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Engenharia

Engenharia Civil – Resistência dos Materiais

By 19 de março de 2019 No Comments

1.Introdução

A resistência dos materiais é um assunto bastante antigo. Os cientistas da antiga Grécia já tinham o conhecimento do fundamento da estática, porém poucos sabiam do problema de deformações. O desenvolvimento da resistência dos materiais seguiu-se ao desenvolvimento das leis da estática. Galileu (1564-1642) foi o primeiro a tentar uma explicação para o comportamento de alguns membros submetidos a carregamentos e suas propriedades e aplicou este estudo, na época, para os materiais utilizados nas vigas dos cascos de navios para marinha italiana.

Podemos definir que a ESTÁTICA considera os efeitos externos das forças que atuam num corpo e a RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS, por sua vez, fornece uma explicação mais satisfatória, do comportamento dos sólidos submetidos à esforços externos, considerando o efeito interno.

Na construção mecânica, as peças componentes de uma determinada estrutura devem ter dimensões e proporções adequadas para suportarem esforços impostos sobre elas. Exemplos:

a) O eixo de transmissão de uma máquina deve ter dimensões adequadas para resistir ao torque a ser aplicado; b) A asa de um avião deve suportar às cargas aerodinâmicas que aparecem durante o vôo

As paredes de um reservatório de pressão deve ter resistência apropriada para suportar a pressão interna, etc.

 

O comportamento de um membro submetido a forças, não depende somente destas, mas também das características mecânicas dos materiais de fabricação dos membros. Estas informações provêm do laboratório de materiais onde estes são sujeitos a ação de forças conhecidas e então observados fenômenos como ruptura, deformação, etc.

 

2. Classes de solicitações

Quando um sistema de forças atua sobre um corpo, o efeito produzido é diferente segundo a direção e sentido e ponto de aplicação destas forças. Os efeitos provocados neste corpo podem ser classificados em esforços normais ou axiais, que atuam no sentido do eixo de um corpo, e em esforços transversais, atuam na direção perpendicular ao eixo de um corpo. Entre os esforços axiais temos a tração, a compressão e a flexão, e entre os transversais, o cisalhamento e a torção.

Quando as forças agem para fora do corpo, tendendo a alonga-lo no sentido da sua linha de aplicação, a solicitação é chamada de TRAÇÃO; se as forças agem para dentro, tendendo a encurtá-lo no sentido da carga aplicada, a solicitação é chamada de COMPRESSÃO.

a) Pés da mesa estão submetidos à compressão; b) Cabo de sustentação submetido à tração.

A FLEXÃO é uma solicitação transversal em que o corpo sofre uma deformação que tende a modificar seu eixo longitudinal.

Viga submetida à flexão.

 

A solicitação de CISALHAMENTO é aquela que ocorre quando um corpo tende a resistir a ação de duas forças agindo próxima e paralelamente, mas em sentidos contrários.

Rebite submetido ao cisalhamento.

 

A TORÇÃO é um tipo de solicitação que tende a girar as seções de um corpo, uma em relação à outra.

Ponta de eixo submetida à torção.

 

Um corpo é submetido a SOLICITAÇÕES COMPOSTAS quando atuam sobre eles duas ou mais solicitações simples.

Árvore de transmissão: Flexão-torção.

 

3. Estática

Forças

O conceito de força é introduzido na mecânica em geral. As forças mais conhecidas são os pesos, que tem sempre sentido vertical para baixo, como por exemplo, o peso próprio de uma viga, ou o peso de uma laje sobre esta mesma viga.

As forças podem ser classificadas em concentradas e distribuídas. Na realidade todas as forças encontradas são distribuídas, ou seja, forças que atuam ao longo de um trecho, como os exemplos citados anteriormente e ainda em barragens, comportas, tanques, hélices, etc. Quando um carregamento distribuído atua numa região de área desprezível, é chamado de força concentrada. A força concentrada, tratada como um vetor, é uma idealização, que em inúmeros casos nos traz resultados com precisão satisfatória. No estudo de tipos de carregamentos, mais a diante, retornaremos a este assunto.

No sistema internacional (SI) as forças concentradas são expressas em Newton [N]. As forças distribuídas ao longo de um comprimento são expressas com as unidades de força pelo comprimento [N/m], [N/cm], [N/mm],etc.

A força é uma grandeza vetorial que necessita para sua definição, além da intensidade, da direção, do sentido e também da indicação do ponto de aplicação.

Representação de uma força.

 

Duas ou mais forças constituem um sistema de forças, sendo que cada uma delas é chamada de componente. Todo sistema de forças pode ser substituído por uma única força chamada resultante, que produz o mesmo efeito das componentes.

