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Profª Lucia Helena G. Cardoso Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so - Recalques de apoio O recalque ou assentamento é o termo utilizado em arquitetura e em engenharia civil para designar o fenômeno que ocorre quando uma edificação sofre um rebaixamento devido ao adensamento do solo sob sua fundação. Os tipos de recalques são: • Uniforme: acontece quando todos os pontos da fundação apresentam o mesmo grau de recalque e toda a obra desce como um corpo rígido, mantendo a estabilidade horizontal e vertical. • Diferencial: tem como principal característica, a diferença de nível. Acontece quando uma parte da estrutura fica mais rebaixada que a outra, com ou não distorção angular, o que resulta em esforços estruturais não previstos, podendo em casos extremos, culminar na ruína da obra. Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so - Recalques de apoio Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so - Recalques de apoio • Em Estruturas Isostáticas: não provocam deformações nas barras, apenas introduz movimentos de corpo rígido, ou seja, as barras se deslocam mas permanecem retas, logo não aparecerão esforços internos nessas barras. • Em Estruturas Hiperestáticas: podem induzir esforços internos que devem ser considerados. A estrutura hiperestática não se acomoda livremente a recalques de apoio, portanto, pode ocorrer o aparecimento de deformações. Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so - Recalques de apoio Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so - Recalques de apoio ou deslocamento prescrito ρ O impacto da parcela do deslocamento devido ao recalque é: 𝜹𝒊𝟎𝝆 = −𝝆𝒏. 𝑹𝒊𝒏 Parcela do deslocamento do apoio “i”, no caso “0” devido ao recalque Deslocamento prescrito na estrutura real no apoio “n” Reação de apoio no sistema virtual “i”, correspondente ao recalque real ρn Estrutura Hiperestática: Método das Forças Exemplo Calcule as reações de apoio da viga a seguir, sujeita a uma combinação de ações externas (carregamento e recalque) pelo método das forças. Dado: EI = 1,8.105 kN.m2 P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so Determinar o grau de hiperestaticidade Escolher um SP retirando os apoios redundantes e estudar os casos; Essas redundantes são as incógnitas a serem determinadas Escrever as equações de compatibilidade de deslocamentos tomando como positivo quando o sentido dos deslocamentos coincidirem com o sentido das reações redundantes Para muitas incógnitas, colocar a equação 3 na forma matricial Resolver o sistema de equações de compatibilidade de deslocamento para a obtenção das redundantes e dos esforços finais 1 2 3 4 5 Estrutura Hiperestática: Método das Forças Exemplo Passo I: Grau de hiperestaticidade G = 3B + R – 3N - K B = 3 R = 5 N = 4 K = 0 G = 3.