O Ca.Tel.2D é um aplicativo implementado no Microsoft Excel para a análise de estruturas planas com base no Método dos Elementos Finitos (FEM). Neste guia, vou mostrar passo a passo como modelar uma estrutura plana de concreto armado composta por dois pisos e três vãos.
Ao longo deste tutorial, veremos em detalhes como definir as seções, criar os nós, inserir as barras, atribuir as restrições e todas as ações necessárias para criar o modelo a ser analisado.
Após concluir a análise, veremos como visualizar a configuração deformada e os diagramas de tensões internas.
Ao longo do tutorial, você poderá baixar gratuitamente o aplicativo Ca.Tel.2D e tentar reproduzir o esquema estático objeto do exemplo.
Baixe o Ca.Tel.2D, o aplicativo para a resolução de esquemas estáticos planos de qualquer configuração (implementado no Microsoft Excel)
O Ca.Tel.2D é o aplicativo para a resolução de esquemas estáticos planos de qualquer configuração. Você pode usá-lo para analisar vigas reticulares, estruturas planas, andaimes metálicos e muito mais…
Para baixar o aplicativo gratuitamente, clique no link abaixo.
Como definir e gerenciar seções no Ca.Tel.2D
Toda análise estrutural começa com a definição das propriedades geométricas e mecânicas dos elementos. No Ca.Tel.2D, esse processo é simples e rápido.
Ao acessar a janela de seções, a interface exibe imediatamente uma lista de seções prontas para uso. Se elas não se adequarem às suas necessidades, você pode usar os comandos localizados na parte direita da janela para definir uma nova seção, modificar uma existente ou eliminá-la definitivamente.
Adicionar uma nova seção
Se, por outro lado, você quiser definir uma nova seção, basta clicar no comando “Adicionar nova” na janela “seções”. O Ca.Tel.2D permite que você escolha entre uma seção retangular clássica, para a qual você precisará simplesmente indicar suas dimensões geométricas (base e altura), ou uma seção genérica, que requer a inserção da área e do momento de inércia.
Em ambos os casos, você tem a possibilidade de atribuir o módulo de elasticidade (E) do material para caracterizar o comportamento mecânico da estrutura.
Após concluir essa configuração, cada seção salva poderá ser associada às barras do seu modelo.
Editar, excluir e atribuir uma seção
Se precisar editar uma seção já presente na lista, selecione o elemento em questão e clique no comando “editar seção”. Dessa forma, você poderá alterar livremente o tipo da seção, seus parâmetros geométricos e todas as suas propriedades mecânicas.
Para excluir uma seção já definida, você pode selecionar o comando “excluir seção”. Aparecerá uma nova janela onde o Ca.Tel.2D solicitará uma confirmação para evitar a exclusão acidental de uma seção.
Você também pode atribuir uma seção diretamente a uma viga existente. Para isso, selecione a seção na lista à esquerda, clique no comando “Atribuir a uma viga” e insira o índice associado à viga. O Ca.Tel.2D aplicará a modificação assim que você clicar no comando “Atribuir”.
Para a estrutura plana em concreto armado que vamos modelar ao longo deste guia, definimos duas seções retangulares:
• 30 × 60 cm para os pilares;
• 30 × 50 cm para as vigas.
Ca.Tel.2D: criação dos nós do modelo
A grade geométrica do nosso quadro plano será formada através da criação de nove nós no plano X-Y. Para defini-los, abra a seção dedicada à inserção dos nós, insira os valores das coordenadas X e Y e, por fim, confirme a operação. Imediatamente após a inserção, você verá aparecer ao lado do nó definido uma etiqueta azul com seu índice de identificação.
Se, após criar os nós, você perceber que cometeu um erro na inserção das coordenadas X-Y, poderá corrigi-lo movendo o nó por meio da função “Mover”. Essa opção permite modificar as coordenadas do nó ou aplicar um incremento de deslocamento ao longo dos eixos X e Y para atualizar rapidamente toda a geometria.
Como criar as vigas do modelo no Ca.Tel.2D
Depois que os nós forem definidos, você pode criar as vigas, os próprios elementos estruturais, unindo os nós entre si. Essa etapa permite criar pilares, vigas ou, no caso de estruturas de aço, treliças inteiras.
Para criar uma barra, na janela apropriada, indique o nó inicial e o nó final da barra que deseja gerar. Nessa mesma janela, você também pode indicar a presença de uma eventual articulação interna, aplicando-a no início ou no final da barra. Essa opção é muito útil quando você precisa modelar esquemas estruturais com articulações internas, como, por exemplo, estruturas reticulares planas.
No menu suspenso específico, você poderá selecionar a seção desejada a ser atribuída à barra. Assim que criar a barra, o Ca.Tel.2D exibirá uma etiqueta vermelha com o número do elemento e, em verde, o tipo de seção associada.
Essa visualização das propriedades da barra pode ser ativada ou ocultada quando você quiser, simplesmente clicando no comando de informações localizado à esquerda da tela.
Restrições externas: como defini-las e atribuí-las a uma estrutura plana no Ca.Tel.2D
Para atribuir restrições externas ao modelo, clique no botão “Restrições”, insira o número de identificação do nó ao qual deseja atribuir a restrição externa e escolha os graus de liberdade a serem restringidos.
Para agilizar a operação, você pode utilizar os botões dedicados às restrições predefinidas, como encaixe, apoio ou carretel. Esses botões configuram automaticamente os graus de liberdade corretos a serem suprimidos com um único clique, agilizando a modelagem.
Se, por outro lado, a restrição que você precisa inserir não estiver entre as predefinidas, você pode optar por operar de forma totalmente manual, atuando nos graus de liberdade individuais presentes na parte inferior da janela de entrada.
