)

    (c)

    Com a forma dos estados de deformaes e equao c, entra-se na tabela en-

    contrando o valor do deslocamento:

    Sendo o sinal do deslocamento negativo, indica que o sentido da fora unitria

    se ope ao deslocamento, logo o deslocamento real no ponto D para sua direita.

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    82 Captulo 5

    FIQUE POR DENTRO

    Aprender o Princpio dos TrabalhosVirtuais essencial para resoluo de

    estruturas hiperesttica pelo Mtodo dasForas, logo no o ignore ou subestime-o.

    REFLITA

    extremamente importante o domnio

    da isosttica para traar os diagramas de

    esforos seccionais (normal, momento, cor-tante e torsor) das estruturas, pois qualquer

    deslize nos diagramas causar um erro na

    obteno da deformao, visto que esta de-

    pende daquele.

    Por isso, caso encontre diculdades emtraar os diagramas, no deixe de rever os

    contedos passados de isosttica.

    INDICAO DE LEITURA

    Livro: Curso de anlise estrutural 2

    A ideia de escrever este Curso de Anlise Estrutural nas-

    ceu da necessidade encontrada de um texto que nos

    servisse de suporte para o ensino da Isosttica e da

    Hiperesttica aos futuros engenheiros civis, ideia esta

    que cresceu com o estmulo recebido da parte de diver-

    sos colegas de magistrio, que se vem deparando com o

    mesmo problema e cuja concretizao se tornou possvel

    a partir do interesse demonstrado pela Editora Globo em edit-lo.

    Autor: Jos Carlos Sssekind

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    83Teoria das Estruturas I

    CONSIDERAES FINAIS

    Conforme visto, o Princpio dos Trabalhos Virtuais est diretamente relacionado

    com as foras e os deslocamentos da estrutura, sendo um dos dois virtuais.

    Ou seja, o trabalho virtual pode ser realizado por uma fora real gerando um des-

    locamento virtual ou por uma fora virtual gerando um deslocamento real. A partir dis-

    so, surgem o Princpio dos Deslocamentos Virtuais e o Princpio das Foras Virtuais.

    Aprender o Princpio dos Trabalhos Virtuais muito importante, pois ele lar-

    gamente utilizado no Mtodo das Foras para resoluo de estruturas hiperest-

    tica. Sendo assim, a aprendizagem do tema em questo o passo inicial e ser

    explorado mais adiante.

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    ANOTAES

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    Captulo

    6

    Deslocamentosem estruturasisostticas

    Carina Mariane Stolz; Maria Fernanda Fvero

    Menna Barreto; Daniel Tregnago Pagnussat

    INTRODUO

    A deformao mxima de uma viga sob um carregamento tem importncia espe-

    cial, pois as especicaes de projeto geralmente incluem um valor mximo admis-

    svel para sua deformao (BEER; JOHNSTON; DEWOLF, 2010).

    Uma viga prismtica submetida exo pura exionada em um arco de circun-

    ferncia que, dentro do regime elstico, a curvatura da superfcie neutra pode ser

    expressa como:

    (6.1)

    Da equao 6.1, tem-se:

    M Momento etor;

    x Distncia da seo a partir da extremidade esquerda da viga;

    E Mdulo de elasticidade;

    I Momento de inrcia da seo transversal.

    A informao da curvatura em vrios pontos da viga permite concluses gerais

    referentes deformao da viga sob determinado carregamento.

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    OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

    Obter, sem a aplicao do Princpio dos Trabalhos Virtuais, as

    deformaes elsticas de uma viga:

    Deslocamento transversal (flecha).

    Inclinao.

    ESQUEMA

    Equao da linha elstica

    Mtodo da superposio

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    87Teoria das Estruturas I

    EQUAO DA LINHA ELSTICA

    Para encontrar a inclinao e o deslocamento transversal da viga em qualquer

    ponto, determina-se a equao diferencial linear de segunda ordem dada a seguir,

    que governa a linha elstica caracterizando a forma da viga deformada (BEER;

    JOHNSTON; DEWOLF, 2010).

    (6.2)

    A inclinao dada pela equao 6.3, que nada mais do que a integrao da

    equao anterior.