Quando as forças agem numa mesma linha de ação são chamadas de coincidentes. A resultante destas forças terá a mesma linha de ação das componentes, com intensidade e sentido igual a soma algébrica das componentes.

Calcular a resultante das forças F1 = 50N, F2 = 80 N e F3 = 70 N aplicadas no bloco da figura abaixo:

Sendo dada uma força F num plano “xy”, é possível decompô-la em duas outras forças Fx e Fy, como no exemplo abaixo:

Da trigonometria sabemos que:

então, para o exemplo acima, temos:

portanto:

Calcular as componentes horizontal e vertical da força de 200N aplicada na viga conforme figura abaixo.

Momento Estático

Seja F uma força constante aplicada em um corpo, d a distância entre o ponto de aplicação desta força e um ponto qualquer P. Por definição, o momento “M” realizado pela força F em relação ao ponto P é dado pelo seguinte produto vetorial: Seja F uma força constante aplicada em um corpo, d a distância entre o ponto de aplicação desta força e um ponto qualquer P. Por definição, o momento “M” realizado pela força F em relação ao ponto P é dado pelo seguinte produto vetorial:

Calcular o momento provocado na alavanca da morsa, durante a fixação da peça conforme indicado na figura abaixo:

Equilíbrio

Para que um corpo esteja em equilíbrio é necessário que o somatório das forças atuantes e o somatório dos momentos em relação a um ponto qualquer sejam nulos.

Calcular a carga nos cabos que sustentam o peso de 4 kN, como indicado nas figuras:

Alavancas

De acordo com a posição do apoio, aplicação da força motriz (FM) e da força resistente (FR), as alavancas podem ser classificadas como:

A relação entre estas forças e os braços (motriz e resistente) das alavancas apresentadas, de acordo com a terceira equação de equilíbrio apresentada no item anterior é:

 

4. Tensão e Deformação

Tensão é ao resultado da ação de cargas externas sobre uma unidade de área da seção analisada na peça, componente mecânico ou estrutural submetido à solicitações mecânicas. A direção da tensão depende do tipo de solicitação, ou seja da direção das cargas atuantes. As tensões provocadas por tração compressão e flexão ocorrem na direção normal (perpendicular) à área de seção transversal e por isso são chamadas de tensões normais, representadas pela letra grega sigma (σ). As tensões provocadas por torção e cisalhamento atuam na direção tangencial a área de seção transversal, e assim chamadas de tensões tangenciais ou cisalhantes, e representadas pela letra grega tau (τ).

Representação das direções de atuação das tensões normais (σ) e tangenciais (τ).Observe que a tensão normal (σ) atua na direção do eixo longitudinal, ou seja, perpendicular à secção transversal, enquanto que a tensão de cisalhamento (τ) é tangencial à

 

Tensão Normal σ

A carga normal F, que atua na peça, origina nesta, uma tensão normal “σ” (sigma), que é determinada através da relação entre a intensidade da carga aplicada “F”, e a área de seção transversal da peça “A”.

No Sistema Internacional, a força é expressa em Newtons (N), a área em metros quadrados (m²). A tensão (σ) será expressa, então, em N/m², unidade que é denominada Pascal (Pa). Na prática, o Pascal torna-se uma medida muito pequena para tensão, então usa-se múltiplos desta unidade, que são o quilopascal (KPa), megapascal (MPa) e o gigapascal (Gpa).

 

Uma barra de seção circular com 50 mm de diâmetro, é tracionada por uma carga normal de 36 kN. Determine a tensão normal atuante na barra.

Diagrama Tensão X Deformação

Mostra-se necessário conhecer o comportamento dos materiais quando submetidos a carregamentos. Para obtermos estas informações, é feito um ensaio mecânico numa amostra do material chamada de corpo de prova (CP). Neste ensaio, são medidas a área de secção transversal “A” do corpo de prova e a distância “L0” entre dois pontos marcados neste.

Corpo de prova.

 

No ensaio de tração, o CP é submetido a uma carga normal “F”. A medida que este carregamento aumenta, pode ser observado um aumento na distância entre os pontos marcados e uma redução na área de seção transversal, até a ruptura do material. A partir da medição da variação destas grandezas, feita pela máquina de ensaio, é obtido o diagrama de tensão x deformação.

O diagrama tensão – deformação varia muito de material para material, e ainda, para um mesmo material podem ocorrer resultados diferentes devido a variação de temperatura do corpo de prova e da velocidade da carga aplicada. Entre os diagramas σ x ε de vários grupos de materiais é possível, no entanto, distinguir algumas características comuns; elas nos levam a dividir os materiais em duas importantes categorias, que são os materiais dúcteis e os materiais frágeis.