Aqui você encontra as caixas de seleção que permitem bloquear seletivamente a translação horizontal ao longo do eixo X, a translação vertical ao longo do eixo Y ou a rotação do nó no plano.
Uma vez confirmada a operação, o símbolo gráfico da restrição aparecerá diretamente no nó correspondente para fornecer uma confirmação visual da inserção correta.
Em nosso estudo de caso, atribuímos aos nós 1, 2 e 3 três restrições externas do tipo encaixe, bloqueando qualquer possível translação ou rotação.
Como aplicar cargas no modelo do Ca.Tel.2D
No Ca.Tel.2D, é possível inserir tanto cargas distribuídas uniformemente nas barras quanto forças concentradas nos nós.
Para inserir uma carga distribuída, abra a seção correspondente, digite o número de identificação da barra e especifique a intensidade da força na direção X ou na direção Y. O Ca.Tel.2D perguntará se você prefere substituir as cargas já existentes nesse elemento ou se deseja somar a nova ação às inseridas anteriormente.
O aplicativo distribuirá a força ao longo de todo o comprimento da barra selecionada.
Se você precisar aplicar forças concentradas nos nós, acesse a função correspondente, insira o número de identificação do nó em questão e indique a intensidade da força horizontal, da força vertical e do eventual momento concentrado.
Nesse caso também, você pode escolher se deseja substituir ou somar a ação no nó.
Ao final da operação, todas as cargas serão exibidas graficamente no modelo com setas que indicam direção, posição e intensidade.
Em nosso treliço, inserimos uma carga distribuída vertical igual a -5 kN/m nas barras 7 e 8, e uma carga distribuída igual a -4 kN/m nas barras 9 e 10.
Execução da análise e visualização dos resultados no Ca.Tel.2D
Assim que o modelo estrutural estiver completo em todos os detalhes e pronto para o cálculo, clique no comando “Resolver” e aguarde alguns instantes enquanto o programa processa os dados.
Ao final da análise, você terá à disposição uma visão geral completa dos resultados, que poderá consultar navegando entre a configuração deformada e os diagramas de tensões internas.
Visualização da configuração deformada
A tela da configuração deformada mostra graficamente como a estrutura se deforma sob o efeito das forças aplicadas. Você pode usar a barra de rolagem para ampliar ou reduzir a magnitude dos deslocamentos exibidos na tela, ou clicar no comando de animação para ver o movimento dinâmico da estrutura.
Se precisar visualizar os dados numéricos dos deslocamentos, clique no botão de visualização dos deslocamentos para ler, nó por nó, o valor exato do deslocamento horizontal, do deslocamento vertical e da rotação expressa em radianos.
Os diagramas de tensões (M, V, N)
Além da configuração deformada, você poderá visualizar os diagramas das tensões de momento, cisalhamento e tensão normal.
O diagrama do momento fletor (M) destaca a evolução das tensões de flexão ao longo de cada barra, permitindo identificar imediatamente as zonas mais solicitadas e os pontos de momento máximo e mínimo.
O diagrama de cisalhamento (V) descreve a distribuição das forças de cisalhamento nos elementos, mostrando claramente as variações e os pontos de descontinuidade causados pelas cargas aplicadas.
O diagrama de esforço normal (N) concentra-se nas ações axiais presentes no interior das barras, permitindo distinguir quais elementos estão sujeitos a tração e quais estão submetidos a compressão.
Também nos diagramas de tensões, você pode usar a barra de rolagem para ampliar ou reduzir visualmente a extensão do diagrama de momento, de cisalhamento e de tensão normal.
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Criação automática de modelos: o assistente no Ca.Tel.2D
Se você deseja agilizar drasticamente a criação do esquema estático e eliminar etapas repetitivas, o Ca.Tel.2D possui uma poderosa ferramenta de geração automática: o assistente.
Você pode gerar automaticamente uma estrutura iniciando o assistente e selecionando a opção dedicada à estrutura plana. Na janela, basta definir os parâmetros fundamentais da estrutura, como o número de andares, o número de vãos, a altura de cada nível e a largura dos vãos.
Você também poderá predefinir a seção a ser atribuída às vigas e pilares, a carga distribuída a ser aplicada nas travessas e o tipo de restrição a ser posicionada nos nós de base. Após a confirmação dos dados, a funcionalidade do assistente define a estrutura completa da estrutura.
O uso dessa automação reduz drasticamente o tempo de criação do modelo, eliminando a inserção manual de nós e barras.
Além disso, o modelo gerado pelo assistente não é um esquema “fixo”, mas constitui simplesmente um ponto de partida rápido. Após a geração automática, você tem total liberdade para modificar cada componente, mover ou eliminar nós e barras, alterar as seções e as restrições e adicionar novas cargas.
Baixe o Ca.Tel.2D Premium para aproveitar o assistente automático
Para aproveitar os recursos avançados do assistente e criar automaticamente esquemas estáticos de estruturas planas e treliças, você pode baixar o aplicativo Ca.Tel.2D Premium clicando no botão abaixo. Você encontrará uma descrição detalhada de todos os recursos avançados da versão Premium.
O Ca.Tel.2D é o aplicativo implementado no Microsoft Excel que permite criar de forma simples e imediata qualquer esquema estático plano, chegando rapidamente ao cálculo final e à visualização dos diagramas de solicitações e da configuração deformada.
Neste tutorial, acompanhamos todo o processo de modelagem e análise estrutural de uma estrutura plana no Ca.Tel.2D.
Ferramentas avançadas, como o assistente automático, tornam seu trabalho ainda mais rápido e eficiente, reduzindo ao mínimo o tempo de projeto. O Ca.Tel.2D se mostra a solução ideal para passar imediatamente da análise estática para as verificações de resistência sem complicações.
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