(3) + 5 – 3.(4) – 0 = 9 + 5 -12 = 14 -12 G = 2 → 2 hiperestáticos P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so Estrutura Hiperestática: Método das Forças Passo II: Sistema Principal Estrutura original SP: Sistema principal escolhido P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so Estrutura Hiperestática: Método das Forças Para o sistema escolhido temos as seguintes superposições de casos: Caso “0”: Efeitos da carga aplicada e recalque no SP Profª Lucia Helena G. Cardoso ᵟ10 ( ) ᵟ20 Estrutura Hiperestática: Método das Forças Caso “0”: P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so I II III IV 𝑞𝑙2 8 = 20.16 8 = 40 kNm 𝑞𝑙2 8 = 10.16 8 = 20 kNm Estrutura Hiperestática: Método das Forças Caso “1”: Efeito do hiperestático X1 atuando isoladamente no SP P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so ᵟ11 ) ᵟ21 I IVII III Estrutura Hiperestática: Método das Forças Caso “1”: Reações devido ao hiperestático X1 P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so I II IV - Binário M= F.d F= 𝑀 𝑑 = 1 4 = 0,25 𝑘𝑁 III - Binário M= F.d F= 𝑀 𝑑 = 1 4 = 0,25 𝑘𝑁 Estrutura Hiperestática: Método das Forças Caso “2”: Efeito do hiperestático X2 atuando isoladamente no SP P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so ᵟ12( ᵟ22 I II III IV Estrutura Hiperestática: Método das Forças Caso “2”: Reações devido ao hiperestático X2 P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so I II IV Binário: M= F.d F= 𝑀 𝑑 = 1 3 F= 0,33 𝑘𝑁 III Binário: M= F.d F= 𝑀 𝑑 = 1 4 = 0,25 𝑘𝑁 ᵟ10 ( )ᵟ20 Estrutura Hiperestática: Método das Forças Passo III: Equações de compatibilidade de deslocamentos Profª Lucia Helena G. Cardoso Caso “0” Caso “1” Caso “2” ᵟ11 ) ᵟ21 ᵟ12( ᵟ22 Estrutura Hiperestática: Método das Forças Passo III: Equações de compatibilidade de deslocamentos Rótula no apoio 1: 𝜹𝟏𝟎 + 𝜹𝟏𝟏. 𝑿𝟏 + 𝜹𝟏𝟐. 𝑿𝟐 = 𝟎 Rótula no apoio 2: 𝜹𝟐𝟎 + 𝜹𝟐𝟏. 𝑿𝟏 + 𝜹𝟐𝟐. 𝑿𝟐 = 𝟎 Passo IV: Forma Matricial MATRIZ → P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so 𝜹𝟏𝟏. 𝑿𝟏 + 𝜹𝟏𝟐. 𝑿𝟐 =- 𝜹𝟏𝟎 𝜹𝟐𝟏. 𝑿𝟏 + 𝜹𝟐𝟐. 𝑿𝟐 =- 𝜹𝟐𝟎 𝜹𝟏𝟏 𝜹𝟏𝟐 𝜹𝟐𝟏 𝜹𝟐𝟐 . 𝑿𝟏 𝑿𝟐 = - 𝜹𝟏𝟎 𝜹𝟐𝟎 Lembrando que: 𝜹12 = 𝜹 21 Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so ᵟij Sistema virtual: hiperestático i (Xi) Sistema real: caso “j” mas ᵟi0 será calculado como: ᵟi0 = ᵟi0c + ᵟi0ρ Contribuição devido a carga aplicada Contribuição devido ao recalque Passo V: Resolução do sistema e obtenção das reações Cálculo dos 𝜹𝒊𝒋: PTV 𝛅𝐢𝐣 = න 𝐌. ഥ𝐌 𝐄𝐈 𝐝𝐱 Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so 𝛅𝟏𝟎: Sistema virtual X1 e sistema real caso “0” (Combinação de diagramas caso “1” com caso “0”) + Recalque Cálculo dos 𝜹𝒊𝒋: ᵟ10 = 1 EI .M ഥM dx - (ρBR1B + ρcR1c) Mas ᵟ10c = 1 𝐸𝐼 .