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Estruturas Isostáticas Treliças Isostáticas Prof. Msc. Gabriel Trindade Caviglione • Unidade de Ensino: 02 • Competência da Unidade: Aplicar os conceitos fundamentais para determinar e analisar os esforços, atuantes e reativos, em treliças isostáticas. Avaliar a estabilidade e as estaticidades de treliças. Calcular os esforços axiais nas barras de treliças isostáticas. • Resumo: Possibilitar ao aluno o entendimento de conceitos básicos de treliças isostáticas, tipos de vínculos e restrições, tipos de carregamentos, análise da estabilidade e das estaticidades e cálculo dos esforços de reação nos apoios e das forças axiais nas barras • Palavras-chave: Estruturas Isostáticas, Treliças Isostáticas, Estabilidade de Treliças, Estaticidade de Treliças, Método de Ritter, Treliças Complexas, Treliças Espaciais. • Título da Teleaula: Estruturas Isostáticas – Treliças Isostáticas • Teleaula nº: 02 Contextualização da teleaula • O que são treliças? • Onde podemos encontrá-las? • Podem ser de madeira, metálica ou concreto Fonte: https://goo.gl/bcQCRi, https://goo.gl/6BzXht, https://goo.gl/xEpPs5 Contextualização da teleaula • O que são treliças? • Onde podemos encontrá-las? Fonte:https://goo.gl/4RP3e8 https://bit.ly/30w11mW https://goo.gl/znhf6Z Treliças Tipos de Treliças Estaticidade Externa/Interna/Global • “Estruturas reticuladas constituídas por barras que, por sua vez, são unidas por rótulas.” • Estruturas leves e altamente resistentes. • Nó – ponto de encontro das barras. • Carregamentos externos atuam nos nós; • Barras - responsáveis por suportar os efeitos internos da estrutura (tração e compressão); Treliças Fonte: SANTOS (2018) • Classificação: simples, compostas e espaciais • Elementos: banzos, diagonais e montantes • Arranjos notáveis, tipos de treliça Fonte: SANTOS (2018) Fonte: SANTOS (2018) Fonte: https://goo.gl/931bg4 https://goo.gl/bcQCRi, e SANTOS (2018) • Treliças são usadas em coberturas de telhados, “tesouras” Estabilidade de treliças • O que garante a estabilidade de uma treliça? (treliça não cair) • Forças devem-se encaminhar para os apoios -> formato triangular • Regra geral: Fonte: SANTOS (2018) 𝑏 = 2𝑛 − 3 𝑏 < 2𝑛 − 3➔ INSTÁVEL 𝑏 ≥ 2𝑛 − 3➔ ESTÁVEL Estaticidade de treliças • Nº incógnitas vs Nº equações • Isostática, Hiperestática, Hipostática • Falta ou excesso de barras • “Possibilidade de se determinar os esforços:” • Internamente e Externamente Fonte: SANTOS (2018) Estaticidade global • Avaliação do numero de incógnitas disponíveis comparas as necessárias • Equação da Estaticidade Global • 𝐸𝑔 < 0 ➔ treliça é HIPOSTÁTICA • 𝐸𝑔 = 0 ➔ treliça é ISOSTÁTICA • 𝐸𝑔 > 0 ➔ treliça é HIPERESTÁTICA 𝑬𝒈 = 𝒓 + 𝒃 − 𝟐𝒏 Estaticidade interna • Avaliação do numero de barras disponíveis comparas as necessárias • Equação da Estaticidade Interna • 𝐸𝑖 < 0 ➔ internamente HIPOSTÁTICA • 𝐸𝑖 = 0 ➔ internamente ISOSTÁTICA • 𝐸𝑖 > 0 ➔ internamente HIPERESTÁTICA 𝑬𝒊 = 𝒃 − (𝟐𝒏 − 𝟑) Estaticidade externa • Avaliação do numero de reações disponíveis comparas as necessárias • Equação da