470328-estabilidade_aula_01_2015
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estabilidade para tecnico em edificações - revisão preliminarTRANSCRIPT
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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO CINCIA e TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO NORTE
DIRETORIA ACADMICA DE CONSTRUO CIVIL
TEC. CONSTR. EDIFCIOS - EDIFICAES TCNICO SUBSEQUENTE
ESTABILIDADE DAS CONSTRUES
NOTAS DE AULA:
- Prof. Borja 2015.1
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1. INTRODUO REVISO
1.1. SISTEMA DE UNIDADES
As unidades adotadas na mecnica referem-se s unidades de comprimento,
tempo, massa e fora. A unidade de fora a unidade derivada, geralmente chamada de
Newton (N), definida como a forma que imprime uma acelerao de 1m/s massa de
1kg, conforme ilustrado na Figura 1.
F = 1 Na = 1m/s
m = 1 kg
FIGURA 1. Corpo sob ao de uma fora.
1N = (1kg)(1m/s) = 1kg.m/s
Na tabela 1 apresentam-se as unidades do Sistema Internacional (SI).
Tabela 1. Sistema Internacional de Unidade.
Quantidade Smbolo dimensional Unidade bsica
Comprimento L metro (m)
Tempo T segundo (s)
Massa M quilograma (kg)
Fora F Newton (N)
Na tabela 2 apresentam-se algumas converses de unidades equivalentes.
Tabela 2 - Converso de Unidades.
UNIDADE EQUIVALENCIA
1 MPa 1 N/mm2
1 MPa 1 x 10 6 N/m2
1 GPa 1 x 10 9 N/m2
1 kgf 9,81 N
1 kgf 2,20 lb
1 polegada (ou 1) 2,54 cm
1 m2 10000 cm2
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1.2. TRIGONOMETRIA
A trigonometria uma ferramenta poderosa para solues de problamas que
envolvam reas, ngulos, decomposio de foras, em todas as res tcnicas. O nome
trigonometria significa medida dos trs ngulos de um tringulo e determina um ramo da
matemtica que estuda as relaes entre esses ngulos e as medidas dos lados de um
tringulo. As relaes trigonomtricas podem sem observadas na Figura 2.
EFsen
OFcos
ABtg
DCgcot
OBsec
OCeccos
1ROR
FIGURA 2. Crculo e funes trigonomtricas
1.3. TRINGULO RETNULO
No tringulo retntulo, Figura 3, os catetos so os lados que formam o ngulo de
90 . A hipotensa o lado oposto ao ngulo de 90 e determinada pela relao:
a2 = b2 + c2, conhecida como TEOREMA DE PITGORAS.
ac
hipotenusaoposto cateto sen
ab
hipotenusaadjacente cateto cos
bc
adjacente catetooposto cateto tg
ba
adjacente catetohipotenusa sec
ab arccos
ac arcsen ;
bc arctg
FIGURA 3. Relaes Trigonomtricas de um Tringulo Retngulo.
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Relao fundamental da trigonometria: senx + cosx = 1
1.4. TRINGULO QUALQUER
Para a soluo de problemas de tringulo qualquer, utilizamos as relaes
trigonomtricas conhecidas como Lei do Seno e Lei do Cosseno, apresentadas a seguir e
representada graficamente na Figura 4.
FIGURA 4. Tringulo Qualquer.
LEI DOS SENOS:
2R C sen
c B sen
b Asen
a
LEI DOS COSSENOS:
C 2ab.cos - b a cB 2ac.cos - c a b A2bc.cos - c b a
2. NOES FUNDAMENTAIS ESTTICA DOS PONTOS MATERIAIS
a. Foras no plano
Uma fora representa a ao de uma ao de um corpo sobre outro, capaz de
alterar o estado de movimento ou provocar deformaes. Sua representao feita
atravs de vetores, caracterizada por seu ponto de aplicao, sua intensidade, direo e
sentido.
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A intensidade de uma fora definida por sua linha de ao. A linha de ao a
reta ao longo da qual a fora atua, sendo caracterizada pelo ngulo que forma com algum
eixo fixo (Figura 5). A fora representada por um segmento desta linha; usando uma
escala apropriada, o comprimento desse segmento pode ser escolhido para representar a
intensidade da fora. As duas foras nesta figura tm a mesma intensidade e a mesma
linha de ao, mas sentidos diferentes, provocando efeitos opostos sobre um ponto
material A.
