Colapso de Colunas de Aço

Fonte: Roberto Leon, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Virginia Tech, Blacksburg, VA

No projeto de obras civis, é importante entregar estruturas que não só sejam seguras sob cargas inesperadas, mas também proporcionem um excelente desempenho sob cargas diárias a um custo econômico razoável. Este último é frequentemente vinculado ao uso mínimo de materiais, facilidade de fabricação e construção rápida no campo. Estruturas feitas de membros de aço podem ser muito econômicas devido à grande força do material e à extensa pré-fabricação de seus membros e conexões, que ajudam a maximizar a velocidade de construção no local. Geralmente, o esqueleto de uma estrutura de aço será muito fino em comparação com um concreto armado. Embora seu comportamento na tensão seja regido principalmente pela força do material, o aço na compressão é regido por outro modo de falha comum a todos os materiais- fivela. Este comportamento é facilmente demonstrado pressionando para baixo em uma régua de madeira esbelta, que sob uma carga compressiva de repente se moverá de lado e perderá a capacidade de carga. Este fenômeno ocorrerá em qualquer membro esguio de uma estrutura. Neste laboratório, vamos medir a capacidade de entortar de uma série de colunas de alumínio esbelto para ilustrar este modo de falha, que ao longo do tempo levou a muitas falhas catastróficas, incluindo a da Ponte do Rio Quebec, que foi erguida em 1918.

1. Obtenha várias peças longas de uma barra de alumínio de 1/4 por 1/4 (6061 ou similar), e corte-as em comprimentos de 72, 60, 48, 36, 24, 12 e 8 in., respectivamente. Rode as duas extremidades das barras para uma circunferência de 1/8 dentro.
2. Meça as dimensões da barra (comprimento, largura e espessura) até os 0,02 in mais próximos.
3. Máquina dois pequenos blocos de aço (2 in. x 2 in. x 2 in.) para ter uma penetração circular muito suave ao longo de um de seus lados para servir como suporte final da coluna. Forneça uma i

Plote os resultados da tabela como estressamento vs. slenderness (kL/r), juntamente com a curva dada por Eq. 9. Compare seus resultados com os valores previstos. Os resultados experimentais mostram duas regiões distintas. Quando as colunas são relativamente longas, a carga crítica é dada multiplicando Eq. 9 pela área da coluna. À medida que as colunas começam a ficar mais curtas, a carga crítica começa a se aproximar da força do material. Neste ponto, o comportamento muda de um...

Este experimento demonstrou a validade da abordagem Euler para calcular cargas locais de fivelas para colunas simples. Embora o problema se torne muito mais complicado se as condições de limite não forem bem conhecidas, o membro não é prismático, ou se o material não apresenta uma curva de tensão bi-linear, a solução do problema segue o mesmo processo geral. Em muitos casos práticos, não será possível resolver exatamente as equações diferenciais resultantes, mas existem muitas técnicas numéricas que pod...