𝑀 ഥ𝑀 𝑑𝑥 e ᵟ10ρ = -ΣρnR1n, logo:ᵟ10 = ᵟ10c + ᵟ10ρ O sinal do produto entre reação e recalque será positivo quando tiverem mesmo sentido e negativo quando os sentidos forem opostos Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so Caso “0” Caso “1” Cálculo de 𝜹𝟏𝟎𝒄: I IVII III 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so 𝛅𝟏𝟎: - Entre I e II: Linha 5 + coluna 2 1 3 𝑠. 𝑖. 𝑘 s = 4 i = 40 k = -1 - Entre II e III: Linha 5 + coluna 2 1 3 𝑠. 𝑖. 𝑘 s = 4 i = 20 k = -1 - Entre III e IV: 0 Cálculo de 𝜹𝟏𝟎𝒄: Sistema virtual X1 e sistema real caso “0” (Combinação de diagramas caso “1” com caso “0”) + Recalque Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so 𝛅𝟏𝟎: - Entre I e II: Linha 5 + coluna 2 1 3 𝑠. 𝑖. 𝑘 s = 4; i = 40; k = -1 - Entre II e III: Linha 5 + coluna 2 1 3 𝑠. 𝑖. 𝑘 s = 4; i = 20; k = -1 δ10c = 1 EI නM. ഥM dx = 1 180000 . 1 3 4 . 40 . −1 + 1 3 4 . 20 . −1 δ10c = −4,44. 10 −4𝑟𝑎𝑑 Sistema virtual X1 e sistema real caso “0” (Combinação de diagramas caso “1” com caso “0”) + Recalque Cálculo de 𝜹𝟏𝟎𝒄: Cálculo de 𝜹𝟏𝟎𝝆: ᵟ10ρ =-(ρBR1B + ρcR1c) Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so ᵟ10ρ =-(ρBR1B + ρcR1c) Caso “1” Estrutura original Cálculo de 𝜹𝟏𝟎𝝆: Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so ᵟ10ρ = -(ρBR1B + ρcR1c) ᵟ10ρ = -(-(7.10 -3.0,50)-(3.10-3.0,25)) ᵟ10ρ = -(-3,5.10 -3-7,5.10-4) ᵟ10ρ = 4,25.10 -3 rad Cálculo de 𝜹𝟏𝟎𝝆: 𝛅𝟏𝟎: δ10c = −4,44. 10 −4𝑟𝑎𝑑ᵟ10 = ᵟ10c + ᵟ10ρ ᵟ10 =−4,44. 10 −4+ 4,25.10-3 ᵟ10 = 3,81.10 -3 rad mas Substituindo:𝛅𝟐𝟎: Sistema virtual X2 e sistema real caso “0” (Combinação de diagramas caso “2” com caso “0”) + Recalque Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so 𝛅𝟐𝟎: Sistema virtual X2 e sistema real caso “0” (Combinação de diagramas caso “2” com caso “0”) + Recalque Cálculo dos 𝜹𝒊𝒋: ᵟ20 = 1 EI .M ഥM dx - (ρBR2B + ρcR2c) Mas ᵟ20c = 1 𝐸𝐼 .𝑀 ഥ𝑀 𝑑𝑥 e ᵟ20ρ = -ΣρnR2n, logo:ᵟ20 = ᵟ20c + ᵟ20ρ O sinal do produto entre reação e recalque será positivo quando tiverem mesmo sentido e negativo quando os sentidos forem opostos Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so Caso “0” Caso “2” Cálculo de 𝜹𝟐𝟎𝒄: I IVII III 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so 𝛅𝟐𝟎: - Entre I e II: 0 1 3 𝑠. 𝑖. 𝑘 - Entre II e III: Linha 5 + coluna 2 1 6 𝑠. 𝑖. 𝑘 s = 3 i = 50 k = -1 - Entre III e IV: Linha 3 + coluna 2 s = 4 i = 20 k = -1 Sistema virtual X2 e sistema real caso “0” (Combinação de diagramas caso “2” com caso “0”) + Recalque Cálculo de 𝜹𝟐𝟎𝒄: Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so - Entre II e III: Linha 5 + coluna 2 1 3 𝑠. 𝑖. 𝑘 - Entre III e IV: Linha 3 + coluna 2 1 6 𝑠. 𝑖. 𝑘 s = 3; i = 50; k = -1 δ20c = 1 EI නM. ഥM dx = 1 180000 . 1 3 4 . 