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UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 1 SUMÁRIO 2UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS Objetivo(s): • Analisar estruturas espaciais do tipo treliçadas (tridimensionais). AULA 2 UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 2 CONTEXTUALIZANDO A APRENDIZAGEM Caro(a) aluno(a), na Aula anterior, discutimos sobre os conceitos fundamentais da teoria das estruturas, aprendemos a classificar as estruturais, discorremos sobre os tipos de apoio e entendemos como solucionar um membro estrutural, estaticamente, determinado através das equações de equilíbrio. Nesta Aula, falaremos um pouco sobre as treliças, a classificação destas e os métodos para solucioná-las. Você sabe o que é a função de uma treliça? Leia atentamente a Aula 2, além disso, é importante acompanhar a bibliografia recomendada e executar com cautela todos os exercícios propostos. AULA 2 - ANÁLISE DE ESTRUTURAS ESPACIAIS Então, vamos lá!! UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 3 Para contextualizar e ajudá-lo(a) a obter uma visão panorâmica dos conteúdos que você estudará na Aula 2, bem como entender a inter-relação entre eles, é importante que se atente para o Mapa Mental, apresentado a seguir: MAPA MENTAL PANORÂMICO TIPOS COMUNS DE TRELIÇAS CLASSIFICAÇÃO DE TRELIÇAS PLANAS MEMBROS DE FORÇA ZERO MÉTODO DAS SEÇÕES MÉTODO DOS NÓS ANÁLISE DE ESTRUTURAS ESPACIAIS ANÁLISE DE ESTRUTURAS ESPACIAIS UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 4 1. ANÁLISE DE ESTRUTURAS ESPACIAIS Na Aula anterior, discutimos sobre os principais elementos que compõem um sistema estrutural típico, sendo eles as lajes, as vigas e os pilares, como ilustrado na figura 1. Figura 1 - Modelo Estrutural Típico. Fonte: McCORMAC (2009). Nesta Aula, aprenderemos um pouco sobre as treliças, que são membros estruturais utilizados para vencer grandes vãos quando a arquitetura do membro estrutural não exige alturas elevadas. 1.1. TIPOS COMUNS DE TRELIÇAS Treliças são compostas por membros delgados, conectados entre si, de força ordenada triangular. Os membros, comumente, utilizados para fabricação de treliças são barras de madeira, de metal, cantoneiras ou perfis U. As ligações entre as barras são chamadas de nós e estas podem ser feitas através de uma chapa, fixando todos os elementos entre si, denominada chapa de fixação, como ilustra a figura 2, ou através de um grande parafuso atravessando todos os elementos, denominado fixação aparafusada. Figura 2 - Chapa de fixação. Fonte: HIBBELER (2013). UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 5 Como descrito anteriormente, estruturas treliçadas são, comumente, utilizadas em estruturas de telhados e pontes. Nas estruturas de telhado, a carga oriunda das telhas é transmitida através de uma série de terças para o elemento treliçado, chamado de tesoura, como ilustra a figura 3. Os telhados são responsáveis por receber as cargas de peso próprio das telhas e mais as cargas oriundas de ventos e chuvas. Figura 3 - Representação de uma treliça de telhado. Fonte: HIBBELER (2013). Em seguida, a carga das tesouras é distribuída nos pilares e, consequentemente, nos elementos de fundação, como vimos na aula 1. Em estruturas metálicas, o espaço entre uma treliça e outra é chamado de baia, esta tem espaçamento aproximado de 4,5m para vãos até 18m e 6m para vãos de 30m ou mais. Baias são, frequentemente, ligadas entre si com o auxílio de contraventamentos diagonais com objetivo de se manter a rigidez da estrutura. Contraventamentos são elementos responsáveis pelo intertravamento de baias e pórticos, tornando estes menos susceptíveis a cargas laterais de vento. Estruturas metálicas são muito leves em relação às cargas suportadas por elas e, geralmente, são compostas por membros muito longos, tornando estes muito próximos da esbeltez. Isso torna as estruturas metálicas susceptíveis às cargas laterais de vento, podendo causar danos à estrutura. Como forma de tornar a estrutura mais UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 6 rígida e resistente às cargas laterais, são aplicadas barras diagonais travando cada membro estrutural ao mais próximo, como ilustrado na figura 4. Figura 4 - Tipos de contraventamento. Fonte: MATOS (2014). Para estruturas de pontes, as treliças podem ter diversos formatos, como os demonstrados na figura 4, e são conhecidas pelos grandes vãos em que são submetidas. Saiba mais sobre contraventamentos, Clique Aqui: Figura 5 - Formatos de treliças para estruturas de pontes. Fonte: HIBBELER (2013). https://drive.google.com/file/d/1Kpd4vSc5dao9L7xynYt58PIbyemFoQy0/view UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 7 Em pontes, as cargas de veículos e as pessoas são transmitidas ao tabuleiro (laje da ponte), em seguida, distribuídas nas vigas de piso e descarregadas nas treliças, que transportam essas cargas até o apoio, como demonstra a figura 6. Figura 6 - Representação de uma estrutura de ponte. Fonte: HIBBELER (2013). No caso das pontes, em vãos muito longos, utiliza-se, em um dos lados, o apoio do tipo móvel devido a este não se opor a cargas horizontais, permitindo, assim, o livre movimento por dilatação térmica. Para projetar uma treliça, primeiro é necessário determinar a força que atua em cada um dos membros ao submetê-la