    (6.3)

    A deformao vertical (echa) dada pela equao 6.4, que nada mais do que

    duas integraes sucessivas da equao 6.2 ou uma nica integrao da equao 6.3.

    (6.4)

    As constantes de integrao e so determinadas pelas condies de contorno

    ou, mais precisamente, pelas condies impostas viga pelos seus apoios (BEER;

    JOHNSTON; DEWOLF, 2010):

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    88 Captulo 6

    Fonte: Beer, Johnston e Dewolf (2010)

    Exemplo 1 (BEER; JOHNSTON; DEWOLF, 2010) A viga em balano AB abaixo,

    tem seo transversal uniforme e suporta uma fora P na sua extremidade livre A.

    Determine a equao da linha elstica, a echa e a inclinao em A.

    a) Carregada.

    b) Deformada.

    Primeiramente, se dene a equao de momento, que ser integrada at chegar

    na equao da linha elstica.

    Substituindo-se M(x) na equao 6.3:

    (a)

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    89Teoria das Estruturas I

    Pelas condies de contorno, sabe-se que no ponto B e .e .

    Inserindo essas informaes na equao a, tem-se que:

    Inserindo o valor de na equao da inclinao (equao a) e integrando tudo

    novamente, obtm-se a equao da linha elstica:

    (b)

    Pelas condies de contorno, sabe-se que no ponto B e e

    Inserindo essas informaes na equao b, obtm-se:

    Inserindo o valor de na equao b, tem-se a equao da linha elstica:

    Para obter a echa no ponto A, basta inserir na equao da linha elstica a dis-tncia x do ponto A, .:

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    90 Captulo 6

    Para obter a inclinao no ponto A, basta inserir na equao da inclinao (equa-

    o a) a distncia x do ponto A, , .

    Exemplo 2 (BEER; JOHNSTON; DEWOLF, 2010) A viga biapoiada AB est

    submetida a uma fora w uniformemente distribuda por unidade de comprimento.

    Determine a equao da linha elstica e a echa mxima da viga.

    1. Carregada.

    2. Deformada.

    Primeiramente, se calculam as reaes de apoio.

    Em seguida, dene-se a equao de momento que representa a viga.

    Substituindo-se M(x) na equao 6.3:

    (a)

    Integrando-se novamente, obtm-se a equao da linha elstica:

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

    91/139

    91Teoria das Estruturas I

    (b)

    Pelas condies de contorno, sabe-se que no ponto A e e no

    Ponto B e e . Inserindo essas informaes na equao b, obtm-se

    um sistema que fornece o valor de e :

    ;

    Inserindo os valores de e na equao b, tem-se a equao da linha elstica:

    Sabe-se que a maior echa ocorre no centro da viga. Desta forma, substituindo x

    por na equao da linha elstica, tem-se a echa mxima da viga.

    Exemplo 3 (BEER; JOHNSTON; DEWOLF, 2010) Para a viga prismtica e o

    carregamento mostrado, determine a inclinao e a echa no ponto D.

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    92 Captulo 6

    3. Carregada.

    4. Deformada.

    Primeiramente, se calculam as reaes de apoio.

    Em seguida, dene-se a equao de momento. So necessrias duas equaes

    de momento, uma para parte AD outra para parte DB.

    Substituindo-se M na equao 6.3:

    (a)

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    93Teoria das Estruturas I

    Integrando-se novamente, obtm-se a equao da linha elstica:

    (

    Pelas condies de contorno, para o trecho AD, enquanto e para

    o trecho DB, enquanto . Inserindo isto na equao a, tem-se que:

    (c)

    Novamente pelas condies de contorno, quando e

    e , logo:

    (d)

    (e)

    A partir das equaes c, d, e, forma-se um sistema que fornecer as incgnitas

    , , :

    Substituindo esses valores na equao a e equao b, tem-se:

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

    94/139

    94 Captulo 6

    (f)

    (g)

    Fazendo em qualquer uma das equaes f, tem-se a inclinao no

    ponto D e fazendo a mesma coisa em qualquer uma das equaes g, tem-se a echa

    no mesmo ponto.

    MTODO DA SUPERPOSIO

    A deformao e a declividade de vigas submetidas a vrios carregamentos po-

    dem ser obtidas pela superposio do efeito de cada carregamento individualmente

    que, aps somados, do o resultado do carregamento como um todo.

