Na janela de impressão, escolha “Salvar como PDF” para guardar uma cópia no seu dispositivo.
1Fórmulas e métodos
Reações de apoio em vigas
Equilíbrio
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
Carga uniforme
resultante w·L no meio da carga
Momento
M = F·d
Método
Desenhe um diagrama de corpo livre e substitua cada apoio por suas reações.
Substitua cada carga distribuída por uma única força no seu centroide.
Tome momentos em relação a um apoio para encontrar a reação no outro.
Use ΣFy = 0 para encontrar a reação restante e confira com uma segunda equação de momentos.
Esforço cortante e momento fletor
Cortante e momento
V = ΣF de um lado, M = ΣF·d de um lado
Tensão de flexão
σ = M·y/I
Retângulo
I = bh³/12
Módulo de resistência
W = I/ymax
Viga biapoiada, carga uniforme
Mmax = wL²/8
Método
Encontre as reações de apoio pelo equilíbrio da viga inteira.
Corte a viga na seção de que você precisa e fique com um dos lados.
Esforço cortante: soma das forças verticais daquele lado. Momento fletor: soma dos momentos dessas forças em relação ao corte.
Para o momento máximo, encontre onde o esforço cortante é zero.
Treliça: método dos nós
Método dos nós
ΣFx = 0, ΣFy = 0 at each joint
Método das seções
ΣM = 0 about a cut point
Esforço na barra
positivo = tração, negativo = compressão
Método
Encontre as reações de apoio da treliça inteira.
Método dos nós: comece em um nó com no máximo duas forças de barra desconhecidas e use ΣFx = 0 e ΣFy = 0.
Método das seções: corte a barra de que você precisa e tome momentos em relação a um ponto onde as outras barras desconhecidas se encontram.
Suponha tração; uma resposta negativa significa compressão.
Deflexão da viga
Carga concentrada no meio do vão
δ = PL³/(48EI)
Carga uniforme, viga biapoiada
δ = 5wL⁴/(384EI)
Balanço, carga na ponta
δ = PL³/(3EI)
Balanço, carga uniforme
δ = wL⁴/(8EI)
Superposição
δ = δ1 + δ2
Flambagem de pilares
Carga crítica de Euler
Pcr = π²EI/(KL)²
Fator de comprimento efetivo
K = 1 articulado–articulado, 0,5 engastado–engastado, 0,7 engastado–articulado, 2 engastado–livre
Tensão crítica
σcr = Pcr/A
Esbeltez
λ = KL/r, r = √(I/A)
2Exercícios
1.Reações de apoio em vigasMédia
A viga em balanço está engastada na parede em A. Ela suporta uma carga uniformemente distribuída w da parede até 4,5 m e uma carga concentrada P a 3,5 m da parede. Encontre a reação vertical RA na parede.
L = 6 mP = 10 kN em 3,5 mw = 10 kN/m de 0 a 4,5 m
RA = kN
2.Reações de apoio em vigasDifícil
A viga em balanço está engastada na parede em A. Ela suporta uma carga linearmente variável que vale 8 kN/m na parede e cai até zero na extremidade livre B, além de uma carga concentrada P a 5 m da parede. Encontre o módulo do momento de reação MA na parede.
L = 6 mw0 = 8 kN/mP = 80 kN em 5 m
MA = kN·m
3.Esforço cortante e momento fletorMédia
A viga em balanço está engastada em A. Ela suporta uma carga uniformemente distribuída w em todo o comprimento e uma carga concentrada P a 4 m de A. Encontre o momento fletor Mx na seção x = 1 m a partir do engaste A. Use momentos positivos quando tracionam a face inferior e cortante para cima na face esquerda positivo.
L = 4 mP = 20 kN em 4 mw = 2 kN/m de 0 a 4 mx = 1 m
Mx = kN·m
4.Esforço cortante e momento fletorDifícil
A viga se apoia em um apoio fixo em A e em um apoio móvel em B e se estende 2 m além de B, em balanço, até a extremidade livre C. Uma carga uniformemente distribuída w atua em todo o comprimento A–C. Encontre o momento fletor positivo máximo Mmax entre os apoios.
L = 10 mw = 10 kN/m de 0 a 10 mapoios em x = 0 e x = 8 m
Mmax = kN·m
5.Treliça: método dos nósMédia
Use o método dos nós para encontrar a força FBC na barra BC. Dê tração como positiva e compressão como negativa.
vão = 6 maltura = 4 mB está a 5 m de Acarga vertical = 35 kN
FBC = kN
6.Treliça: método dos nósDifícil
Exatamente um membro desta treliça não suporta força sob estas cargas. Qual é o membro de força nula? Clique nele no diagrama.
