Professor: Márcio André Araújo Cavalcante
Introdução à Análise Estrutural
Universidade Federal de Alagoas – UFAL
Centro de Ciências Agrárias - CECA
Curso de Engenharia de Energia
Mecânica dos Sólidos II
1. O que é uma estrutura?
Resposta óbvia: Estrutura é tudo aquilo que sustenta, tal qual o esqueleto humano.
1. O que é uma estrutura?
Uma forma interessante de entender as estruturas é observar a natureza: A natureza tende a resolver seus problemas de ordem biológica e física de forma otimizada.
Uma folha de palmeira apresenta dobraduras.
Uma estrutura de uma árvore
2. Estrutura como o caminho das forças
A Estrutura é o caminho pelo qual as forças que atuam sobre ela devem transitar até chegar ao seu destino final, o solo.
O caminho natural que as forças gravitacionais (os pesos dos objetos e das pessoas) tendem a tomar é o da vertical.
Se for oferecido a estas forças um caminho mais longo, elas obrigatoriamente terão de percorrê-lo, desviando-se de sua
tendência natural e provocando esforços adicionais que solicitarão
os elementos presentes nesse caminho.
Esforço Normal
Esforço Normal
Esforço Cortante
2. Estrutura como o caminho das forças
Uma estrutura com muitos caminhos tende a tê-los mais esbeltos; já as com poucos caminhos sofrem um maior acúmulo de forças em cada um, obrigando-os a serem mais robustos.
Treliça espacial (elementos esbeltos)
3. Geometria dos elementos estruturais
Não é só a resistência do material que garante a um elemento estrutural a capacidade de suportar cargas.
Sua forma é muitas vezes mais determinante da sua resistência do que a própria resistência do material.
Quando a forma de uma peça estrutural é bem elaborada, ela se traduz em ganho na sua capacidade resistente.
O sistema estrutural denominado arco, pode ter um bloco de pedra como elemento básico:
3. Geometria dos elementos estruturais
No entanto, esses mesmos blocos, quando agrupados de outra forma, são incapazes de vencer vãos significativos ou de suportar qualquer carga.
Quanto às suas relações geométricas, os elementos estruturais podem ser classificados em três tipos básicos:
BARRAS OU FIOS
(estruturas lineares)
São elementos estruturais que apresentam uma de suas
dimensões predominando sobre as outras duas.
PILAR
VIGA
ARCO
CABO
BARRAS OU FIOS
(estruturas lineares)
TIRANTE: Para pendurar cargas.
PILAR: Para apoiar cargas.
VIGA: Para vencer vãos.
As barras podem ser associadas, criando sistemas estruturais mais complexos, como a treliça abaixo.
Tirante
Viga
Pilar
FOLHAS OU LÂMINAS
São elementos estruturais que apresentam duas de suas
dimensões predominando sobre a terceira.
CHAPA (VIGA PAREDE)
CASCA
PLACA (LAJE)
FOLHAS OU LÂMINAS
Membranas (lona): lâminas muito finas que apresentam resistência apenas no seu plano.
Cargas perpendiculares ao seu plano provocam alteração na sua forma.
Placas (laje): devido à sua maior rigidez, apresentam a capacidade de vencer vãos, suportando cargas transversais ao seu plano.
FOLHAS OU LÂMINAS
Cascas (abóbada): advém da associação da propriedade peculiar das membranas (pequena espessura) com a das placas (resistência a cargas normais ao seu plano).
A resistência transversal é determinada pelas curvaturas ou dobraduras existentes em seu plano.
Quanto mais predominar o efeito de membrana, ou seja, quanto mais os esforços se distribuem no seu plano, mais esbelta será a casca.
Isso é possível com uma adequada relação entre a forma da casca e o carregamento que a solicita.
BLOCOS
São elementos estruturais que apresentam as três dimensões na
mesma ordem de grandeza.
CONSOLE
BLOCO DE
FUNDAÇÃO
BLOCO DE
CONTRAFORTE DE
UMA BARRAGEM
4. Forças atuantes nas estruturas
As estruturas funcionam como caminho das forças
para levá-las ao solo.
As forças que atuam nas edificações precisam ser
muito bem conhecidas (intensidade, direção e
sentido) para que a concepção estrutural seja
coerente com o caminho que essas forças devem
percorrer até o solo e para que os elementos
estruturais sejam adequadamente dimensionados.
Cargas permanentes
Toda a vida útil
Cargas permanentes:
determinadas com boa precisão
Cargas acidentais:
estimadas por Normas
•
Peso próprio da estrutura
•
Peso dos revestimentos
•
Peso das paredes
•
Peso de ocupação das pessoas
•
Peso do mobiliário
•
Peso de veículos
•
Força do vento
Devido apenas a forças gravitacionais.
No Brasil, a norma que determina os valores das cargas
acidentais é a NBR 6120 (ABNT).
5. Distribuição das cargas nos elementos
estruturais
(Geometria das cargas)
Normalmente, a geometria dos carregamentos acompanha a geometria dos elementos estruturais sobre os quais eles atuam.
As cargas podem atuar de maneira uniforme sobre as estruturas
(cargas uniformes) ou variar de intensidade ponto a ponto (cargas variáveis).