    Fonte: Beer, Johnston e Dewolf (2010)

    Para facilitar, abaixo h uma tabela que fornece a echa mxima, a inclinao e

    a equao da linha elstica para vrias estruturas. Desta forma, a estrutura da gura

    anterior pode ser facilmente obtida pela tabela abaixo.

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

    95/139

    95Teoria das Estruturas I

    Fonte: Beer, Johnston e Dewolf (2010)

    FIQUE POR DENTROPor meio do mtodo apresentado nes-

    ta unidade, tambm se pode calcular

    inclinaes e deformaes em estruturas

    hiperestticas.

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

    96/139

    96 Captulo 6

    REFLITA

    Quais os fatores que inuenciam direta-mente na echa e na inclinao da estrutura?

    Em uma estrutura, deseja-se aumentar o seu

    carregamento mantendo a deformao verti-cal mxima (echa) constante. Isso poss-

    vel? Como?

    INDICAO DE LEITURA

    Livro: Resistncia dos Materiais

    O objetivo principal de um curso bsico de mec-

    nica desenvolver no estudante de engenharia a

    habilidade para analisar um dado problema de ma-

    neira simples e lgica e aplicar alguns princpios

    fundamentais e bem compreendidos na sua solu-

    o. Esse texto destinado ao primeiro curso em

    mecnica dos materiais ou mecnica dos slidos

    ou resistncia dos materiais oferecido aos estu-

    dantes de engenharia nos dois primeiros anos do curso de graduao. Os autores

    esperam que o livro auxilie os professores a atingir este objetivo neste curso em

    particular, da mesma maneira que seus outros livros-textos Mecnica Vetorial para

    Engenheiros ajudam na esttica e na dinmica.Autor: Mario Moro Fecchio

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

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    97Teoria das Estruturas I

    CONSIDERAES FINAIS

    Nesta unidade foi abordada a determinao de inclinaes e echas de vigas

    isostticas sob carregamentos transversais. Os deslocamentos transversais e incli-

    naes podem ser obtidos por integraes ou por meio de tabelas. Quando carrega-

    das com diferentes cargas, o mtodo da superposio vem auxiliar a sua resoluo.

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    ANOTAES

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    Captulo

    7

    Mtodo das

    forasCarina Mariane Stolz; Maria Fernanda Fvero

    Menna Barreto; Daniel Tregnago Pagnussat

    OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

    Determinar um conjunto de reaes e/ou esforos secionais

    superabundantes ao equilbrio esttico de estruturas hiperestticas,

    permitindo que as demais reaes e/ou esforos seccionais sejam

    calculados com as equaes da esttica (SORIANO; LIMA, 2006).

    ESQUEMA

    Mtodo das Foras

    Sistemtica

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    101Teoria das Estruturas I

    INTRODUO

    O Mtodo das Foras utilizado para auxiliar a resoluo de estruturas hipe-

    restticas, por meio da determinao dos esforos superabundantes ao equilbrio

    esttico das estruturas.

    Sendo assim, o primeiro passo para sua aplicao a identicao da estrutura

    hiperesttica, seguido de seu grau de indeterminao esttica.

    A estrutura est em equilbrio quando a resultante-fora e a resultante-momen-

    to (em relao a um eixo qualquer) das aes e das reaes de apoio so nulas.

    Isso matematicamente representado pelas equaes de equilbrio da esttica

    (SORIANO; LIMA, 2006).

    (7.1)

    Quando essas equaes so sucientes para determinar as reaes de apoio

    (vnculos externos) e os esforos seccionais (vnculos internos), tem-se uma es-

    trutura isosttica. Quando elas no so sucientes, pois os vnculos externos e/ou

    internos so superabundantes, tem-se uma estrutura hiperesttica. O nmero de

    reaes de apoio e esforos seccionais superabundantes para o equilbrio denomi-nado grau de indeterminao esttica (SSSEKIND, 1980; SORIANO; LIMA, 2006).

