Contextualizada de Teoria Das Estruturas

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Contextualizada de Teoria Das Estruturas
Eng. Civil
Conceito básico sobre processo dos esforços 
Uma maneira simplificada para resolver estruturas hiperestática é pelo método matemático de determinar o chamado de processo de esforço, ou método de força, que se baseia na viabilidade matemática da forma clássica com uma combinação de esforços em números iguais ao grau de incerteza estática, dando resultados semelhantes.
As estruturas podem ser chamadas de sistemas interconectados. Portanto, é de extrema importância que as estruturas consigam absorver os esforços internos que são absorvidos e transferidos para os apoios. Para fazer esses cálculos, primeiro é necessário saber que as equações de equilíbrio estático dizem que a soma das forças e momentos verticais, horizontais deve levar a zero, mas para isso é necessário considerar que os elos são um sistema unitário, que ou seja, os movimentos dessas estruturas só podem ocorrer neste plano em determinadas direções, portanto é necessário analisar o grau de movimento para classificar a estrutura.
Estruturas hipostáticas são aquelas que possuem ligações insuficientes para manter e sustentar o equilíbrio estático, enquanto as estruturas isostáticas possuem um número suficiente de ligações para manter o equilíbrio estático e um total de suportes suficientes para resistir ao movimento da estrutura. Estruturas hiperestáticas são estruturas onde existem mais conexões do que o necessário para manter o equilíbrio estático e seus apoios totais são maiores do que o necessário para resistir ao movimento. As vantagens da utilização de estruturas hiperestáticas incluem segurança, menor movimentação lateral e economia de material.
Como modelo atual do uso e aplicação desses conceitos discutidos na teoria na prática, temos: Uma construtora concluiu um grande projeto para a empresa Novar. O gestor da construtora nomeia os engenheiros responsáveis, que neste caso alterará toda a solução de projeto com a definição dada, pois a categorização será estrutura isostática ou hiperestática e, portanto, cada tipo de estrutura tem suas vantagens. O gestor organiza uma reunião com todos os engenheiros da empresa e pede a você, encarregado técnico, que evidencie as vantagens e desvantagens de uma estrutura hiperestática em relação a uma estrutura isostática para que alcance uma solução para este caso. Para solucionar o problema, como engenheiro responsável, você deverá apresentar slides para toda a equipe que apresentem as vantagens e desvantagens de cada estrutura. 
Aqui estão as vantagens da construção hiperestática sobre a construção isostática, conforme descrito abaixo:
Uma estrutura mais segura: as tensões são mais redistribuídas devido à rigidez da estrutura. Quando um membro estrutural está altamente tensionado, ele redistribui a tensão para os membros circundantes à medida que as forças são redistribuídas.
Menos deslocamento transversal com mais rigidez: devido à maior rigidez da estrutura resultante do menor grau de liberdade, a distribuição de forças é melhor e as tensões e deslocamentos são menores. Se os pilares forem muito mais rígidos que a viga que os suporta, a rotação nas suas extremidades é pequena, permanecendo junto de uma viga bi engastada. 
Economia de material: No caso de vigas contínuas, embora os momentos negativos nos apoios sejam maiores, os momentos positivos no centro do vão são menores e assim se consegue uma economia de material. Já as vigas simplesmente apoiadas criam maiores momentos fletores no centro da abertura e maior consumo de material, o que faz com que vigas com maior seção transversal e maior peso sejam descarregadas na fundação.
Aqui estão as desvantagens das estruturas hiperestáticas em relação às estruturas isostáticas:
Modelos de cálculo mais complexos: podem surgir dificuldades na análise e projeto estrutural devido à complexidade dos modelos de cálculo. 
A subsidência de apoios pode causar problemas significativos: qualquer tipo de subsidência em apoios pode causar alterações nos valores de flexão e torque, forças de cisalhamento, forças de reação e tensões normais nos apoios devido ao aumento da rigidez dos apoios na estrutura. 
Grandes tensões podem causar flutuações significativas: Tensões causadas por mau desempenho do material ou mudanças de temperatura não razoáveis ​​podem causar alterações na posição relativa de um membro, provocando alterações nas forças que atuam em toda a estrutura.
