Isostatica, Notas de estudo de Engenharia Civil

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MORFOLOGIA DAS ESTRUTURAS

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1. CONCEITO DE ESTRUTURA

Estrutura È a parte ou o conjunto das partes de uma construÁ„o que se destina a resistir a cargas. Cada parte portante da construÁ„o , tambÈm denominada ìpeÁa estruturalî, deve resistir aos esforÁos incidentes e transmiti-los a outras peÁas, atravÈs dos vÌnculos que as unem, com a finalidade de conduzi-los ao solo ou a outro meio externo.

2. CLASSIFICA«√O DAS PE«AS ESTRUTURAIS DE ACORDO COM AS SUAS

DIMENS’ES

Conforme as suas dimensıes, as peÁas estruturais podem ser classificadas em BLOCOS, FOLHAS e BARRAS.

2.3. BARRAS

As barras possuem uma das dimensıes com valor muito superior as das outras duas. Destacam-se as vigas e os pilares. Essa categoria pode, ainda ser subdividida em barras sÛlidas e barras com paredes delgadas, sendo as barras de concreto, geralmente pertencente a primeira divis„o e as barras met·licas ‡ segunda.

3. CLASSIFICA«√O DAS PE«AS DE ACORDO COM O CARREGAMENTO

As peÁas estruturais s„o tambÈm classificadas quanto ao modo de aplicaÁ„o do carregamento. Citam-se, entre outras : placas ou lajes, chapas ou paredes estruturais, vigas e pilares.

3.1. PLACAS OU LAJES

S„o folhas que sofrem carregamento perpendicular ‡ face formada pelas duas maiores dimensıes.

3.2. CHAPAS OU PAREDES ESTRUTURAIS

S„o folhas que sofrem carregamento paralelo ‡ face formada pelas duas maiores dimensıes.

4. CLASSIFICA«√O DOS VÕNCULOS

Os vÌnculos s„o classificados em funÁ„o dos movimentos que impedem. Os vÌnculos mais utilizados s„o os seguintes:

4.1. ARTICULA«√O M”VEL Impedem o movimento perpendicular ‡ reta de vinculaÁ„o, permitindo o movimento paralelo ‡ mesma reta e a rotaÁ„o da peÁa em torno do ponto vinculado.

4.2. ARTICULA«√O FIXA

Impede o movimento perpendicular e paralelo ‡ reta de vinculaÁ„o e permite a rotaÁ„o da peÁa em torno do ponto vinculado.

4.3. ENGASTAMENTO

Impede os movimentos perpendiculares e paralelo ‡ reta de vinculaÁ„o e tambÈm a rotaÁ„o da peÁa em torno do ponto vinculado.

6. DEFINI«’ES

Toda a estrutura formada por barras vinculadas entre si È denominada pÛrtico espacial. … possÌvel, na pr·tica, isolar subconjuntos do pÛrtico espacial e analis·-los como se fossem estruturas independentes ligadas umas ‡s outras por vÌnculos. As reaÁıes de apoio de um subconjunto s„o o carregamento do outro, que serve de apoio ao primeiro.

6.1. P”RTICO PLANO

… a estrutura formada por barras coplanares sujeitas a carregamentos pertencentes a este mesmo plano.

6.4. GRELHA

… a estrutura formada por barras coplanares, rigidamente interligadas, submetida a carregamentos pertencentes a planos ortogonais ao da estrutura.

7. EQUILÕBRIO

As peÁas estruturais , bem como todo o conjunto da construÁ„o, devem estar em equilÌbrio, isto È, a resultante de todas as forÁas agentes em um corpo deve ser nula e o momento provocado por essas forÁas, em qualquer ponto do corpo, tambÈm deve ser nulo.

