ESTRUTURAS NOÇÕES BÁSICAS

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1 ESTRUTURAS NOÇÕES BÁSICAS Profa. Ana Maria Gontijo Figueiredo 1) TERMINOLOGIA Estrutura: Parte resistente de uma construção ou de uma máquina, objeto ou peça isolada, cuja função básica é o transporte de esforços. Ligações externas: Restrições (sujeições) impostas pelo meio exterior à liberdade de deslocamento de pontos da estrutura. Apoio: Sistema que realiza uma ligação externa. Vínculo: Restrição a um determinado movimento imposta por um apoio. Um apoio pode impor vários vínculos à estrutura. Obs.: Os apoios são classificados de acordo com a quantidade e o tipo de vínculos que impõem. Aparelhos de apoio: materialização de apoios. Ligações internas: Sujeições recíprocas entre as diversas partes de uma estrutura, que condicionam a liberdade de deslocamento relativo entre seus pontos (ex.: barra com barra). Esforços: Tratamento genérico para forças, momentos e tensões. a) Esforços externos: Provenientes do meio exterior a.1) Ativos: Independem de outros a.2) Reativos: Só existem quando a estrutura está sob carregamento ativo. b) Esforços internos: Existem quando a estrutura está sob carregamento; são solicitações em seus vários pontos no transporte de esforços externos. Carregamento: Conjunto de todos os esforços externos ativos aplicados à estrutura. Obs.: O conjunto de apoios de uma estrutura deve ser tal que possa, em qualquer caso, aplicar esforços externos reativos capazes de estabelecer o equilíbrio (impedir todos os movimentos de corpo rígido possíveis de ocorrer). 1

2 Normas: Regulamentação das condições gerais que devem ser obedecidas no projeto e execução de estruturas. Ex.: ABNT NBR 6120 (carregamento em edificações). Classificação dos carregamentos: a) Cargas Fixas: Não se deslocam relativamente à estrutura. a.1) Permanentes: Peso próprio, revestimento, peso de alvenaria, etc. a.2) Acidentais: Vento, empuxo, sobrecarga de utilização, etc.. b) Cargas móveis: Deslocam-se relativamente à estrutura (trem-tipo, etc.). c) Cargas por efeito de inércia: Ações dinâmicas (frenagem, aceleração, impacto, terremotos, etc.) d) Cargas de sujeição: Temperatura, recalque de apoio, retração, deformação lenta, etc. 2) CLASSIFICAÇÃO DAS ESTRUTURAS As estruturas podem ser classificadas de várias maneiras, sendo usual a seguinte classificação: a) Estruturas de Blocos As três dimensões são da mesma ordem de grandeza. Ex.: blocos de fundação. b) Estruturas de Superfície Duas dimensões são muito maiores que a terceira. Ex.: lajes. 2

3 c) Estruturas Reticuladas: É composta por barras. Barra: Elemento estrutural onde uma das dimensões é muito maior que as outras duas. Ex.: vigas e pilares. Os três tipos de estruturas acima comportam-se de maneira diferente e são, simplificadamente, analisados por métodos distintos. 3) ESTRUTURAS RETICULADAS (ou lineares) Barra: Corpo que se pode considerar como sendo gerado por uma figura de forma e dimensão real não necessariamente constante, cujo centro de gravidade desloca-se ao longo de uma linha, à qual a figura se mantém perpendicular e cuja trajetória tem desenvolvimento largamente superior às dimensões da figura. Eixo da Barra: Trajetória do centro de gravidade da figura geradora. Seções transversais da barra: Seções planas que interceptam o eixo ortogonalmente. Barra reta eixo reto Barra curva - eixo curvo Barra poligonal eixo poligonal Barra prismática reta de seção transversal prismática. Estrutura Reticulada (linear): Formada por barras Modelo para análise linhas de eixo, sem dimensões na seção transversal. 3

4 Classificação: - Estruturas reticuladas planas: o com carregamento no seu plano. (*) o com carregamento perpendicular ao seu plano. (**) - Estruturas reticuladas espaciais. (***) (*) com carregamento no seu plano. (**) com carregamento perpendicular ao seu plano. (***) Estruturas reticuladas espaciais. As estruturas reais são sempre espaciais (tridimensionais), mas para efeito de cálculo podem muitas vezes ser subdivididas em um conjunto de estruturas planas simplificações que devem ser empregadas com critério, pois quanto maior a simplificação mais o modelo se afasta da realidade. 4

5 MODELOS BÁSICOS (segundo o comportamento principal) Problema vencer um vão (ex.: construir uma ponte para vencer o vão de um rio) a) Estruturas que usam eficientemente a forma a-1) Planas Cabo Solicitação: tração Arco Solicitação principal: compressão a-2) Espaciais cascas Casca cilíndrica Parabolóide hiperbólico 5

6 Exemplo de uso eficiente da forma apesar de terem mesmos vão e dimensões, uma delas é capaz de vencer o vão sem grandes deformações, a outra não. Placa dobrada b) - Vigas e Pórticos (planos e espaciais) Principal solicitação: flexão compressão e tração na mesma seção transversal. - Treliças Uso mais eficiente do material estruturas mais leves. o o comportamento global flexão; em cada barra tração ou compressão. 6

7 Qualquer que seja a estrutura e qualquer que seja o modelo usado para representá-la: 1ª Abordagem: Todos os movimentos possíveis de corpo rígido (deslocamentos sem deformação) devem estar impedidos pela ação dos apoios, através dos vínculos que impõem à estrutura. Equilíbrio estático de corpo rígido Deve ser garantido pelas reações de apoio M o Mecânica para Engenheiros Em componentes cartesianas: x M x y M y z M z Condições de equilíbrio: i garante que não haverá deslocamentos lineares; M i garante que não haverá rotações. Para o equilíbrio: No espaço: Possibilidades de movimento de corpo rígido: - três deslocamentos linearmente independentes nas direções x, y e z; - três rotações linearmente independentes em torno de x, y e z. Portanto, seis condições de equilíbrio devem ser verificadas serão necessários pelo menos seis vínculos externos para garantir o equilíbrio de corpo rígido. x M x y z M y M z 7

8 Caso particular: Estruturas planas com cargas perpendiculares ao seu plano. Mecânica para Engenheiros (Notas de Aula) Estruturas: Noções Básicas Possibilidades de movimento de corpo rígido: - um deslocamento linear, na direção y; - duas rotações, uma em torno de x e outra de z. Portanto, três condições de equilíbrio devem ser verificadas serão necessários pelo menos três vínculos externos para garantir equilíbrio de corpo rígido. y M x M z No plano: Estruturas planas com cargas no seu plano. Possibilidades de movimento de corpo rígido: - dois deslocamentos lineares, nas direções x e y; - uma rotação, em torno de z. Portanto, três condições de equilíbrio devem ser verificadas serão necessários pelo menos três vínculos externos para garantir equilíbrio de corpo rígido. x y M z 2ª Abordagem: Determinação de esforços internos e deformações produzidas pelo carregamento externo. Análise Estrutural 3ª Abordagem: Dimensionamento das peças para suportarem os esforços internos. Resistência dos Materiais Concreto Armado Aço Madeira 8

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