2.1-Introdução

Elementos estruturais metálicos, como vigas, colunas ou treliças, são extensivamente utilizados na construção metálica e na engenharia estrutural em geral. Muitas razões contribuíram para o aumento destas estruturas. As principais razões incluem o desenvolvimento dos processos industriais de elementos obtidos por laminagem ou a frio que permitem o projecto da secção desejada, o recurso a aços de elevada qualidade permitindo o aumento da tensão de cedência acompanhado pela redução na espessura e no peso dos elementos, o desenvolvimento de métodos numéricos e códigos de projecto para os projectistas e engenheiros e boas soluções para os problemas de corrosão e ligações, [2.1] .

A estabilidade destes elementos estruturais envolve modos de colapso provocados pela perda de equilíbrio, em que uma pequena perturbação na força aplicada provoca um grande deslocamento, resultando num colapso estrutural, ver a Figura 2.1 . Os deslocamentos aumentam muito rapidamente e valores críticos são atingidos sob valores de carga crítica. Em aplicações práticas, a origem destas forças instabilizadoras pode estar na presença de imperfeições, porque nenhum elemento estrutural pode ser produzido idealmente. Para a definição do comportamento carga/deslocamento do elemento deve-se contabilizar o efeito da deformação através de uma teoria de segunda ordem, com referência à configuração de deformada do elemento, [2.2] .

Figura 2 . 1 – Comportamento à estabilidade, estados de equilíbrio.

Um grande número de elementos estruturais é considerado de parede fina, é esbelto e possui uma secção transversal aberta, considerando a baixos valores de rigidez à torção. É então importante que as cargas sejam aplicadas com uma baixa excentricidade relativamente ao centro de corte, diminuindo o efeito de torção. Se uma secção de parede fina é sujeita à torção, este estado é determinado por dois mecanismos, a rigidez à torção clássica de De Saint Vernant (1855) determinada pelo módulo de corte e pela contribuição do constrangimento ao empenamento da secção transversal associado à torção de St. Vernant. Se a variação do ângulo de torção é constante ao longo do elemento, o empenamento de todas as secções transversais é idêntico, pelo que a contribuição de segunda ordem desaparece. Este modo de torção é designado por torção homogénea. Quando existe uma variação, a torção designa-se de não homogénea, [2.3] [2.4] .

O empenamento da secção origina o aparecimento de tensões normais e tangenciais. A sua distribuição na espessura do elemento depende da geometria da secção transversal, em particular se é aberta ou fechada, ver a Figura 2.2 .

Figura 2 . 2 – Secção de parede fina, a) aberta, b) fechada.

Quando a secção transversal é aberta, a tensão de corte devido à torção varia linearmente a longo da espessura, com um valor nulo na superfície média. Vlassov generalizou modelo cinemático de De Saint Vernant ao estudo da torção não uniforme de secções abertas de parede fina. A teoria de Vlassov é baseada na hipótese de a deformação de corte na superfície média ser nula. Este pressuposto permite que o deslocamento axial  seja proporcional à variação do ângulo de torção . O empenamento é dado por , em que  deixa de ser constante. A função de empenamento, , é definida por, [2.7] ;

                                                                                                                    (2.1)

em que  é a distância na perpendicular do centro de corte à tangente da linha média e  a distância do contorno da linha média da espessura, conforme a Figura 2.3 .

a) Elemento de parede fina monossimétrica.	b) Função de empenamento de uma secção I.

Figura 2 . 3 – Representação da função de empenamento.

A constante de empenamento da secção transversal é definida por,

                                                                                                                  (2.2)

Quando a secção transversal é fechada, a tensão de corte não varia de sinal ao longo da espessura. A análise deve incluir as deformações de corte devido ao empenamento originado pela torção, [2.5] .

Além da baixa rigidez à torção, os elementos estruturais como vigas e colunas, possuem, em geral, baixa rigidez à flexão lateral. Este facto aliado à baixa rigidez à torção, leva a que possa ocorrer o colapso por instabilidade. Esta forma de instabilidade é designada por encurvadura lateral torsional.

Neste capítulo é apresentado, o modelo analítico de cálculo do momento crítico de vigas sujeitas à encurvadura lateral torsional, à temperatura ambiente. É apresentada ainda a verificação de segurança relativa a este estado limite último, de acordo com o Eurocódigo 3 Parte 1.1, [2.11] . É efectuada uma descrição da importância deste modo de instabilidade a elevadas temperaturas, e são apresentados os domínios de verificação da resistência em situação de incêndio, preconizados no Eurocódigo 3 Parte 1.2, [2.15] .