O EQUILIBRIO ESTÁTICO

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EQUILÍBRIO ESTÁTICO    

Estruturas Hipostáticas

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INTRODUÇÃO

Na Mecânica, a Análise Estrutural, é a seção responsável pelo estudo das estruturas e especificação das deformações e esforços a que são submetidas quando provocadas por agentes externos.

Alguns conceitos mecânicos fundamentais precisam ser previamente esclarecidos para a compreensão de que as estruturas são, geralmente, estacionárias e utilizadas para sustentar cargas (HIBBELER, 2005, p. 245).

Uma estrutura pode se encontrar em equilíbrio ou movimento. Pode-se optar pela construção ou utilização de estruturas em equilíbrio, como se optaria no momento da edificação de uma ponte, ou no momento de colocação de lajes e pisos, por exemplo, para que essas estruturas sejam realmente estáticas e possam assim suportar cargas pré-determinadas sem se deformarem. Entretanto, pode-se também optar pelo uso de estruturas instáveis, que possam se movimentar sem sofrer deformações, como por exemplo, as estruturas de bicicletas, gangorras ou carriolas.

Na Engenharia de Produção, esses conceitos são aplicáveis quando se faz necessário o conhecimento sobre a capacidade de uma laje, piso ou maquinário e suas estruturas suportarem determinadas cargas. Na prática: existe um segundo piso (composto por uma estrutura de lajes) que suporta determinada carga, como engenheiro de produção dessa organização é preciso que você consiga calcular a quantidade (em termos de força peso) de todo o maquinário, colaboradores, móveis, etc., que ali serão depositados, para que não haja um rompimento ou deformação e tudo desmorone. O mesmo conhecimento é de extrema importância para a compreensão e desenvolvimento de máquina e suas estruturas na linha de produção.

A divisão das estruturas pode ser feita a partir da ideia de: unidimensionais (barras), bidimensionais (chapas) e tridimensionais (blocos), que quanto ao equilíbrio, podem ser classificadas em hipostáticas, isostáticas e hiperestáticas.

1. CONCEITOS FUNDAMENTAIS

1. Força e Momento

1.1.1 Força

Forças são grandezas vetoriais, tendo como características direção, intensidade e sentido.

1.1.2 Momento

Momento de força associado a um ponto é uma soma de vetores do momento da força e do ponto:

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1. Condições de equilíbrio

Para que uma estrutura esteja em equilíbrio estático, deverão ser obedecidas as leis da Estática (Equações de Equilíbrio):

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1.3Graus de liberdade

“Uma estrutura no espaço possui um total de 6 graus de liberdade (3 translações e 3 rotações, segundo 3 eixos triortogonais)” (SÜSSEKIND, 1981, p. 16).

Tais graus de liberdade são restringidos para que não haja propensão de movimentos.

Os apoios delimitam graus de liberdade das estruturas.

1. Apoios

“Um apoio oferece reação e direção em que ele faz restrição ao deslocamento. Assim, em função do comportamento, para as estruturas planas, os apoios podem ser classificados em: apoio simples móvel, apoio simples fixo e engastamento.” (MORILLA, José Carlos, Apostila Completa: Estática nas estruturas, Universidade Santa Cecília, p. 8).

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1. Estaticidade e Estabilidade

A estrutura é classificada conforme seu grau de estaticidade (g). O grau de estaticidade relaciona rótulas, reações de apoios e as forças empregadas sobre a estrutura. Segue sua fórmula:[pic 9]

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r - número de reações de apoio
i - número de esforços internos na seção do elemento
m - número de membros ou de elementos da estrutura
e - número de equações de equilíbrio da estática aplicáveis a cada nó na estrutura
n - número de nós da estrutura
nr - número de equações adicionais, devidas às seções rotuladas

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1. Esforços nas estruturas

Podemos classificar os esforços que atuam em uma estrutura em esforços externos e esforços internos.

1.6.1 Esforços externos

Aqueles que são aplicados por outros agentes, são divididos em ação e reação. Na figura abaixo a cadeira encontra-se em uma situação de equilíbrio estático, pois a pessoa representa a força F que é um esforço de ação mas o piso aplica uma força R na cadeira, caso não existisse essa força R a cadeira sofreria um deslocamento vertical no sentido da força.

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1.6.2 Esforços internos

São aqueles que aparecem nos pontos internos dos sólidos da estrutura, através da existência dos externos. Quando uma estrutura está sob a ação de esforços externos em equilíbrio, nos seus pontos internos atuam esforços internos solicitantes.

São denominados esforços internos resistentes àqueles que os máximos valores dos esforços solicitantes não danificam a estrutura. Os esforços solicitantes dependem das cargas aplicadas nas estruturas e das reações que as mantém em equilíbrio, enquanto os esforços resistentes são características dos materiais com que estas estruturas são construídas.

1. Cargas

Força concentrada é quando se considera que ela é aplicada em um único ponto. Força distribuída é quando sua aplicação em um corpo é feita em mais do que um ponto. As cargas podem ser:

1.7.1 Carga concentrada (centrada)

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1.7.2 Carga concentrada (deslocada)

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1.7.3 Carga distribuída

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1.7.4 Carga distribuída + carga concentrada (centrada e/ou deslocada)

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1.7.5 Carga distribuída + carga concentrada (centrada e/ou deslocada) + carga na horizontal

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