Teoria das Estruturas
Para a melhor compreensão sobre os Sistemas Estruturais, devemos conhecer alguns conceitos básicos sobre as Estruturas.
ESTRUTURAS
Estrutura é um sistema destinado a proporcionar o equilíbrio de um conjunto de ações, capaz de suportar as diversas ações que vierem a solicitá-la durante a sua vida útil sem que ela perca a sua função.
Para estudo das forças atuantes na estrutura, consideramos-as formadas pela composição de três peças:
- Barras: pequenas dimensões transversais em relação ao comprimento.
- Blocos: as três dimensões com pequenas diferenças.
- Chapas: superfícies grandes em relação a sua espessura.
Elas podem ser classificadas como:
- Estrutura Hipostática: possui vínculos insuficientes para garantir a sua total imobilidade.
- Estrutura Isostática: possui vínculos estritamente necessários para garantir a sua total imobilidade.
- Estrutura Hiperestática: possui vínculos superabundantes para garantir a sua total imobilidade.
AÇÕES
Ações é toda influência exercida sobre um corpo capaz de produzir um estado de tensão ou modificar o estado já existente.
Carregamento é o conjunto de ações que atuam simultaneamente para a determinação dos esforços solicitantes num sistema estrutural.
Os carregamentos podem ocorrer devido:
- As ações ativas: forças ou momentos aplicados na estrutura.
- As ações reativas: forças ou momentos devido as reações de apoio.
As ações são classificadas:
Estáticas: Ação estática na estrutura.
Dinâmicas: Ação variável na estrutura.
Diretas: Cargas permanentes, cargas variáveis e cargas acidentais
Indiretas: Deformações impostas; retração, fluência, protensão, deslocamento dos apoios.
Acidentais: Ação esporádica na estrutura, constituída em função do uso da estrutura.
Permanentes: Constituída pelo peso próprio e pelas sobrecargas dos elementos construtivos e instalações permanentes
Concentradas: Ação com extensão de aplicação pequena em relação ao tamanho da estrutura.
Distribuídas: Ação distribuída em parte da extensão da estrutura. Pode ocorrer de duas formas:
Uniforme
Não uniforme
REAÇÕES DE APOIO
As Reações de Apoio são responsáveis pelo vínculo da estrutura ao solo ou a outras partes da mesma, de modo a ficar assegurada sua imobilidade, a menos dos pequenos deslocamentos devidos às deformações.
Nos sistemas planos, existem três tipos de movimentos. A figura abaixo mostra os três movimentos em relação ao plano XY o de translação no eixo X, o de translação no eixo Y e o de rotação no eixo Z.
Os vínculos podem ser classificados em função do número de movimentos que impedem. Portanto temos apoios com três graus de liberdade:
- Vínculo Simples: Apoio Móvel, impede apenas um movimento, normalmente de translação.
Símbolo:
- Vínculo Duplo: Apoio Fixo, impede dois movimentos, normalmente permitindo apenas o de rotação.
Símbolo:
- Vínculo Triplo: Engastamento, impede os três movimentos, os dois de translação e o de rotação.
Símbolo:
SOLICITAÇÃO
Solicitação é todo esforço ou conjunto de esforços que devido às ações se exerçam sobre uma ou mais seções de um elemento da estrutura.
A solicitações provocam na estrutura dois tipos de tensões:
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- Tensão de Normal de Compresão
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Força Normal (N)
A Força Normal é representa a soma algébrica de todas forças contidas no plano YX, portanto, perpendicular à seção transversal, produzindo no plano YZ tensões normais. Consideramos a Força Normal, como tração(+) se esta é dirigida para fora do corpo ou compressão(-) se esta é dirigida para fora do corpo.
Tração :
Compressão :
Força Cortante (V)
A Força Cortante representa a soma algébrica de todas forças contidas no plano YZ, perpendicular ao eixo da peça. Produzindo esforço que tende a deslizar uma seção em relação a outra, provocando tensões de cisalhamento.
Momento Fletor (Mf)
O Momento Fletor representa a soma algébrica dos momentos relativas a seção YX, contidos no eixo da peça, gerados por cargas aplicadas transversalmente ao eixo longitudinal. Produzindo esforço que tende a curvar o eixo longitudinal, provocando tensões normais de tração e compressão na estrutura.
Momento Torsor (Mt)
O Momento Torsor representa a soma algébrica dos momentos gerados por cargas contidas ou que possuam componentes no plano YZ, perpendicular ao eixo X. Produzindo esforço que tende a fazer girar a seção em torno do eixo longitudinal, provocando tensões de cisalhamento.
EQUILÍBRIO
Uma estrutura está em equilíbrio estático quando as grandezas externas possuem o mesmo módulo das grandezas internas, onde a soma de todas deformações dos esforços internos gera o deslocamento das ações ativas e reativas na estrutura.
O equilibrio estático de um sistemas de forças coplanares deve preencher as condições das três equações da estática:
- A resultante das forças horizontais igual a zero ( S H=0 )
- A resultante das forças verticais igual a zero ( S V=0 )
- A resultante dos momentos das forças e dos momentos aplicados é igual a zero ( S M=0 )
As condições de equilíbrio são indispensáveis para o cálculo das reações de estruturas isostáticas e hiperestáticas.
DIAGRAMAS
Diagramas ou Linhas de Estado são o estudo gráfico dos esforços simples. Esses gráficos retratam os valores dos esforços simples ao longo da estrutura, permitindo a visualização das variações desses esforços de uma seção para outra.
Classificação:
- Diagrama de Força Normal: retrata os esforços nomais (tração e compressão) ao longo da estrutura.
- Diagrama de Força Cortante: retrata os esforços cortantes (cisalhamento) ao longo da estrutura.
- Diagrama de Momento: retrata os esforços de flexão ao longo da estrutura.
- Linha de Influência: retrata os esforços de uma seção da estrutura, em relação a variação de uma força na estrutura.