a uma determinada carga. Para isso, devem ser considerados os seguintes pressupostos: ● Os membros são fixados entre si sempre considerando a ligação por pinos lisos, ou seja, é permitida a rotação dos membros em torno dos nós. Essa regra é considerada mesmo que os membros sejam fixados entre si por chapa de fixação ou soldados. ● Todas as cargas devem ser aplicadas nos nós. Uma carga de 100N aplicada a uma barra AB, por exemplo, tem ação de 50N na extremidade A e 50 N na extremidade B. ● O peso próprio das barras é, geralmente, desconsiderado devido a este ser insignificante perante a carga aplicada nas barras. Entretanto, caso seja necessário incluir o peso dos elementos na análise, este deve ser considerado verticalmente para baixo e com metade de sua intensidade em cada extremidade do membro, como mostra a figura 7. UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 8 Figura 7 - Peso próprio atuando sobre membro estrutural em treliça. Fonte: Acervo Pessoal (2020). Partindo desses três pressupostos, podemos afirmar que os membros de uma treliça são submetidos às cargas axiais ao longo de seus eixos. Se esta carga tende a alongar o membro, chamamo-la de força de tração (figura 8a) e se a carga tende a encurtar o membro, chamamo-la de força de compressão (figura 8b). Figura 8 - Membros solicitados a cargas axiais. Fonte: HIBBELER (2013). Ao analisar um membro de uma treliça, é necessário indicar a natureza da força aplicada a este, seja ela de tração (figura 8a) ou compressão (figura 8b), pois elementos comprimidos tendem a ser mais robustos para suportar os efeitos da flambagem. Para uma concepção adequada dos conceitos discutidos acima, é necessário que você, aluno(a) compreenda bem os conceitos de esbeltez e flambagem. A esbeltez, ou índice de esbeltez, é a razão entre o comprimento de um membro estrutural e sua espessura. Um membro é considerado esbelto quando esta razão é UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 9 um valor baixo, tornando este susceptível à deformação quando aplicado uma carga de compressão. Matematicamente, a esbeltez é obtida por: 𝜆𝜆𝜆𝜆 = 𝑘𝑘𝑘𝑘 ⋅ 𝐿𝐿𝐿𝐿 𝑟𝑟𝑟𝑟 Em que: 𝒌𝒌𝒌𝒌= constante que dependeda condição de apoio do membro; 𝑳𝑳𝑳𝑳= comprimento do membro; 𝒓𝒓𝒓𝒓= raio de giração da seção transversal escolhida. Para elementos comprimidos, a norma NBR-8800 nos define que o índice de esbeltez do membro deve ser menor ou igual a 200. Caso aplicada uma carga de compressão a um elemento esbelto, este pode estar sujeito ao fenômeno da flambagem, que consiste na encurvadura da peça, como demonstrado na figura 9. Figura 9 - Flambagem. Fonte: Acervo Pessoal (2020). 1.2. CLASSIFICAÇÃO DE TRELIÇAS PLANAS Treliças podem ser simples, compostas ou complexas e, dentro de cada uma dessas três categorias, ainda podem ser, estaticamente, determinadas ou indeterminadas. É importante conhecer a classificação da estrutura para saber qual método será utilizado para solucioná-la. A seguir, vamos observar cada uma das classificações citadas. UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 10 1.2.1. TRELIÇAS SIMPLES A treliça mais básica possível é formada por um triângulo simples, conectando três barras entre si através de três nós, como ilustrado na figura 10. Treliças maiores podem ser formadas através da expansão desta até atingir o comprimento necessário. Figura 10 - Treliça simples. Fonte: HIBBELER (2014). Um exemplo muito comum de treliça simples é o demonstrado na figura 11, este é largamente utilizado telhados de estruturas metálicas por ser um elemento baixo e a telha metálica não exigir grandes inclinações. Figura 11 - Treliça simples em estrutura de telhado metálico. Fonte: Disponível em pág 29 - Acesso em 22 jun. 2020. UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 11 1.2.2. TRELIÇA COMPOSTA Treliças compostas são formadas pela conexão de dois ou mais tipos de treliças simples, são, largamente, utilizadas para suprir vãos grandes, tendo em vista que é mais barato construir uma treliça desse tipo ao invés de uma treliça maior. A figura 12 nos ilustra um exemplo de uma treliça composta que é formada por duas treliças simples, conectadas entre si, utilizando um membro estrutural localizado no segmento BE. Figura 12 - Treliça composta. Fonte: HIBBELER (2013). 1.2.3. TRELIÇAS COMPLEXAS As treliças complexas, como a ilustrada na figura 13, são elementos treliçados que não podem ser classificados como treliças simples ou compostas e, geralmente, são fabricadas para atender ocasiões especiais. Figura 13 - Treliça complexa. Fonte: HIBBELER (2013). UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 12 1.2.4. DETERMINAÇÃO Como nas estruturas planas, as treliças também têm que atender as condições de determinação para que estas possam ser solucionadas através das equações de equilíbrio. Podemos definir o grau de determinação de uma treliça através da seguinte equação: 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 (𝑏𝑏𝑏𝑏 + 𝑟𝑟𝑟𝑟) = 2𝑗𝑗𝑗𝑗, 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑟𝑟𝑟𝑟𝑆𝑆𝑆𝑆𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡ç𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑒𝑒𝑒𝑒𝑡𝑡𝑡𝑡𝑎𝑎𝑎𝑎𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑒𝑒𝑒𝑒𝑎𝑎𝑎𝑎𝑒𝑒𝑒𝑒𝑆𝑆𝑆𝑆𝑒𝑒𝑒𝑒𝑡𝑡𝑡𝑡𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑆𝑆𝑆𝑆𝑡𝑡𝑡𝑡𝑆𝑆𝑆𝑆𝑟𝑟𝑟𝑟𝑒𝑒𝑒𝑒𝑡𝑡𝑡𝑡𝑒𝑒𝑒𝑒𝑎𝑎𝑎𝑎𝑑𝑑𝑑𝑑𝑎𝑎𝑎𝑎; 𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑆𝑆𝑆𝑆 (𝑏𝑏𝑏𝑏 + 𝑟𝑟𝑟𝑟) > 2𝑗𝑗𝑗𝑗, 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑟𝑟𝑟𝑟𝑆𝑆𝑆𝑆𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡ç𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑒𝑒𝑒𝑒𝑡𝑡𝑡𝑡𝑎𝑎𝑎𝑎𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑒𝑒𝑒𝑒𝑎𝑎𝑎𝑎𝑒𝑒𝑒𝑒𝑆𝑆𝑆𝑆𝑒𝑒𝑒𝑒𝑡𝑡𝑡𝑡𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑒𝑒𝑒𝑒𝑑𝑑𝑑𝑑𝑆𝑆𝑆𝑆𝑡𝑡𝑡𝑡𝑆𝑆𝑆𝑆𝑟𝑟𝑟𝑟𝑒𝑒𝑒𝑒𝑡𝑡𝑡𝑡𝑒𝑒𝑒𝑒𝑎𝑎𝑎𝑎𝑑𝑑𝑑𝑑𝑎𝑎𝑎𝑎. Em que:𝑏𝑏𝑏𝑏 = 𝑒𝑒𝑒𝑒ú𝑒𝑒𝑒𝑒𝑆𝑆𝑆𝑆𝑟𝑟𝑟𝑟𝐿𝐿𝐿𝐿 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑏𝑏𝑏𝑏𝑎𝑎𝑎𝑎𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑎𝑎𝑎𝑎𝑒𝑒𝑒𝑒; 𝑟𝑟𝑟𝑟 = 𝑒𝑒𝑒𝑒ú𝑒𝑒𝑒𝑒𝑆𝑆𝑆𝑆𝑟𝑟𝑟𝑟𝐿𝐿𝐿𝐿 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑆𝑆𝑆𝑆𝑎𝑎𝑎𝑎çõ𝑆𝑆𝑆𝑆𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝐿𝐿𝐿𝐿𝑡𝑡𝑡𝑡𝐿𝐿𝐿𝐿; 𝑗𝑗𝑗𝑗 = 𝑒𝑒𝑒𝑒ú𝑒𝑒𝑒𝑒𝑆𝑆𝑆𝑆𝑟𝑟𝑟𝑟𝐿𝐿𝐿𝐿 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑒𝑒𝑒𝑒ó𝑒𝑒𝑒𝑒. Como exemplo, vamos verificar se a treliça simples, demonstrada na figura 14, é, estaticamente, determinada ou indeterminada. Figura 14 - Treliça simples. Fonte: HIBBELER (2013). Na extremidade esquerda, temos um apoio fixo, resultando em duas componentes de reação horizontal e vertical. Já na extremidade direita, temos um apoio móvel posicionado na horizontal resultando em apenas uma componente horizontal de reação de apoio. Observamos, então, que o sistema é composto por três reações de apoio, sete barras e cinco nós. Aplicando a equação de determinação, temos: 𝒃𝒃𝒃𝒃 = 𝟕𝟕𝟕𝟕; 𝒓𝒓𝒓𝒓 = 𝟑𝟑𝟑𝟑; 𝒋𝒋𝒋𝒋 = 𝟓𝟓𝟓𝟓,𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆ã𝒐𝒐𝒐𝒐 𝟐𝟐𝟐𝟐𝒋𝒋𝒋𝒋 = 𝟓𝟓𝟓𝟓 ⋅ 𝟐𝟐𝟐𝟐 = 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏; ou seja: (𝒃𝒃𝒃𝒃 + 𝒓𝒓𝒓𝒓) = 𝟐𝟐𝟐𝟐𝒋𝒋𝒋𝒋 → (𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 = 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏) UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 13 Então, a treliça analisada é, estaticamente, determinada. 1.3. MÉTODO DOS NÓS Para que uma treliça esteja em equilíbrio, é necessário que cada um dos seus nós também esteja. Sendo assim, tendo uma treliça, estaticamente, determinada, é possível obter a ação presente em cada uma de suas barras aplicando as equações de equilíbrio através do método dos nós. O método dos nós consiste em analisar o equilíbrio de cada nó separadamente, utilizando de um diagrama de corpo livre para cada um. Podemos compreender melhor esse método no exemplificando a seguir. Considere a treliça ilustrada na figura 15 e determine a reação em cada uma das barras utilizando o método dos nós. Figura 15 - Exemplo de carga atuante em treliça simples. Fonte: HIBBELER (2013). Representando o diagrama de corpo livre no nó 𝑩𝑩𝑩𝑩,verificamos três forças atuantes sobre este, sendo a força de 500N e as forças resultantes das barras 𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩 e 𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩. Para confeccionar o diagrama de corpo livre, devemos partir do princípio de que as barras exercem forças de tração ou compressão. Ao calcularmos a força atuante desta barra, caso o resultado dê negativo, indica que erramos a natureza da força. Para obter o ângulo 𝜽𝜽𝜽𝜽 entre as barras 𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩 e 𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩. da treliça, utilizamos a lei da tangente aplicando a seguinte equação: UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 14 𝒆𝒆𝒆𝒆𝒕𝒕𝒕𝒕𝜽𝜽𝜽𝜽 = 𝑩𝑩𝑩𝑩𝑪𝑪𝑪𝑪 𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 𝒆𝒆𝒆𝒆𝒕𝒕𝒕𝒕𝜽𝜽𝜽𝜽 = 𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 𝒆𝒆𝒆𝒆𝒕𝒕𝒕𝒕𝜽𝜽𝜽𝜽 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝜽𝜽𝜽𝜽 = 𝒆𝒆𝒆𝒆𝒕𝒕𝒕𝒕−𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝜽𝜽𝜽𝜽 = 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓° Dessa forma, temos o diagrama de corpo livre para o nó 𝑩𝑩𝑩𝑩, como mostra a figura 16 a seguir: Figura 16 - Diagrama de corpo livre do nó B. Fonte: Acervo Pessoal (2020). Aplicando a equação de equilíbrio para somatório das forças horizontais, temos: 𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓 − 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 ⋅ 𝒔𝒔𝒔𝒔𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓° = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓 = 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 ⋅ 𝒔𝒔𝒔𝒔𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓° 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 = 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓 𝒔𝒔𝒔𝒔𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓° 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 = 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓 𝟏𝟏𝟏𝟏,𝟕𝟕𝟕𝟕𝟏𝟏𝟏𝟏 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 = 𝟕𝟕𝟕𝟕𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟕𝟕,𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟓𝟓𝟓𝟓 (𝒄𝒄𝒄𝒄𝒐𝒐𝒐𝒐𝟐𝟐𝟐𝟐𝒄𝒄𝒄𝒄𝒓𝒓𝒓𝒓𝒆𝒆𝒆𝒆𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔ã𝒐𝒐𝒐𝒐) Como o resultado encontrado foi um valor positivo, significa que acertamos o sentido da força ao defini-la, sendo assim, 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩é uma força de compressão e tem intensidade de 707,11 N. Aplicando, agora, a equação de equilíbrio para somatório das forças verticais, temos: UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 15 𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 ⋅ 