    A Figura a hiposttica, porque no tem vnculo que impea seu deslocamento

    horizontal. A Figura b isosttica, pois as reaes de apoio so sucientes para

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    102 Captulo 7

    impedir seus deslocamentos e as equaes de equilbrio tambm so sucientes

    para o clculo de suas reaes. A Figura c hiperesttica externamente, porque as

    equaes de equilbrio so capazes de fornecer apenas 3 das 4 reaes, logo essa

    diferena o grau de indeterminao esttica da estrutura. A Figura d isosttica

    externamente e hiperesttica internamente, pois as equaes de equilbrio fornecem

    as 3 reaes de apoio, mas no conseguem fornecer o momento, cortante e normal

    da barra interna da estrutura, logo ela hiperesttica de grau 3. A Figura e hipe-

    resttica interna e externamente, pois as equaes de equilbrio so capazes de

    fornecer 3 das 4 reaes de apoio, e no conseguem fornecer o momento, cortante

    e normal da barra interna da estrutura, logo ela hiperesttica de grau 4.

    a)Estrutura

    hiposttica

    b)Estrutura

    isosttica

    c)Estrutura

    hiperesttica

    externamente

    d)Estrutura

    isosttica ex-

    ternamente e

    hiperestt ica

    internamente

    e)Estrutura

    hiperestt ica

    externa e

    internamente

    MTODO DAS FORASSegundo Martha (2010), a metodologia utilizada no Mtodo das Foras para

    analisar uma estrutura hiperesttica : Somar uma srie de solues bsicas que

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    103Teoria das Estruturas I

    satisfazem as condies de equilbrio, mas no satisfazem as condies de compa-

    tibilidade da estrutura original, para na superposio restabelecer as condies de

    compatibilidade (p.38).

    Ou seja, a sistemtica do Mtodo das Foras consiste no seguinte:

    10 Identicar o grau de indeterminao esttica da estrutura.

    A estrutura abaixo possui 5 reaes de apoios dos quais apenas 3 podem ser for-

    necidas pelas equaes de equilbrio no plano. Logo, ela hiperesttica de grau 2.

    Fonte: Soriano e Lima (2006)

    20Escolher um sistema principal isosttico.

    O sistema principal (SP) pode ser obtido por meio da retirada das redundantes

    esttica ( da estrutura hiperesttica. Exemplos de sistema principal da gura anterior

    esto expostos a seguir:

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    104 Captulo 7

    Fonte: Soriano e Lima (2006)

    30Traar os diagramas do sistema real e sistemas virtuais.

    O sistema real ( ) consiste no sistema principal isosttico com o carrega-

    mento real da estrutura. Os sistemas virtuais ( ) consistem no sistema principal

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    105Teoria das Estruturas I

    carregado com um valor unitrio no local da redundante esttica ( )retirada da

    estrutura hiperesttica, conforme os estados abaixo.

    a) Real ();

    b) Virtual 1 ();

    c) Virtual 2 ().

    40Calcular os deslocamentos ( ).

    O clculo do deslocamento ser dado pela equao 7.2, por meio da combinao

    dos diagramas dos estados (real e virtuais) e com o auxlio da tabela fornecida no

    captulo 5.

    (7.2)

    50 Montagem e resoluo do sistema de equaes de compatibilidade de

    deslocamento.

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    106 Captulo 7

    Com os valores dos deslocamentos das combinaes possveis, inseri-los na

    equao de compatibilidade 7.3 para obteno da redundante esttica ( retirados

    inicialmente da estrutura hiperesttica.

    (7.3)

    60Calcular as reaes de apoio e traar os diagramas nais

    Com as redundantes estticas da estrutura hiperesttica calculadas, restam-se

    apenas os vnculos externos e internos da estrutura isosttica que podem ser facil-

    mente obtidos por meio das equaes de equilbrio 7.1.

    Exemplo 1 Obter os diagramas solicitantes e as reaes de apoio para a estru-

    tura abaixo.

    10Identicar o grau de indeterminao esttica da estrutura

    As equaes de equilbrio so capazes de fornecer 3 das 5 reaes de apoio.

    Logo, trata-se de uma estrutura hiperesttica de grau 2.20Escolher um sistema principal isosttico.

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    107Teoria das Estruturas I

    30Traar os diagramas do sistema real e sistemas virtuais.

    40Calcular os deslocamentos ( ).

    Conforme dito no item 1.3 do captulo 5, a contribuio da cortante e da normal

    pode ser desprezada. Desta forma, neste exemplo ser considerada apenas a par-

    cela do momento para o clculo das deformaes.