Princípio dos trabalhos virtuais 
O princípio do trabalho virtual é utilizado para descrever o movimento ou inclinação de qualquer ponto da estrutura. Se um ponto material no qual uma força F é aplicada se move d na mesma direção que a força F, essa força atua da seguinte forma:
U = F *d
Portanto, quando aplicamos forças externas a um determinado corpo, ele se deforma e provoca movimentos nos pontos de aplicação das forças externas. Assim, essas forças externas realizam trabalho externo (Ue), que, segundo o princípio da conservação da energia, é convertido em energia de deformação, que é armazenada quando a estrutura é deformada. Essa energia de deformação, que igualmente pode ser chamada de trabalho interno (Ui), é liberada quando as forças externas que atuam sobre o corpo são retiradas, de modo que o corpo retorna à sua forma não deformada caso o limite elástico do material não seja ultrapassado. O princípio da conservação de energia é a base do princípio do trabalho virtual e pode ser expresso matematicamente da seguinte forma:
Ue =Ui
O princípio do trabalho virtual pode ser utilizado para determinar o deslocamento ou inclinação de qualquer ponto de uma estrutura. Para compreender melhor este princípio, considere um corpo sujeito a algumas forças externas. As forças externas P1, P2 e P3 criam forças internas sutis em vários pontos internos do corpo, que em uma estrutura convencional como uma treliça, uma viga, são os esforços normal, cortante, momento fletor e momento torcor. Como resultado, a forma do corpo muda e causa movimentos externos Dn nos pontos de ação das forças externas e movimentos internos d em vários pontos internos do corpo.
O produto da força externa pelo deslocamento externo produzido na direção dessa força no seu ponto de aplicação dá o resultado do trabalho externo. O produto do esforço interno dado pelo deslocamento interno no mesmo ponto dá o trabalho interno. Assim, de acordo com o princípio da conservação de energia, podemos escrever:
A imagem abaixo mostra um corpo sujeito a algumas forças externas e um corpo sujeito a uma força virtual extrema P.
Quando o corpo está indeformado, ou seja, antes do impacto de forças externas reais, a força virtual externa P' é aplicada na mesma direção do deslocamento D que desejamos determinar. O termo virtual é utilizado porque é uma força imaginária, o que significa que não existe na realidade. Esta força virtual pode ter qualquer intensidade, mas por conveniência adotamos uma força virtual com intensidade de unidade, ou seja, P' = 1. A força virtual externa causa forças virtuais internas fv consistentes com as condições de equilíbrio. Forças externas reais são então aplicadas, causando um deslocamento externo real D no ponto A e correspondentes deslocamentos internos reais d em pontos dentro do corpo. Desta forma, uma força virtual externa P' realiza um trabalho virtual externo movendo-se ao longo de um deslocamento real D. Em pontos internos do corpo, qualquer força virtual interna fv realiza um trabalho virtual interno movendo-se ao longo de um deslocamento interno real. Desta forma, é possível formular a equação do princípio do trabalho virtual, igualando o trabalho virtual externo com o trabalho virtual interno exercendo em todos os pontos do corpo:
Conceitos básicos do processo dos deslocamentos
A metodologia utilizada no método de transição para analisar a estrutura é que “para restaurar as condições de equilíbrio, uma série de casos base são adicionados à superposição que satisfazem as condições de compatibilidade, mas não satisfazem as condiçõesde equilíbrio da estrutura original”. O método da força funciona muito bem quando se deseja resolver estruturas hiperestáticas com baixa hiperstaticidade. Quando trabalhamos com estruturas com maior hiperstaticidade, este método torna-se muito trabalhoso. É nessas situações que o método do deslocamento se torna mais acessível, principalmente se deseja implementar o método em um programa de computador para resolver a estrutura com mais rapidez. Esta vantagem advém do facto do método dos deslocamentos funcionar com soluções básicas já conhecidas, como veremos nesta secção, o que facilita a programação computacional deste método. Portanto, o método de transferência é a base de muitos programas de computador que realizam diversos tipos de análise estrutural.