𝒄𝒄𝒄𝒄𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓°− 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 ⋅ 𝒄𝒄𝒄𝒄𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓° = 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩 𝟕𝟕𝟕𝟕𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟕𝟕,𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓 ⋅ 𝒄𝒄𝒄𝒄𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓° = 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩 = 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟓𝟓𝟓𝟓 (𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒕𝒕𝒕𝒕çã𝒐𝒐𝒐𝒐) Como o resultado foi um valor positivo, significa que também acertamos o sentido da força 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩, sendo esta uma força de tração e intensidade de 500 N. Analisando, agora, o nó 𝑩𝑩𝑩𝑩, já temos a resultante da barra 𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 que exerce uma força de compressão de 707.11N, temos o apoio do tipo rolete 𝑩𝑩𝑩𝑩com uma resultante na vertical e temos a barra 𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩. Partiremos do princípio de que a resultante vertical do apoio C, denominada 𝑽𝑽𝑽𝑽𝑩𝑩𝑩𝑩, seja para cima, causando uma força de compressão e a força resultante da barra 𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩 seja de tração. Desenhando o diagrama de corpo livre, temos: Figura 17 - Diagrama de corpo livre do nó C. Fonte: Acervo Pessoal (2020). Aplicando a equação de equilíbrio para somatório das forças horizontais, temos: 𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 ⋅ 𝒄𝒄𝒄𝒄𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓° − 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩 = 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 ⋅ 𝒄𝒄𝒄𝒄𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓° 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩 = 𝟕𝟕𝟕𝟕𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟕𝟕,𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 ⋅ 𝒄𝒄𝒄𝒄𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓° 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩 = 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟓𝟓𝟓𝟓 (𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒕𝒕𝒕𝒕çã𝒐𝒐𝒐𝒐) O resultado é positivo, então acertamos o sentido da força 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩, ou seja, a mesma exerce uma solicitação de tração com intensidade de 500 N. Aplicando, agora, a equação de equilíbrio para somatório das forças verticais, temos: 𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑽𝑽𝑽𝑽𝑩𝑩𝑩𝑩 − 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 ⋅ 𝒐𝒐𝒐𝒐𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓° = 𝟏𝟏𝟏𝟏 UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 16 𝑽𝑽𝑽𝑽𝑩𝑩𝑩𝑩 = 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 ⋅ 𝒔𝒔𝒔𝒔𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓° 𝑽𝑽𝑽𝑽𝑩𝑩𝑩𝑩 = 𝟕𝟕𝟕𝟕𝟏𝟏𝟏𝟏𝟕𝟕𝟕𝟕,𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 ⋅ 𝒔𝒔𝒔𝒔𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓° 𝑽𝑽𝑽𝑽𝑩𝑩𝑩𝑩 = 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟓𝟓𝟓𝟓 (𝒄𝒄𝒄𝒄𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒄𝒄𝒄𝒄𝒓𝒓𝒓𝒓𝒆𝒆𝒆𝒆𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔ã𝒐𝒐𝒐𝒐) Assim, temos que 𝑽𝑽𝑽𝑽𝑩𝑩𝑩𝑩, sendo esta uma força de compressão de 500N. Para finalizar, analisaremos, agora, o nó 𝑨𝑨𝑨𝑨, nele temos a resultante da barra 𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩 que exerce uma força de tração de 500 N, a barra 𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩 que também exerce uma força de tração de 500 N e temos as componentes horizontal e vertical do apoio 𝑨𝑨𝑨𝑨. Para fins de equilíbrio, admitiremos que 𝑽𝑽𝑽𝑽𝑨𝑨𝑨𝑨 e 𝑯𝑯𝑯𝑯𝑨𝑨𝑨𝑨 também exerçam forças de tração. Logo, desenhando o diagrama de corpo livre, temos: Figura 18 - Diagrama de corpo livre do nó A. Fonte: Acervo Pessoal (2020). Então, aplicando a equação para somatório das forças horizontais, temos: 𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝑯𝑯𝑨𝑨𝑨𝑨 − 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑯𝑯𝑯𝑯𝑨𝑨𝑨𝑨 = 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩 𝑯𝑯𝑯𝑯𝑨𝑨𝑨𝑨 = 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟓𝟓𝟓𝟓 (𝒆𝒆𝒆𝒆𝒓𝒓𝒓𝒓𝒕𝒕𝒕𝒕çã𝒐𝒐𝒐𝒐) E aplicando a equação para somatório das forças verticais, temos: 𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑽𝑽𝑽𝑽𝑨𝑨𝑨𝑨 − 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑽𝑽𝑽𝑽𝑨𝑨𝑨𝑨 = 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑨𝑨𝑨𝑨𝑩𝑩𝑩𝑩 𝑽𝑽𝑽𝑽𝑨𝑨𝑨𝑨 = 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟓𝟓𝟓𝟓 (𝒆𝒆𝒆𝒆𝒓𝒓𝒓𝒓𝒕𝒕𝒕𝒕çã𝒐𝒐𝒐𝒐) UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 17 Agora, exercite o seu conhecimento adquirido sobre a análise de treliças pelo método dos nós solucionando o exercício abaixo. 1. (HIBBELER, 2013) Determine a força em cada membro da treliça representada na figura 19 e informe se estes estão em tração ou compressão. Figura 19 - Treliça plana. Fonte: HIBBELER (2013). Ao final do seu Livro-texto, você terá acesso à resposta desta questão. Confira se você está no caminho certo. 