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    108 Captulo 7

    50 Montagem e resoluo do sistema de equaes de compatibilidade de

    deslocamento.

    60Calcular as reaes de apoio e traar os diagramas nais

    DM

    DV

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    109Teoria das Estruturas I

    Exemplo 2 Obter os diagramas solicitantes e as reaes de apoio para a estru-

    tura abaixo.

    10Identicar o grau de indeterminao esttica da estrutura

    As equaes de equilbrio so capazes de fornecer 3 das 4 reaes de apoio.

    Logo, trata-se de uma estrutura hiperesttica de grau 1.

    20Escolher um sistema principal isosttico.

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    110 Captulo 7

    30Traar os diagramas do sistema real e sistemas virtuais.

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    111Teoria das Estruturas I

    40Calcular os deslocamentos ( ).

    Conforme dito no item 1.3 do captulo 5, a contribuio da cortante e da normal

    pode ser desprezada. Desta forma, neste exemplo ser considerada apenas a par-

    cela do momento para o clculo das deformaes.

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    112 Captulo 7

    50 Montagem e resoluo do sistema de equaes de compatibilidade de

    deslocamento.

    (a)

    60Calcular as reaes de apoio e traar os diagramas nais

    DM DV

    FIQUE POR DENTRO

    O Mtodo das Foras no o nico m-

    todo para resoluo de estruturas hiperes-

    ttica, existem outros, como por exemplo,

    o Mtodo dos Deslocamentos. Entretanto o

    Mtodo das Foras essencial para o desen-

    volvimento do Mtodo dos Deslocamentos.

    REFLITA

    Qual a principal diferena entre os mto-

    dos de resoluo de estruturas hiperesttica?

    Quais desses mtodos so mais utilizados

    em programas computacionais?

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    113Teoria das Estruturas I

    INDICAO DE LEITURA

    Livro: Anlise de Estruturas Mtodo das Foras e

    Mtodo dos Deslocamentos.

    A motivao para a publicao desta Anlise de

    Estruturas, em que o primeiro volume, foi disponi-

    bilizar material didtico atualizado para as disciplinas

    tradicionalmente denominadas Hiperestticas e/ou

    Anlise de Estruturas dos cursos de Engenharia Civil.

    Na linha de conhecimento, essas disciplinas vem

    aps as disciplinas Mecnica (Tcnica), Isosttica e Resistncia dos Materiais.

    Autor: Humberto Lima Soriano e Slvio de Souza Lima.

    CONSIDERAES FINAIS

    Conforme visto, o Mtodo das Foras um mtodo que auxilia a resoluo de

    estruturas hiperestticas. Ele no o nico, entretanto, ele essencial para o desen-

    volvimento de outros mtodos, como o Mtodo dos Deslocamentos.

    No existe um clculo nico para o desenvolvimento deste mtodo. Ele varia de

    acordo com o sistema principal adotado. Sendo assim, importante saber a siste-

    mtica, o passo a passo, para no se perder ou se esquecer de qualquer detalhedurante sua resoluo.

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    ANOTAES

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    Captulo

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    Mtodo dos

    deslocamentosCarina Mariane Stolz; Maria Fernanda Fvero

    Menna Barreto; Daniel Tregnago Pagnussat

    OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

    Resolver estruturas hiperestticas pelo Mtodo dos Deslocamentos.

    ESQUEMA Mtodo dos Deslocamentos

    Sistemtica

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    117Teoria das Estruturas I

    INTRODUO

    O Mtodo dos Deslocamentos utilizado na resoluo de estruturas hiperestti-

    cas. Para sua resoluo, so adotados como incgnitas, deslocamentos em pontos

    estratgicos na estrutura, os quais so obtidos por meio da resoluo de um sistema

    de equaes (SORIANO; LIMA, 2006).

    Tais deslocamentos so denominados graus de liberdade e sua quantidade, grau de

    indeterminao cinemtica. Eles so usualmente escolhidos nas extremidades das bar-

    ras. Os deslocamentos dos pontos nodais no restringidos esto representados na Figura

    b. Para facilitar a resoluo, despreza-se a deformao do esforo normal (Figura c).

    a) Identicao dos ns e das barras.

    b) Deslocamentos considerando deformao axial.