Método de Força: As incógnitas são as forças cujos movimentos relativos restauram as condições de compatibilidade. 
Método de movimento: As incógnitas são os movimentos nos quais as forças associadas restauram as condições de equilíbrio. 
A figura abaixo mostra um exemplo de solução que utiliza o método offset.
Coeficiente de elasticidade do objeto selecionado E = 1,2×107 kN/m2. A área da seção transversal das hastes A = 1,2 × 10-2 m2 e o momento de inércia I = 1,2 × 10-3 m4. Todas as barras da estrutura de teste possuem as mesmas características elásticas e de seção transversal.
A figura mostra a configuração deformada da estrutura (com amplificação de 450 vezes) e as Deslocabilidades D1, D2 e ​​D3 correspondentes ao movimento horizontal e vertical e à rotação do nó interno, respectivamente. Deslocabilidades são pedaços de deslocamentos e rotações nodais que são livres, ou seja. Devem ser conhecidos para determinar a configuração deformada da estrutura. As Deslocabilidades são padrão que definem (completamente) a configuração deformada de uma estrutura. As Deslocabilidades não são conhecidas pelo método de deslocamento.
O arcabouço utilizado no método de transição para analisar a estrutura é que “para restaurar as condições de equilíbrio, uma série de casos base são adicionados à superposição que correspondem as condições de compatibilidade, mas não condizem as condições de equilíbrio da estrutura original”. As estruturas anteriormente projetadas eram em sua maioria menos desenvolvidas, constituídas por elementos estruturais com menor esbeltez, espaçamento e número de pavimentos. Hoje o cenário é outro: as estruturas são mais altas e finas e a arquitetura é mais enfática, levando à necessidade de maiores espaçamentos. Todas estas alterações tornaram a estrutura mais deformável, por isso é ainda mais importante avaliar as condições de trabalho, ou seja, verificar a durabilidade das estruturas e fissuras, movimentos e deflexões.
Conceitos básicos dos métodos dos elementos finitos 
O Método dos Elementos Finitos (MEF) é uma opção que permite aos engenheiros apresentar soluções convincentes para problemas que de outra forma seriam muito caros, difíceis ou incertos. Em outras palavras, a utilização do FEM como base para estudos de desempenho computacional é um meio muito interessante de garantir a qualidade e confiabilidade dos projetos de engenharia.
O método dos elementos finitos sugere dividir o domínio do problema em partes menores que influenciam entre si, permitindo que o problema seja resolvido por meio de equações diferenciais. Este procedimento, também conhecido como discretização, propicia a análise de problemas de engenharia, simplificando a geometria complexa de vários objetos e dispositivos, dividindo-os em pequenas partes. Esta interpelação permite que cada pequeno elemento, que é limitado e tem comportamento conhecido, represente uma região contínua do material que está sendo simulado.
Deve-se ressaltar que, de acordo com o objetivo do estudo, os elementos podem ter diferentes formatos, por exemplo: triângulo, quadrado, tetraedro, pentágono, hexágono ou outros menos comuns. Depois de compreender o conceito mais básico, é indispensável examinar como esses elementos se relacionam entre si. Todos esses pequenos elementos estão conectados através de pontos chamados “nós”. O grupo formado entre nós e elementos é denominado “malha”. O acerto da análise utilizando FEM depende do número de subdivisões utilizadas, pois essa escolha determina o tamanho, número e forma dos elementos finitos.
Na prática, esta simplificação permite que a análise computacional seja aplicada a todos estes pequenos elementos. Desta forma, é possível analisar de forma eficaz o desempenho geral da estrutura e dos componentes, cujo comportamento é inicialmente complexo. Por exemplo, temos muitas aplicações na indústria, como estruturas metálicas de armazéns, edifícios industriais, guindastes, estruturas metálicas, equipamentos portuários, transportadores de correia, etc.
Na resolução de problemas com esta técnica, deve-se levar em consideração que em geral: quanto menores os elementos, ou seja, quanto maior for o seu número em uma determinada malha selecionada para análise FEM, mais precisos serão os resultados. Porém, deve-se lembrar que a quantidade de elementos afeta diretamente o tempo de processamento do computador. Dependendo das características da estrutura analisada e da distribuição de carga, existe um certo limite para a redução de elementos. Qualquer aumento na precisão além desse limite é insignificante e desproporcional ao custo computacional associado.
