Livro Hibbeler - 7ª ed Resistencia Materiais (Livro)

luis.carlos.silva
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16.09.2020 Views

PROPRIEDADES GEOMÉTFICAS DE UMA ÁREA 571O segundo termo é zero, visto que o eixo x' passa pelocentroide da área C, isto é, f y' dA = y' A = O, já quey' = O. Portanto, o resultado final é- - 2I, - I,· + Ady (A.S)Uma expressão semelhante pode ser escrita paraIv, isto é,Iy - - Il + Ad,2(A.6)E, por fim, para o momento polar de inércia em tornode um eixo perpendicular ao plano x-y e que passapelo polo O (eixo z) (FiguraA.6), temosDetermine o momento de inércia da área da seçãotransversal da viga T mostrada na Figura A.7a em torno doeixo centro ide x ' .SOLUÇÃO IA área é subdividida em dois retângulos como mostra a FiguraA.7a para determinar a distância entre o eixo x ' e cadaeixo centroide. Pela tabela apresentada no final deste livro,o momento de inércia de um retângulo em torno de seu eixocentroide é I= l/12bh3• Aplicando o teorema dos eixos paralelos(Equação A.5), a cada retângulo e somando os resultados,temos(A.7)A forma de cada uma dessas equações estipulaque o momento de inércia de uma área em torno deum eixo é igual ao momento de inércia em tornode um eixo paralelo que passa pelo 'centroide' mais oproduto entre a área e o quadrado da distância perpendicularentre os eixos.Áreas compostas. Muitas áreas de seção transversalconsistem em uma série de formas mais simplesinterligadas, como retângulos, triângulos e semicírculos.Contanto que o momento de inércia de cada umadessas formas seja conhecido ou possa ser determinadoem torno de um eixo comum, o momento de inérciada 'área composta' pode ser determinado como asoma algébrica dos momentos de inércia de suas partescompostas.Para determinar adequadamente o momento deinércia de tal área em torno de um eixo específico, emprimeiro lugar é necessário dividir a área em suas partescompostas e indicar a distância perpendicular entreo eixo especificado e o eixo centroide paralelo de cadaparte. A tabela apresentada no final deste livro podeser usada para calcular o momento de inércia em tornodo eixo centroide de cada parte. Se esse eixo não coincidircom o especificado, o teorema do eixo paralelo, I= I + Ad2, deve ser usado para determinar o momentode inércia da parte em questão em torno do eixo especificado.Então, o momento de inércia da área inteiraem torno desse eixo é determinado pela soma dos resultadosde suas partes compostas. Em particular, seuma parte composta tiver um 'furo', o momento deinércia para a parte composta será determinado 'subtraindo-se'o momento de inércia do furo do momentode inércia da área inteira que inclui o furo.Os exemplos apresentados a seguir ilustram a aplicaçãodesse método.- 2I= 2I,. + Ady2cm(a)3cm2 cm3 cm(b)Figura A.7= l l (2 cm)(lO cm)3 + (2 cm)(lO cm)(8,55 cm - 5 cm)2]+ l l (8 cm)(3 cm)3 + (8 cm)(3 cm)(4,45 cm - 1,5 cm)2]I = 646 cm4RespostaSOLUÇÃO 11A área pode ser considerada como um único retângulo grandemenos dois retângulos pequenos, como mostram as linhastracejadas na Figura A.7b. Temos