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    118 Captulo 8

    c) Deslocamentos desconsiderando deformao axial.Fonte:Soriano e Lima (2006)

    Sendo assim, na estrutura da Figura c, tem-se apenas dois deslocamentos para

    determinar, o deslocamento horizontal da barra 2 ( ) e a rotao do ponto 1 ( ).

    MTODO DOS DESLOCAMENTOS

    O Mtodo dos Deslocamentos consiste na identicao dos deslocamentos da

    estrutura analisada e na restrio dos mesmos. Tais deslocamentos sero calcula-

    dos no desenvolver do mtodo.

    Desta forma, o Mtodo dos Deslocamentos consiste em:

    10 Escolha de um sistema principal no qual se restringe os deslocamentos

    (Figura d).

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    119Teoria das Estruturas I

    5. Sistema Principal.

    6. Estrutura para clculo dos esfor-

    os de engastamento perfeito.Fonte: Soriano e Lima (2006)

    Os deslocamentos restringidos so as incgnitas primrias a determinar (com

    sentidos positivos arbitrados). O smbolo , no ponto nodal 1, expressa restrio da

    rotao e o apoio do primeiro gnero restringe o deslocamento horizontal .

    20Clculo dos esforos de engastamento perfeito para obteno das foras no-

    dais combinadas (Figura e).

    Para isso, sero utilizadas as tabelas 2.1, 2.2 e 2.3 expostas a seguir:

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    120 Captulo 8

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    121Teoria das Estruturas I

    Fonte: Soriano e Lima (2006)

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    122 Captulo 8

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    123Teoria das Estruturas I

    Fonte: Soriano e Lima (2006)

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    124 Captulo 8

    30 Clculo dos coecientes de rigidez das barras.

    7. Estado virtual 1. 8. Estado virtual 2.

    Para isso, ser utilizada a tabela 2.4, anteriormente exposta, para obter os esta-

    dos virtuais.

    40 Montagem e resoluo do sistema de equaes de equilbrio para determina-

    o dos referidos deslocamentos.

    Este passo ser realizado por meio da seguinte equao:

    (8.1)

    o vetor das foras nodais combinadas, calculadas no estado real ( );

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    125Teoria das Estruturas I

    k coecientes de rigidez, calculados nos estados virtuais ( ;

    d deslocamentos restringidos;

    foras externas diretamente aplicadas segundo os deslocamentos.

    50Obteno dos esforos nais.

    Poder ser executado pela isosttica ou pela equao:

    (8.2)

    Exemplo 1 - Obter os diagramas solicitantes e as reaes de apoio para a estru-

    tura abaixo.

    10Escolha de um sistema principal no qual se restringe os deslocamentos.

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    126 Captulo 8

    20Clculo dos esforos de engastamento perfeito para obteno das foras no-

    dais combinadas.

    30Clculo dos coecientes de rigidez das barras.

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    127Teoria das Estruturas I

    40 Montagem e resoluo do sistema de equaes de equilbrio para determina-

    o dos referidos deslocamentos.

    50Obteno dos esforos nais.

    Sero calculados os momentos na esquerda e abaixo da .

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    128 Captulo 8

    Com esta informao, as reaes de apoio podem ser encontradas com as equa-

    es de equilbrio da isosttica.

    Exemplo 2 - Obter os diagramas solicitantes e as reaes de apoio para a estru-

    tura abaixo.

    10 Escolha de um sistema principal no qual se restringe os deslocamentos.

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    129Teoria das Estruturas I

    20Clculo dos esforos de engastamento perfeito para obteno das foras no-

    dais combinadas.

    30Clculo dos coecientes de rigidez das barras.

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    130 Captulo 8

    40Montagem e resoluo do sistema de equaes de equilbrio para determina-

    o dos referidos deslocamentos.

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    131Teoria das Estruturas I

    50Obteno dos esforos nais.

    Sero calculados os momentos na esquerda e direita do primeiro e do se-

    gundo .

    Primeiro

    Segundo

    Com esta informao, as reaes de apoio podem ser encontradas com as equa-

    es de equilbrio da isosttica. Em seguida, s traar os diagramas.