1.4. MEMBROS DE FORÇA ZERO A análise de estruturas treliçadas pelo método dos nós pode ser bastante simplificada caso sejam determinados previamente os membros de força zero. Membros de força zero são elementos que fazem parte da composição da treliça, porém não estão sujeitos a nenhuma força axial. Estes existem como forma de equilíbrio e estabilidade para o corpo treliçado. Segundo Hibbeler (2013), os membros de força zero de uma treliça podem, geralmente, ser determinados através de um exame dos nós e estes ocorrem em dois casos. ● Caso 1: Considere a treliça representada na imagem 20. Observe os dois membros conectados pelo nó C, onde ambos formam um ângulo reto sem nenhuma força aplicada sobre eles. UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 18 Figura 20 - Treliça com membro de força zero. Fonte: HIBBELER (2013). Representando o diagrama de corpo livre do nó C (ilustrado na figura 21), observamos que, ao aplicar as equações de equilíbrio de somatório das forças verticais e horizontais sobre o nó C, ambas as barras têm força zero. Figura 21 - Diagrama de corpo livre do nó C. Fonte: HIBBELER (2013). ● Caso 2: Outro caso que resulta em membro de força zero ocorre na treliça representada na figura 22 abaixo. Figura 22 - Treliça composta com membro de força zero. Fonte: HIBBELER (2013). Observe o nó D que possui duas barras 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑆𝑆𝑆𝑆 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐷𝐷𝐷𝐷 colineares e uma terceira barra 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐷𝐷𝐷𝐷 perpendicular a estas. Representando o diagrama de corpo livre UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 19 (ilustrado na figura 23) e rotacionando o eixo cartesiano de forma a melhor análise, temos: Figura 23 - Diagrama de corpo livre do nó D. Fonte: HIBBELER (2013). Aplicando o somatório das forças em y, verificamos que a barra 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐷𝐷𝐷𝐷 é um membro de força zero e a mesma só existe para estabilidade construtiva da treliça em questão. Como vimos nesse tópico, os membros de força zero não são submetidos a nenhuma força e existem apenas como forma de equilíbrio construtivo para o elemento estrutural. Ao defini-los, posteriormente, à aplicação do método dos nós, simplifica muito a solução do corpo analisado. A seguir, veja um vídeo sobre determinação de membros de força zero, clicando Aqui: Agora, aplique seu conhecimento relacionado a membros de força zero solucionando o exercício a seguir. 2. (HIBBELER, 2013) Usando o método dos nós, indique todos os membros de força zero da treliça ilustrada na figura 24. https://www.youtube.com/watch?v=qQvhWEzW7sk&t=48s UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 20 Figura 24 - Treliça exercício 2. Fonte: HIBBELER (2013). Ao final do seu Livro-texto, você terá acesso à resposta desta questão. Confira se você está no caminho certo. 1.5. MÉTODO DAS SEÇÕES Treliças muito longas podem se tornar cansativas de serem analisadas pelo método dos nós. Então, quando é necessário obter apenas a força aplicada em alguns dos membros da treliça, é possível utilizar o método das seções. Tal método consiste em cortar a treliça em dois ou mais segmentos através de uma seção imaginária passando pelo membro que se deseja analisar. Partindo do princípio de que se a treliça está em equilíbrio, todos os membros que a compõem também estão, portanto, podemos aplicar as equações de equilíbrio sobre as seções para determinar as forças de um dado membro. Vale constatar o cuidado ao selecionar o ponto por onde passará a seção de corte. Procure deixar o mínimo de barras desconhecidas possível na seção a ser analisada paranão prejudicar a execução de seus cálculos. Podemos compreender melhor esse método no exemplificando a seguir. (HIBBLER, 2013) Dada a treliça ilustrada na figura 25, defina as barras 𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩,𝑮𝑮𝑮𝑮𝑩𝑩𝑩𝑩 𝒆𝒆𝒆𝒆 𝑮𝑮𝑮𝑮𝜮𝜮𝜮𝜮 através do método das seções utilizando a seção a-a. UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 21 Figura 25 - Método das seções em treliças. Fonte: HIBBELER (2013). Aplicando o corte a-a na seção demonstrada acima, separamos a viga em dois segmentos representados nas figuras 26a e 26b. Para os membros que foram cortados pela seção, adotamos forças com naturezas (tração ou compressão) arbitrárias para aplicar as equações de equilíbrio. Ao aplicar as equações de equilíbrio, caso algum dos membros resulte em um valor negativo da força, significa que erramos a natureza da força ao arbitrá-la e basta adotar a natureza contrária. Figura 26 - Cortes obtidos pela seção da treliça. Fonte: HIBBELER (2013). O primeiro passo é solucionar as reações de apoio, observamos que a treliça em questão possui um apoio fixo em D e um apoio móvel horizontal em E. Inicialmente, utilizamos o somatório dos momentos em torno do apoio E para determinar a reação horizontal em D. 