20 . −1 + 1 6 3 . 50 . −1 δ20c = −2,87. 10 −4𝑟𝑎𝑑 s = 4; i = 20; k = -1 𝛅𝟐𝟎: Sistema virtual X2 e sistema real caso “0” (Combinação de diagramas caso “2” com caso “0”) + Recalque Cálculo de 𝜹𝟐𝟎𝒄: Cálculo de 𝜹𝟐𝟎𝝆: ᵟ20ρ =-(ρBR2B + ρcR2c) Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so ᵟ20ρ =-(ρBR2B + ρcR2c) Caso “2” Estrutura original Cálculo de 𝜹𝟐𝟎𝝆: Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so ᵟ20ρ = -(ρBR2B + ρcR2c) ᵟ20ρ = -((7.10 -3.0,25) + (3.10-3.0,58)) ᵟ20ρ = -(1,75.10 -3 + 1,74.10-3) ᵟ20ρ = -3,5.10 -3 rad Cálculo de 𝜹𝟐𝟎𝝆: 𝛅𝟐𝟎: ᵟ20 = ᵟ20c + ᵟ20ρ ᵟ20 =−2,87. 10 −4 - 3,5.10-3 ᵟ20 = - 3,79.10 -3 rad mas Substituindo: δ20c = −2,87. 10 −4𝑟𝑎𝑑 𝛅𝟏𝟏: Sistema virtual X1 e sistema real caso “1” (Combinação de diagramas caso “1” com caso “1”) Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so Caso “1” Caso “1” I IVII III 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so 𝛅𝟏𝟏: Sistema virtual X1 e sistema real caso “1” (Combinação de diagramas caso “1” com caso “1”) Cálculo dos 𝜹𝒊𝒋: - Entre I e II: Linha 2 + coluna 2 1 3 𝑠. 𝑖. 𝑘 - Entre II e III: Linha 2 + coluna 2 1 3 𝑠. 𝑖. 𝑘 s = 4 i = -1 k = -1 - Entre III e IV: 0 s = 4 i = -1 k = -1 Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so 𝛅𝟏𝟏: Sistema virtual X1 e sistema real caso “1” (Combinação de diagramas caso “1” com caso “1”) Cálculo dos 𝜹𝒊𝒋: - Entre I e II: Linha 2 + coluna 2 1 3 𝑠. 𝑖. 𝑘 - Entre II e III: Linha 2 + coluna 2 1 3 𝑠. 𝑖. 𝑘 s = 4; i = -1; k = -1 δ11 = 1 EI නM. ഥM dx = 1 180000 . 1 3 4 . −1 . −1 + 1 3 4 . −1 . −1 δ11 = 1,48. 10 −5𝑟𝑎𝑑 𝛅𝟐𝟐: Sistema virtual X2 e sistema real caso “2” (Combinação de diagramas caso “2” com caso “2”) s = 4; i = -1; k = -1 Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so Caso “2” Caso “2” I II III IV 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so 𝛅𝟐𝟐: Sistema virtual X2 e sistema real caso “2” (Combinação de diagramas caso “2” com caso “2”) Cálculo dos 𝜹𝒊𝒋: - Entre I e II: 0 - Entre II e III: Linha 2 + coluna 2 1 3 𝑠. 𝑖. 𝑘 s = 4 i = -1 k = -1 - Entre III e IV: Linha 2 + coluna 2 1 3 𝑠. 𝑖. 𝑘 s = 3 i = -1 k = -1 Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so 𝛅𝟐𝟐: Sistema virtual X2 e sistema real caso “2” (Combinação de diagramas caso “2” com caso “2”) Cálculo dos 𝜹𝒊𝒋: - Entre II e III: Linha 2 + coluna 2 1 3 𝑠. 𝑖. 𝑘 - Entre II e IV: Linha 2 + coluna 2 1 3 𝑠. 𝑖. 𝑘 s = 3; i = -1; k = -1 δ22 = 1 EI නM. ഥM dx = 1 180000 . 1 3 4 . −1 . −1 + 1 3 3 . −1 . −1 δ22 = 1,3. 10 −5𝑟𝑎𝑑 𝛅𝟏𝟐 = 𝛅𝟐𝟏: Sistema virtual X1 e sistema real caso “2” (Combinação de diagramas caso “1” com caso “2”) s = 4; i = -1; k = -1 Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so Caso “1” Caso “2” I IVII III 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so Cálculo dos 𝜹𝒊𝒋: - Entre I e II: 0 - Entre II e III: Linha 2 + coluna 2 1 6 𝑠. 