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.
Baixe
o Ca.Tel.2D >>
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.
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….
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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.
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o Ca.Tel.2D Premium >>
Conclusões
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.
Se
você achou útil este tutorial sobre o uso do Ca.Tel.2D, recomende-o
aos seus colegas no LinkedIn ou aos seus amigos na sua rede social
preferida.