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑴𝑴𝑴𝑴𝑬𝑬𝑬𝑬 = 𝟏𝟏𝟏𝟏; 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓 ⋅ 𝟔𝟔𝟔𝟔𝟐𝟐𝟐𝟐 −𝑫𝑫𝑫𝑫𝑿𝑿𝑿𝑿 ⋅ 𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑫𝑫𝑫𝑫𝑿𝑿𝑿𝑿 = (𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓 ⋅ 𝟔𝟔𝟔𝟔𝟐𝟐𝟐𝟐) ÷ (𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐) 𝑫𝑫𝑫𝑫𝑿𝑿𝑿𝑿 = 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟑𝟑𝟑𝟑𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟓𝟓𝟓𝟓 UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 22 Em seguida, aplicamos as equações de equilíbrio de somatório das forças horizontais e verticais para obter as demais reações de apoio. 𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝑿𝑿𝑿𝑿 = 𝟏𝟏𝟏𝟏; −𝟓𝟓𝟓𝟓𝟑𝟑𝟑𝟑 𝟓𝟓𝟓𝟓−𝑬𝑬𝑬𝑬𝑿𝑿𝑿𝑿 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑬𝑬𝑬𝑬𝑿𝑿𝑿𝑿 = −𝟓𝟓𝟓𝟓𝟑𝟑𝟑𝟑𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟓𝟓𝟓𝟓 𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝒀𝒀𝒀𝒀 = 𝟏𝟏𝟏𝟏; −𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟓𝟓𝟓𝟓+ 𝑫𝑫𝑫𝑫𝒀𝒀𝒀𝒀 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑫𝑫𝑫𝑫𝒀𝒀𝒀𝒀 = 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟓𝟓𝟓𝟓 O sinal negativo em 𝑬𝑬𝑬𝑬𝒀𝒀𝒀𝒀 indica que erramos o sentido deste, ou seja, o mesmo tem sentido para a direita. No segmento ilustrado pela figura 26a, temos como força atuante apenas a ação de 1000N, tornando este mais simplificado para nossa análise. Também podemos calcular a partir do segmento ilustrado na figura 26b, mas neste temos duas reações horizontais e uma vertical, que, apesar de solucionadas, deixariam o nosso cálculo mais complexo. Para aplicar a equação de equilíbrio dos momentos, devemos solucionar um dos nós como ponto de origem para momentos e considerar que os demais membros giram em torno deste como um todo. Então, iremos considerar arbitrariamente o nó 𝑮𝑮𝑮𝑮. Para este, temos a força vertical de 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓 com distância horizontal de 𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 do ponto de origem, está causando momento anti-horário. Observamos também a força horizontal de 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 com distância vertical de 𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 causando momento horário. Expressando matematicamente: 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑴𝑴𝑴𝑴𝑮𝑮𝑮𝑮 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 −𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓+ 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 ⋅ 𝒔𝒔𝒔𝒔𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝟓𝟓𝟓𝟓 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓 ⋅ 𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 = 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 ⋅ 𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 ⋅ 𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 = 𝟐𝟐𝟐𝟐𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓 ⋅ 𝟐𝟐𝟐𝟐 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 = 𝟐𝟐𝟐𝟐𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓 ⋅ 𝟐𝟐𝟐𝟐 𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 = 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓 (𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒕𝒕𝒕𝒕çã𝒐𝒐𝒐𝒐) Ressalta-se que, como discutido anteriormente, ao obter um resultado positivo nas equações de equilíbrio, indica que acertamos ao arbitrar a natureza da força, ou seja, 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 é uma força de tração. Agora que temos 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩, podemos aplicar a equação do equilíbrio a partir do somatório das forças verticais, como demonstrado na equação abaixo: UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 23 𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝒀𝒀𝒀𝒀 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 −𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓+ 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑮𝑮𝑮𝑮𝑩𝑩𝑩𝑩 ⋅ 𝒔𝒔𝒔𝒔𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓° = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑮𝑮𝑮𝑮𝑩𝑩𝑩𝑩 ⋅ 𝒔𝒔𝒔𝒔𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝟒𝟒𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓° = 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑮𝑮𝑮𝑮𝑩𝑩𝑩𝑩 = 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓 𝒔𝒔𝒔𝒔𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓° 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑮𝑮𝑮𝑮𝑩𝑩𝑩𝑩 = 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟒𝟒𝟒𝟒𝟏𝟏𝟏𝟏𝟒𝟒𝟒𝟒,𝟐𝟐𝟐𝟐𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓 (𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒕𝒕𝒕𝒕çã𝒐𝒐𝒐𝒐) Agora temos 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 𝒆𝒆𝒆𝒆 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑮𝑮𝑮𝑮𝑩𝑩𝑩𝑩, então, podemos aplicar a equação do equilíbrio a partir do somatório das forças horizontais, como podemos ver na equação a seguir: 𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝜮𝑿𝑿𝑿𝑿 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 −𝜮𝜮𝜮𝜮𝑮𝑮𝑮𝑮𝜮𝜮𝜮𝜮 + 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑮𝑮𝑮𝑮𝑩𝑩𝑩𝑩 ⋅ 𝒄𝒄𝒄𝒄𝒐𝒐𝒐𝒐𝒔𝒔𝒔𝒔 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓° + 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑮𝑮𝑮𝑮𝜮𝜮𝜮𝜮 = 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑮𝑮𝑮𝑮𝑩𝑩𝑩𝑩 ⋅ 𝒄𝒄𝒄𝒄𝒐𝒐𝒐𝒐𝒔𝒔𝒔𝒔 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓° + 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑮𝑮𝑮𝑮𝜮𝜮𝜮𝜮 = 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟒𝟒𝟒𝟒𝟏𝟏𝟏𝟏𝟒𝟒𝟒𝟒,𝟐𝟐𝟐𝟐𝟏𝟏𝟏𝟏 ⋅ 𝒄𝒄𝒄𝒄𝒐𝒐𝒐𝒐𝒔𝒔𝒔𝒔 𝟒𝟒𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓° + 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓 𝜮𝜮𝜮𝜮𝑮𝑮𝑮𝑮𝜮𝜮𝜮𝜮 = 𝟐𝟐𝟐𝟐𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓 (𝒄𝒄𝒄𝒄𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒐𝒄𝒄𝒄𝒄𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔ã𝒐𝒐𝒐𝒐) Assim, obtemos as três forças que nos foram solicitadas sem a necessidade de solucionar a treliça inteira nó a nó. O