Enunciado

Duas placas de cobertura, cada uma com 18   m m de espessura e 220   m m de largura, são soldadas a uma viga de perfil laminado W 410 × 85 , como mostrado. Sabendo-se que P = 185   k N , determinar a máxima tensão normal em uma seção transversal: (a) imediatamente à esquerda de B ; (b) em C ; (c) imediatamente à direita de D .

Passo 1

Fala aí, pessoal!!!

Para resolver esse problema e achar a máxima tensão normal da seção a gente vai ter que calcular o módulo resistente da seção composta.

Depois disso a gente vai calcular o momento fletor no ponto centro da viga e através da seguinte relação vamos conseguir encontrar a nossa tensão:

σ = M W

Passo 2

Vamos achar o módulo resistente da seção W , que é dado pelo momento de inércia I dividido pela maior distância c que se pode achar entre a linha neutra e a superfície.

W = I c

Mas a gente tem que reparar que é uma figura composta, é o perfil W   41 0 × 85 mais as duas placas de cobertura. Se a gente for lá na tabela de perfis de abas largas vamos encontrar que o módulo de resistência desse perfil é:

I = 316 × 10 6   m m 4

I = 316 × 10 - 6   m 3

Além disso vamos precisar também da altura da viga:

d = 417   m m

d = 0,417   m

A gente pegou esses valores para que possamos calcular o módulo resistente da viga com as duas placas soldadas, como essas placas são retangulares podemos calcular o momento de inércia como:

I b a r r a = 1 12 b h 3

Então para cada barra vamos ter:

I b a r r a = 1 12 0,220 0,01 8 3

I b a r r a = 1,07 × 10 - 7   m 3

Aplicando o teorema dos eixos paralelos podemos obter o momento de inércia da viga com as coberturas. Lembrando que o teorema dos eixos paralelos diz que:

I = I 0 + A d 2

I = I v i g a + 2 × ( I b a r r a + A d 2 )

Onde a área A é a área de cada barra e a distância d é a distância entre o centro da viga até o centro da barra:

d = 0,417 2 + 0,018 2 = 0,218   m

I = 316 × 10 - 6   + 2 × ( 1,07 × 10 - 7 + 0,220 × 0,01 8 × 0,218 2 )

I = 6,93 × 10 - 4   m 4

Show! Esse é o momento de inércia da nossa viga composta. Agora para achar o módulo de resistência W basta dividir por c , sendo que c é a distância do centro da viga até a superfície da barra:

c = 0,417 2 + 0,018 = 0,227   m  

Portanto, vamos ter:

W = I c

W = 6,93 × 10 - 4 0,227  

W = 3,06 × 10 - 3   m 3

Passo 3

Agora vamos calcular o momento fletor máximo que esta viga suporta. Para isso que tal fazermos um desenho simplificado dessa viga?

Já podemos perceber que a força B x é nula porque é a única força em x . Agora vamos partir para o omatório das forças em y :

∑ F y = 0

- P + C y + E y = 0

C y + E y = 185

Fazendo o somatório dos momentos:

∑ M C = 0

- 185 × 2,2 - E y × 4,8 = 0

E y = - 84,8   k N

Logo,

C y = 185 + 84,8 = 269,8   k N

Passo 4

Agora para calcular a máxima tensão normal a gente tem que lembrar que essa tensão máxima sempre ocorre no ponto mais superficial da viga, e é calculada como:

σ = M W

Mas aqui vamos resolver a letra a então a gente quer o momento e o módulo resistente de um ponto imediatamente à esquerda de B , teremos, portanto:

M = P × ( 2,2 - 1,25 )

M = 185 × 0,95

M = 175,75   k N . m

Além disso vamos precisar do módulo resitente da viga sem a cabertura, que é dado pela tabela e vale:

W = 1516 × 10 - 6   m 3

Substituindo os valores que achamos:

σ = 175,75   × 10 3 1516 × 10 - 6

σ = 116   M P a

Passo 5

Agora vamos fazer a mesma coisa mas considerando o ponto C . Então vamos considerar o módulo resistente com a cobertura:

W = 3,06 × 10 - 3   m 3

E a gente vai ter que calcular o valor do momento fletor em C :

M = V . x - C y . x

M = 269,8 - 185 . 2,2 - ( 269,8 ) ( 2,2 )

M = 407   k N . m

Agora vamos substituir esse valor na nossa equação.

σ = M W

σ = 407 × 10 3 3,06 × 10 - 3

σ = 133   M P a

Passo 6

Finalmente vamos fazer a mesma coisa mas considerando o ponto imediatamente à direita de D . Então vamos considerar o módulo resistente sem a cobertura novamente:

W = 1516 × 10 - 6   m 3

E a gente vai ter que calcular o valor do momento fletor em D :

M = V . x - C y . x

M = 269,8 - 185 . 4,45 - ( 269,8 ) ( 2,2 )

M =   216,2   k N . m

Agora vamos substituir esse valor na nossa equação.

σ = M W

σ = 216,2 × 10 3 1516 × 10 - 6

σ = 142,61   M P a

Resposta

a)

σ = 116   M P a

b)

σ = 133   M P a

c)

σ = 142,61   M P a

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