G: 35 kN ↓H: 40 kN ↓H: 35 kN ←
1membro AB
2membro BC
3membro CD
4membro DE
5membro FG
6membro GH
7membro AF
8membro HE
9membro BF
10membro CG
11membro DH
12membro BG
13membro DG
7.Deflexão da vigaMédia
Uma viga em balanço de comprimento L está engastada em A e suporta uma carga concentrada P a uma distância a = 2 m de A. Encontre a deflexão δP sob a carga.
P = 25 kNa = 2 mL = 5 mE = 70 GPa (alumínio)I = 23 × 10⁶ mm⁴
δP = mm
8.Deflexão da vigaDifícil
Uma viga simplesmente apoiada suporta uma carga uniformemente distribuída w. Sua deflexão não pode passar de vão/360. Encontre o menor momento de inércia Ireq que atende a esse limite.
w = 10 kN/mL = 5 mE = 70 GPa (alumínio)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.Flambagem de pilaresMédia
Um pilar de comprimento L feito de alumínio está engastado na base e articulado no topo. Usando a fórmula de Euler, encontre sua carga crítica de flambagem Pcr.
L = 2,5 mE = 70 GPa (alumínio)d = 60 mm
Pcr = kN
10.Flambagem de pilaresDifícil
Um pilar circular maciço de comprimento L feito de alumínio está engastado nas duas extremidades. Ele deve suportar 110 kN com um fator de segurança de 2 contra flambagem. Encontre o menor diâmetro d.
P = 110 kNn = 2L = 5 mE = 70 GPa (alumínio)
d = mm
3Soluções
1.Reações de apoio em vigas
Resposta: RA = 55 kN
Equilíbrio de balanços: um engaste pode empurrar para cima e também impedir a rotação, então dá uma reação vertical RA e um momento de reação MA. ΣFy = 0 dá RA, e os momentos em relação à parede dão MA = Σ(carga × distância até a parede). Uma carga distribuída atua como sua resultante no centroide do diagrama de carga.
Resultante da carga distribuída
W = 10·4,5 = 45 kN, x̄ = 2,25 m
Equilíbrio vertical
RA = P + W = 10 + 45 = 55 kN
Resposta
RA = 55 kN
2.Reações de apoio em vigas
Resposta: MA = 448 kN·m
Equilíbrio de balanços: um engaste pode empurrar para cima e também impedir a rotação, então dá uma reação vertical RA e um momento de reação MA. ΣFy = 0 dá RA, e os momentos em relação à parede dão MA = Σ(carga × distância até a parede). Uma carga distribuída atua como sua resultante no centroide do diagrama de carga.
Resultante da carga triangular
W = ½·8·6 = 24 kN
x̄ = L/3 = 2 m
Momento em relação à parede
MA = W·x̄ + P·a = 24·2 + 80·5 = 448 kN·m
Resposta
MA = 448 kN·m
3.Esforço cortante e momento fletor
Resposta: Mx = −69 kN·m
Método das seções: corte a viga onde você quer os esforços internos e fique com um lado. O esforço cortante V equilibra as forças verticais desse lado, e o momento fletor M equilibra os momentos delas em relação ao corte.
Fique com a parte da extremidade livre
P: −20·3 = −60 kN·m
w: −2·3²/2 = −9 kN·m
Mx = −60 − 9 = −69 kN·m
Resposta
Mx = −69 kN·m
Negativo significa tração na face superior.
4.Esforço cortante e momento fletor
Resposta: Mmax = 70,31 kN·m
Método das seções: corte a viga onde você quer os esforços internos e fique com um lado. O esforço cortante V equilibra as forças verticais desse lado, e o momento fletor M equilibra os momentos delas em relação ao corte. Momento máximo: como dM/dx = V, o momento fletor atinge seu pico onde o esforço cortante passa por zero, seja em uma carga concentrada, seja dentro de uma carga distribuída.
Reações de apoio
Equilíbrio da viga inteira, incluindo a carga no balanço.