𝑖. 𝑘 s = 4 i = -1 k = -1 - Entre III e IV: 0 𝛅𝟏𝟐 = 𝛅𝟐𝟏: Sistema virtual X1 e sistema real caso “2” (Combinação de diagramas caso “1” com caso “2”) δ12 = 1 EI .M ഥM dx = 1 180000 . 1 6 4 . −1 . −1 = δ21 δ12 = δ21 = 3,7. 10 −6𝑟𝑎𝑑 Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so Resultado dos 𝜹𝒊𝒋: Equações: - Resolvendo o sistema: 𝛿11. 𝑋1 + 𝛿12. 𝑋2 =- 𝛿10 𝛿21. 𝑋1 + 𝛿22. 𝑋2 =- 𝛿20 1,48. 10−5. 𝑋1 + 3,7. 10 −6. 𝑋2 = − 3,81.10 -3 3,7. 10−6. 𝑋1 + 1,3. 10 −5. 𝑋2 = −(- 3,79.10 -3 ) Substituindo, temos: ᵟ10 = 3,81.10 -3 rad ᵟ20 = - 3,79.10 -3 rad δ11 = 1,48. 10 −5𝑟𝑎𝑑 δ22 = 1,3. 10 −5𝑟𝑎𝑑 δ12 = δ21 = 3,7. 10 −6𝑟𝑎𝑑 Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so - Resolvendo o sistema: Eq.(1) Eq.(2) De (1): 𝑋1 = − 3,81.10−3 − 3,7. 10−6. 𝑋2 1,48. 10−5 𝑋1 = −257 − 0,25𝑋2 Substituindo em (2): 1,48. 10−5. 𝑋1 + 3,7. 10 −6. 𝑋2 = − 3,81.10 -3 3,7. 10−6. 𝑋1 + 1,3. 10 −5. 𝑋2 = −(- 3,79.10 -3 ) 3,7. 10−6. (−𝟐𝟓𝟕 − 𝟎, 𝟐𝟓𝑿𝟐) + 1,3. 10 −5. 𝑋2 = 3,79.10 -3 Estrutura Hiperestática: Método das Forças P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so - Resolvendo o sistema: -9.51. 10−4 – 9,25. 10−7 𝑋2 + 1,3. 10 −5 𝑋2 = 3,79.10 -3 1,21. 10−5𝑋2 = 3,79.10 −3 + 9.51. 10−4 𝑋2 = 4,74. 10−3 1,21. 10−5 𝑋2 = 392 𝑘𝑁.𝑚 Em X1: 𝑋1 = −355 𝑘𝑁.𝑚 3,7. 10−6. (−𝟐𝟓𝟕 − 𝟎, 𝟐𝟓𝑿𝟐) + 1,3. 10 −5. 𝑋2 = 3,79.10 -3 𝑋1 = −257 − 0,25𝑋2 𝑋1 = −257 − 0,25.(𝟑𝟗𝟐) Estrutura Hiperestática: Método das Forças Cálculo das Reações: P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so Carregamento: FR = 20.4 = 80 kN em x = 2 m Condição de Equilíbrio: MR =0: Em B → -(4.VA) + (80.2) + 355 = 0 Vamos seccionar a viga para o cálculo das reações - Cálculo de VA: A B VA = 128,75 kN A B C D Estrutura Hiperestática: Método das Forças Cálculo das Reações: P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so Carregamento: FR = 10.4 = 40 kN em x = 2 m MR =0: Em C → -(128,75.8) + (80.6) -(4.VB) +(40.2) - 392 = 0 - Cálculo de VB: VB = - 215,5 kN A B C D Estrutura Hiperestática: Método das Forças Cálculo das Reações: P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so MR =0: Em C → (3.VD) + 50 + 392 = 0 - Cálculo de VD: A B C D VD = -143,33 kN DC Estrutura Hiperestática: Método das Forças Cálculo das Reações: Profª Lucia Helena G. Cardoso FR =0: 128,75 – 80 -215,5 - 40 + VC – 147,33 = 0 - Cálculo de VC: A B C D VC = 354,08 kN Estrutura Hiperestática: Método das Forças Reações da Estrutura Hiperestática: P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so Estrutura original Estrutura calculada Próxima Aula: Profª Lucia Helena G. Cardoso P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so FIM
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