As equaÁıes resultantes da imposiÁ„o do equilÌbrio denominam-se equaÁıes universais da est·tica. No caso de estruturas planas, s„o trÍs equaÁıes e, no de estruturas espaciais, as equaÁıes s„o em n˙mero de seis. Segundo a terceira lei de Newton, a aÁ„o de um corpo sobre outro, provoca no primeiro, uma reaÁ„o de igual intensidade e na mesma direÁ„o, porÈm, de sentido contr·rio, denominada no caso das estruturas, de reaÁ„o vincular, reaÁ„o de apoio ou simplesmente reaÁ„o.

c·lculo exige, alÈm das equaÁıes universais da est·tica, outras equaÁıes envolvendo as dimensıes da seÁ„o das peÁas e, as vezes, o tipo de material. S„o estruturas que exigem mÈtodos mais aprimorados de c·lculo, atualmente desenvolvidos mediante o emprego de computadores utilizando ìsoftwaresî especÌficos. Geralmente, s„o concebidas estruturas mais leves, porÈm com ligaÁıes menos econÙmicas.

As situaÁıes de equilÌbrio podem ser classificadas de trÍs formas: equilÌbrio est·vel (FIG.4), equilÌbrio inst·vel (FIG.5) e equilÌbrio indiferente (FIG.6).

Reconhecendo-se o tipo de equilÌbrio a que est· submetido um corpo aplicando-lhe uma forÁa de pequena intensidade, retirando-a posteriormente e observando a nova posiÁ„o de equilÌbrio do corpo. Se a nova posiÁ„o de equilÌbrio do corpo È a mesma da inicial, diz-se que o corpo est· em situaÁ„o de equilÌbrio est·vel (FIG. 7). Se a nova posiÁ„o do corpo È muito distante da inicial, diz-se que o corpo est· em situaÁ„o de equilÌbrio inst·vel (FIG.8).

Se a dist‚ncia entre a nova posiÁ„o de equilÌbrio do corpo È proporcional ‡ intensidade da forÁa aplicada, diz-se que o corpo est· em situaÁ„o de equilÌbrio indiferente (FIG.9).

A situaÁ„o de equilÌbrio est·vel È a que se deve buscar para as estruturas, caracterizando as estruturas isost·ticas e hiperest·ticas.

Entre os corpos em equilÌbrio inst·vel , distinguem-se as estruturas hipost·ticas em equilÌbrio, para determinados tipos de carregamentos teÛricos. Nos exemplos apresentados, foram indicadas estruturas formadas por uma barra, mas, no caso de estruturas simples com maior n˙mero de barras, pode-se tambÈm reconhecer as estruturas isost·ticas, hiperest·ticas e hipost·ticas, comparando o n˙mero de equaÁıes e o de incÛgnitas ou analisando a situaÁ„o de equilÌbrio. Este ˙ltimo procedimento pode ser feito pesquisando um carregamento que desestabilize a estrutura. Caso ele exista, a estrutura ser· hipost·tica (FIG.10). N„o se deve confundir estruturas hipost·ticas com estruturas desloc·veis em equilÌbrio est·vel (FIG.11).

12.1. Principais Tipos de Vigas Quanto a concepÁ„o estrutural, as vigas podem ser:  de alma cheia;  alveolares;  treliÁadas;  Vierendeel  mistas.

12.1.1. VIGAS DE ALMA CHEIA

S„o formadas por duas mesas, interligadas por uma alma, e se caracterizam pelo acentuado afastamento entre as mesas. Os perfis tipo ìIî soldados, da sÈrie CVS e VS, ìIî laminados e os perfis ìUî estruturais formados a frio s„o os mais utilizados para vigas. Pela prÛpria forma da seÁ„o, s„o bastante adequados para resistir, por intermÈdio das mesas, os esforÁos de compress„o e de traÁ„o. As mesas dos perfis ìIî s„o sempre mais espessas do que as almas. Os valores de referÍncia, para efeito de prÈ-dimensionamento para as alturas das vigas de alma cheia (seÁ„o ìIî) simplesmente apoiadas, s„o: Vigas principais- 1/14 a 1/20 do v„o (para v„os de 8,00m a 30,00m); Vigas secund·rias- 1/20 a 1/25 do v„o (para v„os de 4,50m a 18,00m).

12.1.2. VIGAS ALVEOLARES

S„o obtidas a partir dos perfis tipo ìIî, normalmente por recorte longitudinal das almas,com posterior deslocamento e soldagem, ou mesmo por meio da execuÁ„o de aberturas nas almas desses perfis. Na peÁa obtida por recorte da alma, a nova geometria da seÁ„o transversal apresentar· uma altura significativamente maior do que a do perfil original, com a mesma massa inicial, portanto com uma consider·vel economia de peso.