APOSTILA Sistemas Estruturais

APOSTILA Sistemas Estruturais

(Parte 6 de 6)

Para um elemento estrutural estar em equilíbrio estático em seu plano, é condição necessária que ele não se desloque na vertical, não se desloque na horizontal e nem gire.

Uma estrutura que se encontra em condições mínimas necessárias de estabilidade é denominada isostática. Quando as condições de estabilidade estão acima das mínimas dizemos que a estrutura é hiperestática. Quando as condições de estabilidade estão abaixo das mínimas dizemos que a estrutura é hipoestática, tendem a cair.

Para identificar se uma estrutura é hipo, iso ou hiperestática deve-se analisar suas possibilidades de movimento quando submetida a quaisquer condições de carregamento. Deve-se verificar em que direções os nós (vínculos) permitem movimentos.

São vínculos as ligações:

§ entre uma laje e uma viga,

§ uma viga e um pilar, § uma viga e outra viga,

§ entre barras que formam uma malha estrutural.

Os vínculos podem ser:

§ articulado móvel; permite giro e deslocamento em uma direção § articulado fixo; permite giro e

§ engastado; impede giro e deslocamentos

Uma estrutura hiperestática é sempre menos solicitada do que uma estrutura isostática, resultando em estruturas com menor consumo de material. Além disso, as estruturas hiperestáticas, por estarem em condições de estabilidade acima das mínimas, são estruturas com um grau de segurança maior.

As estruturas de concreto armado moldadas “in-loco”, devido ao próprio processo construtivo, são em sua grande maioria hiperestáticas.

As estruturas metálicas, de madeira e os pré-moldados de concreto, devido ao processo mais industrializado, são normalmente estruturas isostáticas.

1.2. Equilíbrio estático interno

Para que ocorra o equilíbrio interno, também é necessário que as seções que compõem o elemento estrutural não se desloquem na vertical, na horizontal e nem girem.

A ruptura de um elemento estrutural dá-se pela perda de equilíbrio interno, ou seja, as tensões do material provocam algum deslocamento relativo entre as seções. Existe uma relação direta entre o que acontece dentro do elemento estrutural e as deformações externas visíveis.

1.2.1 Tração simples ou axial

Uma barra quando submetida a forças externas normais à sua seção, sofre um aumento no seu tamanho, na direção do seu eixo. A força de tração simples se distribui ao longo de toda a seção e o equilíbrio interno será obtido quando o material for suficientemente resistente para reagir às tensões de tração simples.

1.2.2. Compressão simples ou axial e flambagem

Uma barra quando submetida a forças externas normais à sua seção, sofre uma diminuição no seu tamanho. Neste caso pode ocorrer a perda da estabilidade da peça bem antes que seja atingida a tensão de ruptura à compressão do material. A este fenômeno de perda de estabilidade dá-se o nome de flambagem.

A flambagem é o fenômeno que distingue radicalmente o comportamento da barras submetidas à tração em relação ao de barras submetidas à compressão simples.

Depende de diversos fatores:

§ intensidade da força

§ material (módulo de elasticidade)

§ comprimento da barra

§ forma e dimensões da seção

A flambagem da barra depende do quadrado do seu comprimento, isto é, se se duplicar o comprimento de uma barra, a força necessária para provocar sua flambagem ficará reduzida a apenas ¼. A barra ficará 4 vezes mais instável.

A maior ou menor possibilidade de uma barra flambar está diretamente relacionada à maior ou menor facilidade de giro das suas seções e a maior ou menor possibilidade de uma seção girar depende da maneira como o material está distribuído em relação ao centro de gravidade da seção.

Quanto mais longe estiver o material do centro de giro da seção da barra, ou seja, do seu centro de gravidade, mais difícil será girar a seção e, conseqüentemente, mais difícil será a barra flambar.

A fórmula de Euler sintetiza as relações:

crP ×= p onde:

Pcr = carga crítica de flambagem

E = módulo de elasticidade do material J = momento de inércia da seção transversal da peça l = comprimento não travado da peça

O equilíbrio interno é obtido quando a barra é suficientemente rígida, a ponto de não girar sob o efeito de flambagem, ou quando o material é suficientemente resistente para reagir às tensões que tendem a aproximar as seções provocadas pelas forças de compressão simples.

1.2.3. Força cortante

A força cortante ocorre paralela às seções da barra e pode variar ao longo do seu comprimento. É sempre máxima junto aos apoios.

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