Estaticidade Externa • 𝐸𝑒 < 0 ➔ externamente HIPOSTÁTICA • 𝐸𝑒 = 0 ➔ externamente ISOSTÁTICA • 𝐸𝑒 > 0 ➔ externamente HIPERESTÁTICA 𝑬𝒆 = 𝒓 − 3 Situação Problema 01 SP-1: Estágio em uma empresa de projeto estrutural • Verificar a estabilidade e as estaticidades da treliça abaixo: Fonte: SANTOS (2018) Resolvendo a Situação Problema 01 1º PASSO – Estabilidade da treliça 𝑏 = 2𝑛 − 3 𝑏 = 𝟐𝟓 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 𝑛 = 14 𝑛ó𝑠 2𝑛 − 3 = 2 × 14 − 3 = 𝟐𝟓 𝑏 ≥ 2𝑛 − 3➔ treliça é ESTÁVEL Fonte: SANTOS (2018) Resolvendo a Situação Problema 01 2º PASSO – Estaticidade global 𝐸𝑔 = 𝑟 + 𝑏 − 2𝑛 𝑟 = 𝟑 𝑟𝑒𝑎çõ𝑒𝑠 𝐸𝑔 = 3 + 25 − 2 × 14 𝐸𝑔 = 28 − 28 = 0 𝐸𝑔 = 0 ➔ treliça é ISOSTÁTICA Fonte: SANTOS (2018) Resolvendo a Situação Problema 01 3º PASSO – Estaticidade interna da treliça 𝐸𝑖 = 𝑏 − (2𝑛 − 3) 𝐸𝑖 = 25 − 2 × 14 − 3 𝐸𝑖 = 25 − (28 − 3) 𝐸𝑖 = 25 − 25 = 0 𝐸𝑖 = 0 ➔ internamente ISOSTÁTICA Fonte: SANTOS (2018) Resolvendo a Situação Problema 01 4º PASSO – Estaticidade externa da treliça 𝐸𝑒 = 𝑟 − 3 𝑟 = 3 𝑟𝑒𝑎çõ𝑒𝑠 𝐸𝑒 = 3 − 3 = 0 𝐸𝑒 = 0 ➔ externamente ISOSTÁTICA Fonte: SANTOS (2018) Método de Ritter (método das seções) Método de equilíbrio dos nós Método de Ritter • O que garante a estabilidade de uma seção qualquer de uma treliça?? • Esforços a esquerda = esforços a direita • Cálculo de esforços internos (forças axiais) de barras de interesse; • Secção da treliça em duas partes – corte passa pela barra de interesse e, no máximo, mais duas (não concorrentes e não paralelas). Fonte: SANTOS 2018 Método de Ritter (seção) Fonte: do Autor • “Cortar” a treliça • Adicionar as forças de equilíbrio • Decomposição vetorial • Calcular as forças∑Fh=0;∑Fv=0 e ∑M=0 Método de Ritter – Roteiro de cálculo 1 - Determinar as reações; 2 – “cortar” a treliça, passando pela barra de interesse, lembrando das regras; 3 - Força normal nas barras, decomposição de vetores força; 4 - Determinar os valores dos vetores por Equações de Equilíbrio; 5 - Verificar os sentidos dos vetores com relação aos nós para definir tração ou compressão. CALCULE AS REAÇÕES DE APOIO DA TRELIÇA ABAIXO. Exercício Exemplo – Reações de Apoio ∑ML=0->-18*(16)-18*(12)-18*(8)-18*(4)+18*4+VG*(20)=0 VG= 648/20= 32,4 kN Exercício Exemplo – Reações de Apoio 32,4 kN 75,6 kN ∑FV=0-> -18*6+32,4+VL=0 VL=75,6 kN 32,4 kN 75,6 kN N9 N12 N11 Exercício Exemplo – Método de Ritter CALCULE OS ESFORÇOS NORMAIS N9, N11 E N12 DA TRELIÇA, APARTIR DAS REAÇÕES DE APOIO. 32,4 kN N9 N12 N11 ∑Fv=0 -18-18+32,4+N11=0 N11=3,6kN ∑MJ=0 +18.8+18.4-32,4.12-N9.2,5=0 216-388,8=2,5.N9 N9=-172,8/2,5=-69,11kN ∑Fh=0 +N9+N12=0 -69,11+N12=0-> N12=69,11kN Método de equilíbrio dos nós • Método de Ritter aplicado a um único nó • Análise é realizada a partir do diagrama de corpo livre de cada nó da treliça; • Válidas as equações de equilíbrio em cada nó: Ʃ𝐹𝑉 = 0 Ʃ𝐹𝐻 = 0 Fonte: adaptado de SANTOS 2018 Método de equilíbrio dos nós • Decomposição Vetorial das forças e Equilíbrio do nó • Ʃ𝐹𝑉 = 0 = 𝑁1 − 𝑁2. 𝑠𝑒𝑛𝛼 − 𝑁3. 𝑠𝑒𝑛𝛼 • Ʃ𝐹𝐻 = 0 = −𝑁5 + 𝑁4 + 𝑁3. 