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 tem um apoio fixo em A e um apoio móvel em B, a 4 m de A, e se estende em balanço além de B até a extremidade livre C. Encontre a reação vertical RB, considerando positivo para cima.
AB = 4 mAC = 5 mP1 = 75 kN em 1,5 mP2 = 50 kN em 5 m
RB = 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 12 kN/m na parede e cai até zero na extremidade livre B, além de uma carga concentrada P a 2,5 m da parede. Encontre o módulo do momento de reação MA na parede.
L = 4 mw0 = 12 kN/mP = 20 kN em 2,5 m
MA = kN·m
3.Esforço cortante e momento fletorMédia
A viga simplesmente apoiada suporta duas cargas concentradas. Encontre o momento fletor máximo Mmax na viga.
L = 4 mP1 = 20 kN em 1 mP2 = 75 kN em 3 m
Mmax = 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 1,5 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 = 7,5 mw = 12 kN/m de 0 a 7,5 mapoios em x = 0 e x = 6 m
Mmax = kN·m
5.Treliça: método dos nósMédia
Exatamente um membro desta treliça não suporta força sob estas cargas. Qual é o membro de força nula? Clique nele no diagrama.
G: 30 kN ↓H: 15 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
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.
D: 10 kN ↓F: 10 kN ↓H: 30 kN ↓H: 30 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 simplesmente apoiada suporta uma carga uniformemente distribuída w em todo o vão. Encontre a deflexão máxima δmax, no meio do vão.
w = 8 kN/mL = 1,5 mE = 11 GPa (madeira estrutural)I = 12 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.Deflexão da vigaDifícil
Uma viga simplesmente apoiada suporta uma carga uniformemente distribuída w e uma carga concentrada P no meio do vão. Usando superposição, encontre a deflexão no meio do vão δmax.
P = 12 kNw = 12 kN/mL = 2 mE = 200 GPa (aço)I = 12 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
9.Flambagem de pilaresMédia
Um pilar de comprimento L feito de alumínio está articulado nas duas extremidades. Usando a fórmula de Euler, encontre sua carga crítica de flambagem Pcr.
L = 2 mE = 70 GPa (alumínio)b × h = 20 × 40 mm
Pcr = kN
10.Flambagem de pilaresDifícil
Um pilar de comprimento L feito de alumínio está engastado nas duas extremidades. Encontre sua esbeltez e a tensão crítica de flambagem σcr pela fórmula de Euler.
L = 6 mE = 70 GPa (alumínio)d = 60 mm
σcr = MPa
3Soluções
1.Reações de apoio em vigas
Resposta: RB = 90,63 kN
Equilíbrio estático: um corpo em repouso tem ΣFx = 0, ΣFy = 0 e ΣM = 0 em relação a qualquer ponto. Substitua cada carga distribuída pela sua resultante (a sua área) atuando no centroide do diagrama de carga, e tome momentos em relação a um apoio para eliminar a reação desse apoio da equação.
Momentos em relação a A
Anti-horário positivo.
ΣMA = 0: RB·4 = 75·1,5 + 50·5
RB = 362,5/4 = 90,63 kN
Equilíbrio vertical
RA = 75 + 50 − 90,63 = 34,38 kN
Resposta
RB = 90,63 kN
2.Reações de apoio em vigas
Resposta: MA = 82 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 = ½·12·4 = 24 kN
x̄ = L/3 = 1,333 m
Momento em relação à parede
MA = W·x̄ + P·a = 24·1,333 + 20·2,5 = 82 kN·m
Resposta
MA = 82 kN·m
3.Esforço cortante e momento fletor
Resposta: Mmax = 61,25 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.
ΣMA = 0: RB·4 = 20·1 + 75·3
RB = 245/4 = 61,25 kN
ΣFy = 0: RA = 95 − 61,25 = 33,75 kN
Momento sob cada carga
Fique com a parte à esquerda de cada carga.
sob P1: M = RA·1 = 33,75·1 = 33,75 kN·m
sob P2: M = RB·1 = 61,25·1 = 61,25 kN·m
Maior valor
Mmax = 61,25 kN·m (sob P2)
Resposta
Mmax = 61,25 kN·m
4.Esforço cortante e momento fletor
Resposta: Mmax = 47,46 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 = 12·7,5 = 90 kN, atuando em x̄ = 3,75 m
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).
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.
w = 8 N/mm, L = 1500 mm
EI = 1,32 × 10¹¹ N·mm²
Deflexão
δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·8·1500⁴/(384·1,32 × 10¹¹) = 3,995 mm
Resposta
δmax = 3,995 mm
8.Deflexão da viga
Resposta: δmax = 1,875 mm
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 = 12000 N, w = 12 N/mm, L = 2000 mm, EI = 2,4 × 10¹² N·mm²
Cada carga sozinha
δP = PL³/(48EI) = 12000·2000³/(48·2,4 × 10¹²) = 0,8333 mm
δw = 5wL⁴/(384EI) = 5·12·2000⁴/(384·2,4 × 10¹²) = 1,042 mm
Some
δmax = 0,8333 + 1,042 = 1,875 mm
Resposta
δmax = 1,875 mm
9.Flambagem de pilares
Resposta: Pcr = 4,606 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
Um retângulo flamba em torno do eixo fraco, usando a menor dimensão ao cubo.
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.