procedimento para se solucionar uma treliça através do método dos nós é: 1. Definir os membros da treliça a serem determinados; 2. Seccionar a treliça, de forma que a seção passe cortando os membros a serem analisados, deixando o mínimo possível de incógnitas para resolver; 3. Desenhar o diagrama de corpo livre separando os dois segmentos separados pela seção aplicada; 4. Utilizar das equações de equilíbrio para definir as reações de apoio da treliça analisada; 5. Selecionar qual dos segmentos será utilizado para determinar os membros necessários; 6. Aplicar as equações de equilíbrio para determinação dos membros, lembrando que para somatório dos momentos deve ser selecionado um nó da treliça como ponto de origem e supor que todos os demais membros giram em torno deste. Bem, para finalizar a nossa aula, solucione o exercício proposto a seguir, praticando o conhecimento adquirido neste tópico. UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 24 3. (HIBBLER, 2013) Determine as forças nos membros 𝑮𝑮𝑮𝑮𝑮𝑮𝑮𝑮 𝒆𝒆𝒆𝒆 𝑩𝑩𝑩𝑩𝑪𝑪𝑪𝑪 da treliça do telhado demonstrada na figura 27. As dimensões e cargas estão representadas na ilustração desta. Indique a natureza dos membros determinados. Figura 27 - Treliça Fonte: HIBBLER (2013). Ao final do seu Livro-texto, você terá acesso à resposta desta questão. Confira se você está no caminho certo. Ao fim dessa aula, você, aluno(a) é capaz de interpretar as condições de equilíbrio de uma estrutura treliçada? Consegue solucionar treliças utilizando os métodos dos nós e das seções? Caso você consiga responder essas questões, parabéns! Você atingiu os objetivos específicos da Aula 2. Caso tenha dificuldades para responder a algumas delas, aproveite para reler o conteúdo das Aulas, e acessar o UNIARAXÁ Virtual e interagir com seus colegas e Tutor(a). Você não está sozinho nessa caminhada. Conte conosco! RECAPITULANDO Nesta Aula, falamos sobre as treliças, como são formadas, suas principais aplicações e como classificá-las conforme sua composição. UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 25 Logo após, aprendemos que treliças são compostas por membros delgados ordenadosna forma triangular, sendo estes expostos a forças de natureza tracionada ou comprimida. Discutimos também sobre os membros de força zero, como estes se formam e qual a sua função para uma estrutura treliçada. Por fim, exercitamos como determinar os membros de uma treliça através dos métodos dos nós e das seções. Na próxima Aula, discutiremos sobre as forças internas que se desenvolvem nos membros estruturais solicitados a cargas de carregamento. Até lá!!! VIDEOAULA Após a leitura e o estudo do seu livro-texto, chegou o momento de complementar seu conhecimento. Vá até seu Ambiente Virtual de Aprendizagem e acesse a Videoaula referente à Aula. UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 26 1. Como o exercício já nos deu as reações de apoio, podemos verificar que a treliça analisada é simétrica. Ou seja, partindo do eixo central suas duas extremidades são iguais, fazendo necessária a análise de apenas metade desta. Representando o diagrama de corpo livre do nó A, temos: Aplicando as equações de equilíbrio sobre este, temos: 𝛴𝛴𝛴𝛴𝐷𝐷𝐷𝐷𝑌𝑌𝑌𝑌 = 0; 4 − 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 ⋅ 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 30º = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 = 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = 8𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 (𝐶𝐶𝐶𝐶) 𝐷𝐷𝐷𝐷𝑋𝑋𝑋𝑋 = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 − 8 ⋅ 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 30º = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 = 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐶𝐶𝐶𝐶𝐸𝐸𝐸𝐸 = 6,92𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 (𝑇𝑇𝑇𝑇) Partindo, agora, para o nó G, realizamos a rotação do eixo cartesiano neste para facilitar a análise, assim, temos o seguinte diagrama de corpo livre: Aplicando as equações de equilíbrio sobre este, temos: 𝛴𝛴𝛴𝛴𝐷𝐷𝐷𝐷𝑌𝑌𝑌𝑌 = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 ⋅ 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 60º − 3 ⋅ 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 30º = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 = 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐸𝐸𝐸𝐸𝐶𝐶𝐶𝐶 = 3𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 (𝐶𝐶𝐶𝐶) 𝛴𝛴𝛴𝛴𝐷𝐷𝐷𝐷𝑋𝑋𝑋𝑋 = 0; 8 − 3 ⋅ 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 30º − 3 ⋅ 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 60º − 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐴𝐴𝐴𝐴𝐺𝐺𝐺𝐺 = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐴𝐴𝐴𝐴𝐺𝐺𝐺𝐺 = 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐸𝐸𝐸𝐸𝐺𝐺𝐺𝐺 = 5𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 (𝐶𝐶𝐶𝐶) Para finalizar, analisaremos o nó G representando o seguinte diagrama de corpo livre: Aplicando as equações de equilíbrio sobre este, temos: 𝛴𝛴𝛴𝛴𝐷𝐷𝐷𝐷𝑌𝑌𝑌𝑌 = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐴𝐴𝐴𝐴𝐺𝐺𝐺𝐺 ⋅ 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 60º − 3 ⋅ 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 30º = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐴𝐴𝐴𝐴𝐺𝐺𝐺𝐺 = 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐶𝐶𝐶𝐶𝐺𝐺𝐺𝐺 = 1,73𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘(𝑇𝑇𝑇𝑇) 