𝑐𝑜𝑠𝛼 − 𝑁2𝑐𝑜𝑠𝛼 • Aplica-se em todos os nós de treliça Fonte: adaptado de SANTOS 2018 𝑁1 𝑁2 𝑁3 𝑁4𝑁5 Método de equilíbrio dos nós – Roteiro de cálculo 1 – Escolher o nó a se analisar 2 – “cortar” ao redor do nó 3 - Força normal nas barras, decomposição de vetores força; 4 - Determinar os valores dos vetores; 5 - Comparar os sentidos dos vetores com relação aos nós para definir tração ou compressão. (se adotar p/fora -> + tração e – compressão) Exercício Exemplo – Equilíbrio dos Pontos 32,4 kN 75,6 kN CALCULE OS ESFORÇOS NORMAIS APARTIR DO EQUILÍBRIO DOS PONTOS Exercício Exemplo – Equilíbrio dos Pontos N2 N1 VG x y 𝛼 EQUILÍBRIO NÓ G ∑Fy=0 +N2.sen α +Vg=0 N2.(0,530) +32,4=0 ->N2=-61,13kN (compressão) α = 32° sen α =0,530 cos α =0,848 ∑Fx=0 N2.cos α+N1=0 N1.0,848+N1=0 -> N1= -(-61,13)*0,848=+51,84kN Exercício Exemplo – Equilíbrio dos Pontos EQUILÍBRIO NÓ A ∑Fy=0 -N2.sen α –N3-18=0 -(-61,13).0,530 –N3-18=0 ->N3=14,40kN α = 32° sen α =0,530 cos α =0,848 N2=-61,13kN N4 N3 x y 𝛼 ∑Fx=0 -N2.cos α+N4=0 -N2.0,848+N4=0->N4= -61,13*0,848=-51,84kN Exercício Exemplo – Esforços Normais Estágio em uma empresa: Esforços internos de uma treliça Situação Problema 02 • SP-2: Determinar o valor do esforço ao qual a barra E-F da treliça abaixo está sujeita Fonte: SANTOS (2018) 1º PASSO – Calcular as reações nos apoios Ʃ𝑀𝐴 = 0 𝑀𝐴 = 𝑅𝐵 ∙ 12 − 4 × 2 ∙ 4 × 4 ∙ 4 × 6 ∙ (4 × 8) ∙ (4 × 10) ∙ (4 × 12) = 0 𝑅𝐵 ∙ 12 = 8 + 16 + 24 + 32 + 40 + 48 . : 𝑅𝐵 = 168 12 = 𝟏𝟒 𝒌𝑵 Ʃ𝐹𝑉 = 0 𝐹𝑉 = 𝑅𝐴 + 14 − 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 = 0 𝑅𝐴 + 14 − 28 = 0 .: 𝑅𝐴 = 𝟏𝟒 𝒌𝑵 Resolvendo a Situação Problema 02 Fonte:SANTOS (2018) 2º E 3º PASSOS – Seccionar a treliça e transformar as barras em vetores Resolvendo a Situação Problema 02 Fonte: SANTOS (2018) 4º PASSO – Determinar os valores dos vetores Ʃ𝑀𝐾 = 0 Ʃ𝑀𝐾 = 14 ∙ 4 − 𝐸𝐹𝑋 ∙ 2 − 4 ∙ 2 − 4 ∙ 4 = 0 𝐸𝐹𝑋 ∙ 2 = 56 − 8 − 16 .: 𝐸𝐹𝑋 = 32 2 = 𝟏𝟔 𝒌𝑵 tan 𝛼 = 1,0 2,0 ; 𝛼 = tan−1 0,5 = 26,56° 𝐸𝐹𝑋 = 𝐸𝐹 ∙ cos 𝛼; 16 = 𝐸𝐹 ∙ cos 26,56 𝐸𝐹 = 16 0,894 = 𝟏𝟕, 𝟖𝟗 𝒌𝑵 Resolvendo a Situação Problema 02 Fonte: SANTOS (2018) Treliças complexas Treliças espaciais Treliças complexas • São estaticamente determinadas – atendem à condição b = 2n – r; • Não é possível aplicar Método de Ritter ou dos Nós; • Método de Henneberg - Método Geral de Resolução de Treliças Complexas. Fonte: SANTOS (2018) Treliças complexas – Método de Henneberg • Substituição de treliça complexa por treliça simples e superposição de esforços; • Mudança de posição de 1 ou 2 barras da treliça complexa, sem alterar a estaticidade inicial. • Barras deslocadas possuem ação nula sobre o nó de sua nova posição. • Inserção das forças X1 e X2 no lugar das barras deslocadas. Treliças complexas – Método de Henneberg 1 - Simplificação da treliça; 2 – Barras de ação nulo; 3 – Esforços X1 e X2 Fonte: SANTOS (2018) https://kroton-my.sharepoint.com/:f:/g/personal/gabriel_caviglione_anhanguera_com/EnRyXxkhI_FBkf1Y5TQFve8Ba0phF9LRGUyiN3O16iiUiw?e=B0cRzA Treliças Espaciais • Formadas pela união dos nós, que formam reticulados tridimensionais; Fonte: https://goo.gl/4RP3e8 e SANTOS (2018) Treliças Espaciais • Por serem elementos tridimensionais, é