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    132 Captulo 8

    FIQUE POR DENTRO

    O Mtodo dos Deslocamentos, por ser

    vastamente utilizado em programaes

    automticas, o mtodo mais importante de

    anlise de estruturas.

    REFLITA

    O que torna o Mtodo dos Deslocamentos

    o mais utilizado em programao? Qual sua

    principal caracterstica que o destaca dos ou-

    tros mtodos?

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    133Teoria das Estruturas I

    INDICAO DE LEITURA

    Livro: Anlise de Estruturas Mtodo das Foras e

    Mtodo dos Deslocamentos

    A motivao para a publicao desta Anlise de Estruturas,

    em que o primeiro volume, foi disponibilizar material di-

    dtico atualizado para as disciplinas tradicionalmente

    denominadas Hiperestticas e/ou Anlise de Estruturas

    dos cursos de Engenharia Civil. Na linha de conhecimen-

    to, essas disciplinas veem aps as disciplinas Mecnica

    (Tcnica), Isosttica e Resistncia dos Materiais.

    Autor: Humberto Lima Soriano e Slvio de Souza Lima.

    CONSIDERAES FINAIS

    Conforme visto, o Mtodo dos Deslocamentos, assim como o Mtodo das

    Foras, um mtodo que auxilia a resoluo de estruturas hiperestticas.

    Embora no seja o nico, o mais importante por ser vastamente utilizado em

    programaes automticas.

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    ANOTAES

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    CONCLUSO

    Chegamos ao nal de mais uma disciplina.

    Ao longo deste perodo juntos, aprofundamos o nosso conhecimento relacionado

    a estruturas isostticas e iniciamos nossos estudos em estruturas hiperestticas.

    Lembre-se que voc deve sempre complementar seus estudos com livros, apos-

    tilas, vdeos e demais materiais disponveis na internet ou bibliotecas, mas nunca

    esquecendo de vericar a conabilidade das informaes acessadas.

    O aprendizado das disciplinas de estruturas torna-se sempre mais prazeroso

    quando tentamos correlacionar a teoria com situaes reais do nosso dia a dia.

    Tente analisar as estruturas de edicaes, pontes e tneis quando voc caminhar

    pela cidade. Com certeza esta prtica ir te surpreender.

    Bons estudos!

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    REFRENCIAS

    1. A HORA DA NET. Disponvel em: . Acesso em:

    jan. 2016.

    2. ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS (ABNT). NBR 6120:

    Cargas para o clculo de estruturas de edicaes. Rio de Janeiro: ABNT, 1980.

    3. ______. NBR 7188: Carga mvel rodoviria e de pedestres em pontes, viadu-

    tos, passarelas e outras estruturas. Rio de Janeiro: ABNT, 2013.

    4. BEER, Ferdinand P.; JOHNSTON, E. Russell; MAZUREK, David F.; EISENBERG,

    Elliot R. Mecnica vetorial para engenheiros. 9. ed. So Paulo: AMGH Editora

    Ltda., 2012.

    5. BEER, Ferdinand P.; JOHNSTON, E. Russell, Jr.; DEWOLF, John T. Resistncia

    dos Materiais. 4. ed. Porto Alegre: AMGH Editora Ltda., 2010.

    6. CADTEC. Anlise Estrutural I. Notas de Aula. Princpio dos Trabalhos Virtuais.

    Disponvel em: . Acesso em: jan. 2016.

    7. ______. ______. Linhas de Inuncia de Estruturas Isostticas. Disponvel

    em: . Acesso em: jan. 2016.

    8. CHAMEKI, Samuel. Curso de esttica das construes. Rio de Janeiro: Editora

    Cientca, 1956. 241p

    9. DESTAK NEWS. Ponte Rio-Niteri tem trnsito lento em toda extenso.

    Disponvel em:

  • 7/26/2019 TeoriadasEstruturasI

    137/139

    Teoria das Estruturas I

    REFRENCIAS

    10. ponte-rio-niteroi-tem-transito-lento-em.html>. Acesso em: jan. 2016.

    11. Exerccios de Linhas de Inuncia e Diagramas de Mximos e Mnimos.

    Disponvel em: . Acesso em: jan. 2016.

    12. FTOOL. Um Programa Grco-Interativo para Ensino de