Portanto, conhecer os princípios da técnica permite um melhor aproveitamento dos softwares que realizam análises elementares e permite que os resultados apresentados por eles sejam interpretados de forma mais convincente, consistente e confiável. Antes de iniciar a pesquisa, alguns requisitos importantes devem ser definidos para permitir uma modelagem computacional adequada. Deve haver desenhos aprofundado da estrutura a ser analisada, contendo informações sobre geometrias de componentes, ligações e propriedades de materiais. Se esta informação não estiver disponível, estudos de campo e propriedades dos materiais deverão ser realizados.
Fundamentos do processo cross 
O Método Cross (igualmente conhecido como processo Cross) foi desenvolvido e estruturado por Hardy Cross em 1932 e difundido no Brasil pelo professor Cândido Holanda de Lima em 1941. Similarmente é afamado como método de distribuição de momentos. É uma técnica concebido para resolver estruturas hiperestáticas (vigas contínuas e pórticos móveis e estacionários) através de aproximações sucessivas e de fácil implementação, uma vez que pode ser resolvido com apenas quatro operações básicas.
Deixar o cálculo de esforços numa estrutura pórticada cinematicamente indefinida sem a etapa de solução do sistema de equações e o cálculo da matriz de rigidez da estrutura. O processo consiste principalmente em aplicar diferentes etapas do método dos deslocamentos a cada nó da estrutura, verificando o equilíbrio modal em cada etapa. Por ser um processo iterativo, a aproximação pode ser mais ou menos precisa dependendo da aplicação. O método Cross é muito importante na distribuição de momentos na malha viária, que visa reduzir o número de acidentes, e se este fator não for levado em consideração ou não for levado em consideração nos cálculos, o número de acidentes tende a aumentar.
A estruturação, esboço, obra e manutenção de ruas, avenidas, rodovias e estradas e seus arredores aumentam diretamente o risco de mortes e ferimentos no trânsito e influenciam a percepção de risco e o comportamento dos usuários das estradas. Como elemento-chave de um sistema de mobilidade seguro, a infraestrutura rodoviária deve ser concebida para proporcionar igualdade de acesso e ter em conta as necessidades de mobilidade de todos os utentes da estrada e garantir os mais vulneráveis, conforme estabelecido na política nacional de mobilidade urbana. Os padrões de projeto e construção de qualidade são integrados para garantir uma infraestrutura rodoviária segura, intuitiva de usar e tolerante a erros humanos e distrações. Tais normas técnicas e de projeto são aplicadastanto na construção de novas estradas como na manutenção e possível melhoria de estradas existentes, sejam elas ruas, avenidas, rodovias ou estradas.
Portanto, observou-se que os processos de planeamento, implementação e manutenção das infra-estruturas rodoviárias e cicloviárias devem ser melhorados, garantindo a promoção da segurança rodoviária, que se baseia na exigência do cumprimento das normas de segurança em todas as fases da construção rodoviária. Um plano de ação, como o publicado pela PNATRANS, para estabelecer procedimentos de identificação e tratamento de focos de acidentes de trânsito, monitoramento da infraestrutura das estações de monitoramento e monitoramento in loco do projeto.
Referências bibliográficas 
https://pt.scribd.com/document/592552483/Estatica-Das-Construcoes-Estruturas-Hiperestaticas
http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM253/Prof.Eduardo_Lopes/tm253_4.pdf
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/trabalho-uma-forca.htm
http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TMEC017/Prof.Wang/capitulo%2011%20(trabalho%20virtual)%20Hibbeler%2010%C2%AA%20Ed.pdf
https://www.tecgraf.puc-rio.br/ftp_pub/lfm/civ1127roteiroMF.pdf
http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM266/Apostila/Introdu%C3%A7%C3%A3o%20ao%20MEF.pdf
https://pt.scribd.com/document/655804974/Metodo-de-Cross-Eduarda
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