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RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS 1.R67 MS 1
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esquerda da viga sobre a parte direita. Logicamente se considerarmos agora a parte direita da viga, a soma das forças que estão à direita à seção transversal e a soma dos momentos destas forças em relação ao centro de gravidade da seção transversal, resultarão nas mesmas grandezas V e M que determinamos para a parte esquerda, porém de sentidos contrários (Figura 35). Isto acontece porque o sistema está em equilíbrio. Figura 35 5.16 Convenção de sinais Considerando-se a parte da esquerda da viga, em relação à seção transversal considerada, convenciona-se como positivo o momento fletor no sentido horário (Figura 36-a) e a força cortante para cima.( Figura 36-b) Considerando-se a parte da direita da viga convenciona-se como positivo o momento fletor no sentido anti-horário (Figura 36-a) e a força cortante para baixo. (Figura 36-b) A Figura 37 mostra as situações de momentos fletores negativos e forças cortantes negativas. Figura 36 52 Figura 37 Em outras palavras: São positivos os momentos fletores que flexionam a viga com a concavidade para cima. São positivas as forças cortantes que levantam o lado esquerdo da viga e abaixam o lado direito da viga (Figura 38). Figura 38 5.17 Diagramas de momentos fletores e forças cortantes As grandezas de M e V em qualquer seção transversal é que definirão as tensões que atuam naquela seção. Com o fim de simplificar o estudo das tensões numa viga, é conveniente usar uma representação gráfica da variação do momento fletor e da força cortante ao longo da viga. Nessa representação as abscissas indicam a posição da seção transversal e as ordenadas os valores, respectivamente, do momento fletor e da força cortante que atuam nesta seção transversal. Os valores positivos são marcados acima do eixo horizontal e os negativos abaixo. Estas representações gráficas são chamadas de diagrama de momentos fletores e diagrama de forças cortantes, respectivamente. 5.17.1 Diagrama de momentos fletores e forças cortantes para cargas concentradas. Exemplo: seja uma viga simplesmente apoiada com uma só carga concentrada P (Figura 39.a). As reações de apoio são: l bP R . 1 e l aP R . 2 Tomando uma seção transversal com abscissa x, à esquerda de P, isto é, ax 0 , podemos concluir que nesta seção l bP V . e x l bP M . (a) Pela convenção de sinais a força cortante e o momento fletor são positivos. Vê-se que a força cortante permanece constante do ponto A até o ponto de aplicação da carga P. O momento fletor varia proporcionalmente a x. Para 0x , 0M e para ax , l abP M .. . 53 As partes correspondentes dos diagramas das forças cortantes e dos momentos fletores estão indicadas nas Figura 39.b e Figura 39.c, respectivamente, pelas retas ac e 11ca . Figura 39 Para a seção transversal à direita da carga ( lxa ), obteremos: l aP P l bP V .. e )( . axPx l bP M (b) A força cortante para esta parte da viga permanece constante e negativa. Na Figura 39.b esta força é representada pela linha bc ' , paralela ao eixo x. O momento fletor é uma função linear de x, o qual para ax , l abP M .. e para lx , 0M . È sempre positivo e sua variação, ao longo da parte direita da viga, é representada pela reta 11bc na Figura 39.c. A Figura 39.b mostra o diagrama das forças cortante e a Figura 39.c o diagrama dos momentos fletores para a viga dada. No caso das equações (b) elas foram deduzidas considerando a parte esquerda da viga, parte esta que sofre a ação de duas forças 1R e P . Teria sido mais simples neste caso considerar a parte direita da viga, onde só atua a reação l aP. . Seguindo esta orientação e adotando a convenção de sinais, obteremos: l ap V . e )( . xl l aP M (c) As equações (b) podem tomar também esta forma se observarmos que bla . - Recomendação de exercícios do livro do BEER e JOHNSTON, Bibl. nº 1 para diagramas de momento fletor e força cortante de cargas concentradas: Exemplo 7.1 (pág. 713). Problema resolvido 7.1 (pág. 716). Problemas (pág. 721): 7.2, 7.3, 7.6, 7.8, 7.12 a 7.16, 7.19 a 7.21, 7.23 e 7.26 54 5.17.2 Diagrama de momentos fletores e forças cortantes para cargas distribuidas. Seja uma viga simples suportando uma carga uniformemente distribuída conforme a Figura 40.a. As reações de apoio são: 2 . 21 lq RR Figura 40 Para uma seção transversal distante x do apoio esquerdo a equação da força cortante é: x l qxq lq V 2 . 2 . Para 0x , 2 .lq V e para lx , 2 .lq V Então o diagrama de forças cortantes é o mostrado na Figura 40.b. Para a mesma seção transversal a equação dos momentos fletores é: xl xqx xqx lq M 2 . 2 .. 2 . Então o a curva que representa o momento fletor (Figura 40.c) é uma curva parabólica com seu eixo vertical no meio da viga. Os momentos fletores nas extremidades da viga são nulos e o momento fletor máximo ocorre no meio do vão e seu valor é: 8 . 2 max lq M Observe que no ponto da viga onde ocorre o momento máximo a força cortante se anula. Se a carga uniforme q está aplicada somente numa parte da viga Figura 41.a), devemos considerar três partes da viga de comprimentos a, b e c. Primeiro determinamos as reações de apoio 1R e 2R : 2 . 1 b c l bq R e 2 . 2 b a l bq R Equações da força cortante o momento fletor para ax 0 1RV e xRM .1 Equações da força cortante o momento fletor para baxa 55 axqRV .1 e 2 ...1 ax axqxRM Figura 41 Equações da força cortante o momento fletor para lxba , bqRV .1 e )]2(.[..1 baxbqxRM Os diagramas de força cortante e momento fletor estão mostrados na Figura 41.b e Figura 41.c. No trecho b da viga a curva do momento fletor é uma parábola. Nos pontos 2c e 2d a parábola é tangente às linhas inclinadas 22ca e 22db . Observe que o momento máximo ocorre no ponto 2e que corresponde à força cortante nula. No caso de uma viga em balanço que suporta uma carga uniforme, Figura 42.a, força cortante e o momento fletor à distância x da extremidade esquerda são: qxV e 2 . 2 .. 2xqx xqM A Figura 42.b e Figura 42.c mostram os diagramas da força cortante e do momento fletor. A curva do momento fletor é um parábola que tem um eixo vertical e é tangente ao eixo horizontal na extremidade esquerda onde a força cortante se anula. O máximo momento numérico do momento fletor e da força cortante ocorre no engastamento. 56 Figura 42 Figura 43 5.18 Superposição de efeitos Se numa viga atuarem simultaneamente cargas concentradas e cargas distribuídas é vantajoso desenhar os diagramas separadamente para cada tipo de carregamento e obter