Enunciado

Determine as forças nos elementos D E ,   D L , L M e E L da treliça simétrica carregada.

Passo 1

A carga total (vindo de cima) que a treliça precisa suportar é:

∑ F = 5 L + L 2 + L 2 = 6 L

E pela simetria podemos garantir que a força suportada pelos apoios em A e I (pelo menos na direção vertical) são iguais, então:

A = I = ∑ F 2 = 3 L

Passo 2

Agora vamos tentar encontrar a força em D E usando o método das seções:

E vamos calcular o momento em relação ao ponto L , para que as forças L M e D L tenham momento nulo:

∑ M L = 0

Além das força com múltiplos de L , cujas distâncias até o ponto L estão bem claras pelo desenho, temos a componente D E sen ⁡ ( 90 ° - 30 ° ) da força D E agindo à seguinte distância:

d = 12 tan ⁡ 30 ° - 12 tan ⁡ 25 ° + 3 = 4,33   m

Que em temos das alturas é simplesmente o seguinte: d = h B E - h A L + h A B . E então ficamos com a seguinte expressão para o momento:

∑ M L = L 4 + L 8 + L 2 12 - 3 L 12 - D E sen ⁡ 60 ° 4,33 = 0

D E = - 18   L 4,33 sen ⁡ 60 ° = - 4,80   L

E o sinal negativo indica que essa é uma força de compressão.

Passo 3

Agora vamos usar as equações de equilíbrio das forças em cada direção, ainda olhada para a mesma seção da treliça.

Vamos precisar encontrar o ângulo θ para poder projetar as forças nos eixos:

θ = arctan ⁡ h B D - h A L + 3 4

θ = arctan ⁡ 8 tan ⁡ 30 ° - 12 tan ⁡ 25 ° + 3 4         ⇒         θ = 26,8 °

E agora já podemos escrever as equações de equilíbrio em cada eixo:

∑ F x = ∑ F y = 0

∑ F x = D E cos ⁡ 30 ° + D L cos ⁡ 26,8 ° + L M cos ⁡ 25 ° = 0

∑ F y = D E sen ⁡ 30 ° - D L sen ⁡ 26,8 ° + L M sen ⁡ 25 ° + 3 L - 2 L - L 2 = 0

E organizando um pouco:

D L cos ⁡ θ + L M cos ⁡ 25 ° = 4,16   L L M sen ⁡ 25 ° - D L sen ⁡ θ = 1,9   L

E podemos resolver esse sistema multiplicando a primeira linha por sen ⁡ θ e a segunda por cos ⁡ θ e então somando as duas equações:

L M cos ⁡ 25 ° sen ⁡ θ + sen ⁡ 25 ° cos ⁡ θ = L 4,16 sen ⁡ θ + 1,9 cos ⁡ θ

L M = 3,5715   L ( 0,4086 + 0,3772 ) = 4,54   L

E então substituindo em qualquer uma das equações vamos encontrar:

D L = 0,0446   L

Passo 4

E então fica faltando apenas encontrar a força E L . Com as informações que temos agora,podemos simplesmente considerar uma equação de equilíbrio para o ponto E :

∑ F y = 0

∑ F y = - L + D E sen ⁡ 30 ° + E F sen ⁡ 30 ° - E L  

E por simetria sabemos que D E = E F = 4,80 , ou seja:

E L = 2 4,80   L sen ⁡ 30 ° - L

E L = 3,80   L

Que é uma força de tração.

Resposta

As forças são D E = 4,80   L (compressão), D L = 0,0446   L (tração), L M = 4,54   L (tração) e E L = 3,80   L (tração).

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