necessário considerar situação tridimensional para cálculo de reações de apoio. Fonte: SANTOS (2018) Treliças Espaciais - Estaticidade Como avaliar a estaticidade de treliças espaciais? Quais as diferenças e semelhanças com relação as treliças planas? • 𝑏 + 𝑟 < 3𝑛 ➔ estaticamente instável (HIPOSTÁTICA) • 𝑏 + 𝑟 = 3𝑛 ➔ estaticamente determinada (ISOSTÁTICA) • 𝑏 + 𝑟 > 3𝑛 ➔ estaticamente indeterminada (HIPERESTÁTICA) Fonte: https://bit.ly/2JwjgSo Situação Problema 03 • SP-3: Verificar a estaticidade de uma torre para caixa d’água Fonte: SANTOS (2018) Estaticidade de treliça tridimensional 𝑏 + 𝑟 = 3𝑛➔ treliça é ISOSTÁTICA Resolvendo a Situação Problema 03 Fonte: SANTOS (2018) 3𝑛 = 3 ∙ 9 = 𝟐𝟕 𝑏 + 𝑟 = 21 + 6 = 𝟐𝟕 Recapitulando [...] Recapitulando ... • Estabilidade de Treliças • Estaticidade: global; interna e externa 𝑬𝒈 = 𝒓 + 𝒃 − 𝟐𝒏 (Global) 𝑬𝒊 = 𝒃 − (𝟐𝒏 − 𝟑) (Interna) 𝑬𝒆 = 𝒓 −3 (externa) Recapitulando ... • Método de Ritter • Método de equilíbrio dos nós • 1 – Escolher o ou seção a se analisar • 2 – “cortar” a estrutura, transformando as barras em vetores • 3 - Força normal nas barras, • 4 - Determinar os valores dos vetores; • 5 – Verificar o sentido dos vetores e classificar em compressão ou tração Recapitulando ... • Treliças Complexas • Treliças Espaciais • Método de Método de Henneberg Slide 1 Slide 2 Slide 3: Contextualização da teleaula Slide 4: Contextualização da teleaula Slide 5 Slide 6: Treliças Slide 7 Slide 8 Slide 9 Slide 10: Estabilidade de treliças Slide 11: Estaticidade de treliças Slide 12: Estaticidade global Slide 13: Estaticidade interna Slide 14: Estaticidade externa Slide 15: Situação Problema 01 Slide 16: Resolvendo a Situação Problema 01 Slide 17: Resolvendo a Situação Problema 01 Slide 18: Resolvendo a Situação Problema 01 Slide 19: Resolvendo a Situação Problema 01 Slide 20 Slide 21: Método de Ritter Slide 22: Método de Ritter (seção) Slide 23: Método de Ritter – Roteiro de cálculo Slide 24: Exercício Exemplo – Reações de Apoio Slide 25: Exercício Exemplo – Reações de Apoio Slide 26: Exercício Exemplo – Método de Ritter Slide 27 Slide 28: Método de equilíbrio dos nós Slide 29: Método de equilíbrio dos nós Slide 30: Método de equilíbrio dos nós – Roteiro de cálculo Slide 31: Exercício Exemplo – Equilíbrio dos Pontos Slide 32: Exercício Exemplo – Equilíbrio dos Pontos Slide 33: Exercício Exemplo – Equilíbrio dos Pontos Slide 34: Exercício Exemplo – Esforços Normais Slide 35 Slide 36: Situação Problema 02 Slide 37: Resolvendo a Situação Problema 02 Slide 38: Resolvendo a Situação Problema 02 Slide 39: Resolvendo a Situação Problema 02 Slide 40 Slide 41: Treliças complexas Slide 42: Treliças complexas – Método de Henneberg Slide 43: Treliças complexas – Método de Henneberg Slide 44: Treliças Espaciais Slide 45: Treliças Espaciais Slide 46: Treliças Espaciais - Estaticidade Slide 47: Situação Problema 03 Slide 48: Resolvendo a Situação Problema 03 Slide 49 Slide 50: Recapitulando ... Slide 51: Recapitulando ... Slide 52: Recapitulando ... Slide 53
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