A 3010N
A 3010N
FIGURA 5. Linha de ao de uma fora.
b. Adio de Vetores
Todas as quantidades vetoriais obedecem Lei do paralelogramo da adio. Para
ilustrar, os dois vetores componentes A e B na Figura 6a so somados para formar um vetor resultante R = A + B usando o seguinte procedimento:
Primeiro, una as origens dos vetores componentes em um ponto de modo
que se tornem concorrentes (Figura 6b);
A partir da extremidade de B, desenhe uma linha paralela a A. Desenhe
outra linha a partir da extremidade de A que seja paralela a B. Essas duas
linhas se interceptam no ponto P para formar os lados adjacentes de um
paralelogramo.
A diagonal desse paralelogramo que se estende at P forma R, que ento representa o vetor R = A + B (Figura 6c).
A
B
A
B
P
A
B
R
a) b) c) FIGURA 6. Resultante de duas foras concorrentes Lei do Paralelogramo.
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Diante do exposto, pode-se afirmar que duas foras que atuam sobre um ponto
material podem ser substitudas por uma nica fora R que tenha o mesmo efeito sobre
esse ponto. Essa fora chamada de resultante das foras e pode ser obtida pela
construo de um paralelogramo, como visto acima. Este procedimento conhecido
como a lei do paralelogramo para a adio de duas foras, podendo ser deduzida
matematicamente ou experimentalmente.
c. Regra do Tringulo Tambm podemos somar B a A (Figura 7a) usando a Regra do Tringulo, que
um caso especial da lei do paralelogramo, em que o vetor B somado ao vetor A da forma extremidade-para-origem, ou seja, conectando a extremidade de A com a origem
B (Figura 7b). O R resultante se estende da origem de A extremidade de B. De modo semelhante, R tambm pode ser obtido somando A a B (Figura 7c). Por comparao,
vemos que a adio de vetores comutativa; em outras palavras, os vetores podem ser
somados em qualquer ordem, ou seja, R = A + B = B + A.
B
R
a) b) c)
B
AR
R = A + B R = B + A
A
B
A
FIGURA 7. Regra do Tringulo.
No caso especial em que os dois vetores A e B so colineares, ou seja, ambos
possuem a mesma linha de ao, a lei do paralelogramo reduz-se a uma adio algbrica
ou escalar R = A + B, como ilustrado na figura 8.
A B
R
FIGURA 8. Adio de vetores colineares.
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d. Subtrao de vetores
A resultante da diferena entre dois vetores A e B do mesmo tipo pode ser
expressa como:
R= A B = A + (- B)
Essa soma de vetores mostrada graficamente na Figura 9. A subtrao
definida, portanto, como um caso especial da adio, de modo que as regras da adio
vetorial tambm se aplicam subtrao de vetores.
A
B
A
- B
R
FIGURA 9. Lei do Paralelogramo Subtrao de Vetores.
e. Adio de vrias foras (Resultante de vrias foras concorrentes -
Sistema de Foras)
Se mais de duas foras precisam ser somadas, aplicaes sucessivas da lei do
paralelogramo podem ser realizadas para obter a fora resultante. Por exemplo, se trs
foras, F1, F2 e F3 atuam em um ponto O (Figura 10), a resultante de quaisquer duas das foras encontrada (por exemplo, F1 + F2) e, depois, essa resultante somada terceira fora, produzindo a resultante das trs foras, ou seja, FR = (F1 + F2) + F3. O uso da lei do
paralelogramo para adicionar mais de duas foras, como mostrado, normalmente requer
clculos extensos de geometria e trigonometria para determinar os valores numricos da
intensidade e direo da resultante. Em vez disso, problema desse tipo podem facilmente
ser resolvidos usando o mtodo das componentes retangulares.
FIGURA 10. Mtodo das componentes retangulares.
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f. Procedimento para anlise
Duas foras componentes F1 e F2 na Figura 11 se somam conforme a lei do
paralelogramo, dando uma fora resultante FR que forma a diagonal do
paralelogramo.
FIGURA 11. Lei do paralelogramo.
Se uma fora F precisar ser decomposta em componentes ao longo de dois eixos u
e v (Figura 12), ento iniciando na extremidade da fora F, construa linhas
paralelas aos eixos, formando, assim, o paralelogramo. Os lados do paralelogramo
representam as componentes, Fu e Fv.
FIGURA 12. Decomposio de foras.
Rotule todas as intensidades das foras conhecidas e desconhecidas e os ngulos
no esquema e identifique as duas foras desconhecidas quanto intensidade e
direo de FR ou s intensidades de suas componentes.
Trigonometria
Redesenhe metade do paralelogramo para ilustrar a adio triangular
extremidade-para-origem das componentes.
Por esse tringulo, a intensidade da fora resultante determinada pela lei dos
cossenos, e sua direo, pela lei dos senos. As intensidades das duas
componentes de fora so determinadas pela lei dos senos. As frmulas so
mostradas na Figura 13.
FIGURA 13. Trigonometria.