Resultante da carga distribuída: W = w·ℓ = 10·10 = 100 kN, atuando em x̄ = 5 m
Método dos nós: cada nó de uma treliça está em equilíbrio, então ΣFx = 0 e ΣFy = 0 em cada nó. Comece por um nó com no máximo duas forças de barra desconhecidas. Um resultado negativo significa que a barra está comprimida.
Reações de apoio
Equilíbrio da treliça inteira. Momentos em relação a A, positivos no sentido anti-horário.
ΣMA = 0: Cy·6 = 35·5 → Cy = 29,17 kN
ΣFy = 0: Ay = 35 − 29,17 = 5,833 kN
Nó C
O apoio móvel dá apenas uma reação vertical, então o nó C tem só duas forças de barra desconhecidas. Suponha ambas tracionadas.
sin γ = 4/4,123 = 0,9701, cos γ = 1/4,123 = 0,2425
Membros de força nula: em um nó, as forças devem se equilibrar em todas as direções. Se um nó não tem carga nem apoio, e dois de seus três membros estão alinhados, então o equilíbrio na direção perpendicular a essa linha envolve apenas o terceiro membro, e portanto sua força é zero. Se apenas dois membros se encontram em um nó sem carga e não estão alinhados, ambos são nulos.
Nó C
BC e CD estão em uma mesma reta e o nó não tem carga. Equilibrar as forças na direção perpendicular a essa reta deixa apenas CG.
ΣF⊥ = 0 → FCG = 0
Verifique com o método dos nós
Resolver todos os nós dá estas forças nos membros (T = tração, C = compressão).
Deflexão de vigas: as deflexões vêm de integrar duas vezes a curvatura M/(EI). Os casos padrão são tabelados, por exemplo PL³/(3EI) para um balanço com carga na ponta e 5wL⁴/(384EI) para uma viga simplesmente apoiada com carga uniforme em todo o vão. Deflexões de cargas separadas se somam (superposição).
Unidades consistentes
Trabalhe em N e mm: P em N, w em N/mm (kN/m = N/mm), L em mm, E em N/mm² (GPa × 1000), I em mm⁴.
P = 25000 N, a = 2000 mm, L = 5000 mm
EI = 1,61 × 10¹² N·mm²
Deflexão sob a carga
δP = Pa³/(3EI) = 25000·2000³/(3·1,61 × 10¹²) = 41,41 mm
Resposta
δP = 41,41 mm
8.Deflexão da viga
Resposta: Ireq = 83,71 × 10⁶ mm⁴
Deflexão de vigas: as deflexões vêm de integrar duas vezes a curvatura M/(EI). Os casos padrão são tabelados, por exemplo PL³/(3EI) para um balanço com carga na ponta e 5wL⁴/(384EI) para uma viga simplesmente apoiada com carga uniforme em todo o vão. Deflexões de cargas separadas se somam (superposição).
Limite de deflexão
δallow = L/360 = 5000/360 = 13,89 mm
Momento de inércia necessário
I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·10·5000⁴/(384·70000·13,89) = 8,371 × 10⁷ mm⁴
Ireq = 83,71 × 10⁶ mm⁴
Resposta
Ireq = 83,71 × 10⁶ mm⁴
9.Flambagem de pilares
Resposta: Pcr = 143,5 kN
Flambagem de Euler: um pilar esbelto fica instável em Pcr = π²EI/(KL)², onde KL é o comprimento efetivo: K = 1 para articulado–articulado, 2 para engastado–livre, 0,7 para engastado–articulado e 0,5 para engastado–engastado. Ele flamba em torno do eixo com o menor I. A fórmula vale para pilares esbeltos, cuja tensão crítica fica abaixo da tensão de escoamento.
Menor momento de inércia
Uma seção circular tem o mesmo I em relação a qualquer eixo.
Flambagem de Euler: um pilar esbelto fica instável em Pcr = π²EI/(KL)², onde KL é o comprimento efetivo: K = 1 para articulado–articulado, 2 para engastado–livre, 0,7 para engastado–articulado e 0,5 para engastado–engastado. Ele flamba em torno do eixo com o menor I. A fórmula vale para pilares esbeltos, cuja tensão crítica fica abaixo da tensão de escoamento.
Carga crítica necessária
Pcr = n·P = 2·110000 = 220000 N
KL = 0,5·5000 = 2500 mm
Resolva para o diâmetro
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·220000·2500²/(π³·70000))^(1/4) = 79,8 mm
Resposta
d = 79,8 mm
Verificação: a esbeltez KL/r é 125,3, então o pilar é esbelto e Euler se aplica.