572 RESISTÊNCIA DOS MATERIAISI= 2],, + Ad/= [: 2(8 cm)(13 cm? + (8 cm)(13 cm)(8,55 cm - 6,5 cm? J- [ 1 (3 cm)(10 cm? + (3 cm)(10 cm)(8,55 cm - 5 cmf JI = 646 cm 4RespostaDetermine os momentos de inércia da área da seçãotransversal da viga mostrada na Figura A.8a em torno doseixos centroides x e y.SOLUÇÃOA seção transversal pode ser considerada como três áreascompostas retangulares A, B e D mostradas na Figura A.8b.Para o cálculo, o centroide de cada um desses retângulos élocalizado na figura. Pela tabela apresentada no final destelivro, o momento de inércia de um retângulo em torno deseu eixo centroide é I = 1/12bh3• Por consequência, usandoo teorema dos eixos paralelos para os retângulos A e D, oscálculos são os seguintes:Retângulo A:Retângulo 8:- 2 1 312(100 mm)(300 mm)l, = I ,. + Ady =+ (100 mm)(300 mm)(200 mm) 2-ly = I y' + Ad, =1212(300 mm)(100 mm) 3+ (100 mm)(300 mm)(250 mm)21l, =12(600 mm)(100 mm? = 0,05(109) mm41Iy =12 (100 mm)(600 mm? = 1,80(109) mm 4OOmmy1400mm,_I--IlOOmm 1f -x400mmj_l --600mm lOOmm(a)(b)--i L_Figura A.82 1 312(300 mm)(100 mm)+ (100 mm)(300 mm)(250 mm)2Iy = ly' + Adx =Logo, os momentos de inércia para a seção transversalinteira são1, = 1,425(109) + 0,05(109) + 1,425(109)= 2,90(109) mm4 Respostaly = 1,90(109) + 1,80(109) + 1,90(109)= 5,60(109) mm4 RespostaRetângulo 0:1, = lx' + Ad/ =1 1 2 (100 mm)(300 mm) 3+ (100 mm)(300 mm)(200 mm)23utoFuma arear aEm geral, o momento de inércia para uma área é diferentepara cada eixo em torno do qual é calculado. Em

572 RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS

I= 2],, + Ad/

= [: 2

(8 cm)(13 cm? + (8 cm)(13 cm)(8,55 cm - 6,5 cm? J

- [ 1

(3 cm)(10 cm? + (3 cm)(10 cm)(8,55 cm - 5 cmf J

I = 646 cm 4

Resposta

Determine os momentos de inércia da área da seção

transversal da viga mostrada na Figura A.8a em torno dos

eixos centroides x e y.

SOLUÇÃO

A seção transversal pode ser considerada como três áreas

compostas retangulares A, B e D mostradas na Figura A.8b.

Para o cálculo, o centroide de cada um desses retângulos é

localizado na figura. Pela tabela apresentada no final deste

livro, o momento de inércia de um retângulo em torno de

seu eixo centroide é I = 1/12bh3• Por consequência, usando

o teorema dos eixos paralelos para os retângulos A e D, os

cálculos são os seguintes:

Retângulo A:

Retângulo 8:

- 2 1 3

12

(100 mm)(300 mm)

l, = I ,. + Ady =

+ (100 mm)(300 mm)(200 mm) 2

-

ly = I y' + Ad, =

12

1

2

(300 mm)(100 mm) 3

+ (100 mm)(300 mm)(250 mm)2

1

l, =

12

(600 mm)(100 mm? = 0,05(109) mm4

1

Iy =

12 (100 mm)(600 mm? = 1,80(109) mm 4

OOmm

y

1

400mm

,_I--

I

lOOmm 1f -x

400mm

j_

l --600mm lOOmm

(a)

(b)

--i L_

Figura A.8

2 1 3

12

(300 mm)(100 mm)

+ (100 mm)(300 mm)(250 mm)2

Iy = ly' + Adx =

Logo, os momentos de inércia para a seção transversal

inteira são

1, = 1,425(109) + 0,05(109) + 1,425(109)

= 2,90(109) mm4 Resposta

ly = 1,90(109) + 1,80(109) + 1,90(109)

= 5,60(109) mm4 Resposta

Retângulo 0:

1, = lx' + Ad/ =

1 1 2 (100 mm)(300 mm) 3

+ (100 mm)(300 mm)(200 mm)2

3

uto

F

uma area

r a

Em geral, o momento de inércia para uma área é diferente

para cada eixo em torno do qual é calculado. Em

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