𝛴𝛴𝛴𝛴𝐷𝐷𝐷𝐷𝑋𝑋𝑋𝑋 = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐴𝐴𝐴𝐴𝐶𝐶𝐶𝐶 + 1,73 ⋅ 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 60º + 3 ⋅ 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 30º − 6,928 = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐴𝐴𝐴𝐴𝐶𝐶𝐶𝐶 = 3,46𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 (𝑇𝑇𝑇𝑇) FOLHA DE RESPOSTAS UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 27 2. Analisando o diagrama de corpo livre do nó D, observamos que não há nenhuma força para equilibrar h, verticalmente, com a barra 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶, tornando esta membro de força zero e também a barra 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐷𝐷𝐷𝐷 em consequência do somatório das forças horizontais, como demonstrado abaixo. 𝛴𝛴𝛴𝛴𝐷𝐷𝐷𝐷𝑌𝑌𝑌𝑌 = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 ⋅ 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝜃𝜃𝜃𝜃 = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = 0 𝛴𝛴𝛴𝛴𝐷𝐷𝐷𝐷𝑋𝑋𝑋𝑋 = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 + 0 = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = 0 Analisando, agora, o nó E, verificamos que a barra 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷também é força zero em consequência do membro horizontal 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐷𝐷𝐷𝐷 que não tem força resultante para equilibrar com esta, como demonstrado abaixo. 𝛴𝛴𝛴𝛴𝐷𝐷𝐷𝐷𝑋𝑋𝑋𝑋 = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐸𝐸𝐸𝐸𝐺𝐺𝐺𝐺 + 0 = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐸𝐸𝐸𝐸𝐺𝐺𝐺𝐺 = 0 Passando para o nó H, onde ocorre o caso dois discutido no tópico 1.4 desta aula, duas barras colineares possuindo um membro perpendicular a ambas, este membro é força zero, como representado abaixo. 𝛴𝛴𝛴𝛴𝐷𝐷𝐷𝐷𝑌𝑌𝑌𝑌 = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐻𝐻𝐻𝐻𝐴𝐴𝐴𝐴 = 0 Finalizando no nó G, onde ocorre o mesmo caso acima, como representado abaixo. UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 28 𝛴𝛴𝛴𝛴𝐷𝐷𝐷𝐷𝑌𝑌𝑌𝑌 = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 = 0 3. Para determinar tais membros, devemos executar duas seções, como as representadas na figura 23 no enunciado do exercício. Inicialmente, determinaremos o membro 𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺 através da seção a-a, para este representaremos o diagrama de corpo livre abaixo. Podemos deslocar 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐴𝐴𝐴𝐴𝐺𝐺𝐺𝐺 para o ponto G utilizando o princípio da transmissibilidade. Assim, temos uma solução direta para 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐴𝐴𝐴𝐴𝐺𝐺𝐺𝐺 aplicando a equação de momentos em torno do nó I. 𝛴𝛴𝛴𝛴𝑀𝑀𝑀𝑀𝐼𝐼𝐼𝐼 = 0; −𝐷𝐷𝐷𝐷𝐴𝐴𝐴𝐴𝐺𝐺𝐺𝐺 ⋅ 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 30º ⋅ 2𝑒𝑒𝑒𝑒 + 1200 𝑘𝑘𝑘𝑘 ⋅ 1,155𝑒𝑒𝑒𝑒 = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐴𝐴𝐴𝐴𝐺𝐺𝐺𝐺 = 1386 𝑘𝑘𝑘𝑘 (𝐶𝐶𝐶𝐶) Logo, para 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶, temos o diagrama de corpo livre a seguir, da seção b-b. Aplicando as equações de momento em torno do nó A, temos: 𝛴𝛴𝛴𝛴𝑀𝑀𝑀𝑀𝐴𝐴𝐴𝐴 = 0; −1200 𝑘𝑘𝑘𝑘 ⋅ 1,155𝑒𝑒𝑒𝑒 + −𝐷𝐷𝐷𝐷𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 ⋅ 2𝑒𝑒𝑒𝑒 = 0; 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 = 693 𝑘𝑘𝑘𝑘 (𝑇𝑇𝑇𝑇) UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 29 CRÉDITOS Figura 11 - Treliça simples em estrutura de telhado metálico - Fonte: O CALCULISTA DE AÇO. Disponível em: <http://calculistadeaco.com.br/wp-content/uploads/2017/10/ trelicaMetalica.jpg>. Acesso em: 25 fev. 2020. LISTA DE FIGURAS UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 30 ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8800: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios. 1 ed. Rio de Janeiro, 2008. 237 p. FAKURY, R.H., CASTRO E SILVA, A.L., CALDAS, R.B. Dimensionamento de Elementos Estruturais de Aço e Mistos de Aço e Concreto. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016. HIBBELER, R. C. Análise das Estruturas. 8. ed. São Paulo: Pearson, 2013. 522 p. Tradução de: Structural Analysis, 8th ed. HIBBELER, R. C. Estática: mecânica para engenharia – 12. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2014.Disponível em: http://uniaraxa.bv3.digitalpages.com.br/users/publications/9788576058151 Acesso em: 01 de mar. 2020. MATOS, Rafael Carrijo Barreto de. Sistemas de contraventamentos em edifícios de estrutura metálica. 2014. 65 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Civil, Faculdade de Tecnologia e Ciências Sociais Aplicadas, Brasília, 2014. Disponível em: https://repositorio.uniceub.br/jspui/bitstream/235/6404/1/21016114.pdf. Acesso em: 01 mar. 2020. MCCORMAC, Jack C. Análise Estrutural: Usando Métodos Clássicos e Métodos Matriciais. 4. ed. Rio de Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda., 2009. 482 p. Tradução de: Structural Analysis: Using Classical and Matrix Methods, 4th ed. O CALCULISTA DE AÇO. Treliça metálica é sempre mais econômica? s.a. Disponível em: <http://calculistadeaco.com.br/wp- content/uploads/2017/10/trelicaMetalica.jpg>. Acesso em: 25 fev. 2020. REFERÊNCIAS UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS 312UNIARAXÁ - CENTRO UNIVERSITÁRIO DO PLANALTO DE ARAXÁ • TODOS OS DIREITOS RESERVADOS CONTATO: 3669.2008 • 3669.2017 • 3669.2028 ead@uniaraxa.edu.br
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