Projetos de Suportes

Suportes, no contexto de projetos industriais, são pequenas estruturas metálicas utilizadas para suportar o peso próprio e cargas extras de cabos elétricos, equipamentos mecânicos, tubulação, entre outros.
Por serem considerados, em sua maioria, "simples" e padrões, estes não requerem cálculos refinados. Mas existem alguns casos que o cálculo precisa ser feito, por serem suportes "especiais" e únicos.

Utilizando o software Autodesk ForceEffect (http://www.autodesk.com/mobile-apps) e a planilha Cálculos Tubulação (http://dhcprojetos.blogspot.com.br/2013/07/calculos-tubulacao.html), simularei o cálculo de um suporte de tubulação, com carga vertical de 6.000 kgf.

Abaixo encontra-se o croqui do suporte, projetado para um caso real de uma tubulação de 10" de uma refinaria brasileira:

Modelando o suporte de um modo simplificado no software, obtemos o seguinte diagrama de forças:

Além do diagrama de forças, também é gerado um diagrama de corpo livre de cada barra, assim como os diagramas de força cortante e momento fletor.

Analisaremos a primeira barra, chamada de AB:

É possível notar que há um esforço normal de 847 N em toda a extensão da barra (compressão na região perto de B e tração na região perto de A).

De acordo com o diagrama de esforços cortantes, temos a força cisalhante máxima de 33.890 N.

O diagrama de momento fletor nos indica que temos um momento máximo, em módulo, de 20.999 Nm.

Para o dimensionamento do perfil, utilizaremos a hipótese de ruptura sugerida por Bach. Esta hipótese segue a seguinte fórmula:

A fórmula citada transforma as solicitações compostas em tensões simples, passíveis de serem avaliadas pelo limite de resistência do material. Deve-se fazer a soma algébrica de todos os esforços normais e tangenciais separadamente para utilizar na fórmula. O valor do fator "alfa" é comumente adotado como 1.

Aplicando a fórmula no caso citado, temos:

Agora é necessário escolher um perfil que atenda às solicitações. Pela experiência, escolho um perfil que julgo adequado e verifico através da fórmula:

A tensão máxima encontrada foi de 15 MPa, valor bem abaixo do admissível (120 MPa).

Conclusão: O perfil metálico W 150 x 22,5 atende às solicitações, podendo ser utilizado como elemento AB.

Está é uma análise estática. Existem casos em que ocorrem solicitações dinâmicas, sendo necessário ser feito um dimensionamento baseado nesse princípio.

A barra também pode estar sujeita à flambagem, pois existem esforços de compressão. A possibilidade de flambagem pode ser verificada pelo método já explicado neste blog.