Comportamento mecânico de materiais dúcteis e frágeis.

 

Os materiais dúcteis como o aço, cobre, alumínio e outros, são caracterizados por apresentarem escoamento a temperaturas normais. O corpo de prova é submetido a carregamento crescente, e com isso seu comprimento aumenta, de início lenta e proporcionalmente ao carregamento. Desse modo, a parte inicial do diagrama é uma linha reta com grande coeficiente angular. Entretanto, quando é atingido um valor crítico de tensão σE, o corpo de prova sofre uma grande deformação com pouco aumento da carga aplicada. A deformação longitudinal de um material é definida como:

Quando o carregamento atinge certo valor máximo, o diâmetro do CP começa a diminuir, devido a perda de resistência local. A esse fenômeno é dado o nome de estricção.

Após ter começado a estricção, um carregamento mais baixo é o suficiente para a deformação do corpo de prova, até a sua ruptura. A tensão σE correspondente ao início do escoamento é chamado de tensão de escoamento do material; a tensão σR correspondente a carga máxima aplicada ao material é conhecida como tensão limite de resistência e a tensão σr correspondente ao ponto de ruptura é chamada tensão de ruptura.

Estes valores podem ser adquiridos ensaiando a peça ou pesquisando em tabelas de propriedades mecânicas de materiais.

Materiais frágeis, como ferro fundido, vidro e pedra, são caracterizados por uma ruptura que ocorre sem nenhuma mudança sensível no modo de deformação do material. Então para os materiais frágeis não existe diferença entre tensão de resistência e tensão de ruptura. Além disso, a deformação até a ruptura é muito pequena nos materiais frágeis em relação aos materiais dúcteis. Não há estricção nos materiais frágeis e a ruptura se dá em uma superfície perpendicular ao carregamento.

a) diagrama σ x ε de um aço de baixo teor de carbono; b) Estricção e ruptura dúctil.

a) Diagrama σ x ε de um material frágil; b) Ruptura frágil.

 

Lei de Hooke

No trecho inicial do diagrama da figura acima, a tensão σ é diretamente proporcional à deformação ε e podemos escrever:

Essa relação é conhecida como Lei de Hooke, e se deve ao matemático inglês Robert Hooke (1635-1703). O coeficiente E é chamado módulo de elasticidade ou módulo de Young (cientista inglês, 1773-1829), que é determinado pela força de atração entre átomos dos materiais, isto é, quando maior a atração entre átomos, maior o seu módulo de elasticidade. Exemplos: Eaço = 210 GPa; Ealumínio = 70 GPa.

Como sabemos que

, podemos escrever a seguinte relação para o alongamento (∆l):

O alongamento será positivo (+), quando a carga aplicada tracionar a peça, e será negativo (-) quando a carga aplicada comprimir a peça.

Uma barra de alumínio de possui uma secção transversal quadrada com 60 mm de lado, o seu comprimento é de 0,8m. A carga axial aplicada na barra é de 30 kN. Determine o seu alongamento. Eal = 70 MPa.

Zonas de deformação: Elástica e Plástica

Zona elástica: de 0 até A as tensões são diretamente proporcionais às deformações, onde ao esforçar o material o mesmo responde com deformações temporárias, isto porque as deformações ocorrem por forças internas que esticam as ligações que mantêm a estrutura do material, esticam porém não rompem as ligações por esse motivo as deformações são temporárias. O ponto A é chamado limite de elasticidade, pois, ele geralmente marca o fim da zona elástica. Daí em diante inicia-se uma curva, começa o chamado escoamento.

O escoamento caracteriza-se por um aumento considerável da deformação com pequeno aumento da força de tração, isto ocorre devido ao rompimento de ligações. No ponto B inicia-se a região plástica.

Diagrama Tensão x Deformação.

A zona plástica caracteriza-se por formação de novas ligações internas no material, como ligações já foram rompidas e refeitas, a partir desse ponto as deformações são permanentes, ou seja, ao aliviar as cargas na peça a mesma não retorna ao seu estado original.

 

Dimensionamento

Nas aplicações práticas, a determinação de tensões é um importante passo para o desenvolvimento de dois estudos relacionados a:

  • Análise de estruturas e máquinas existentes, com o objetivo de prever o seu comportamento sob condições de cargas especificadas.
  • Projeto de novas máquinas e estruturas, que deverão cumprir determinadas funções de maneira segura e econômica.

Em ambos os casos, é necessário saber como o material empregado vai atuar sob as condições de carregamento, seja na tração, compressão, flexão, cisalhamento e torção. Para cada material isto pode ser determinado através de uma série de ensaios específicos a cada tipo de solicitação, de onde obtemos dados importantes como as tensões de escoamento e ruptura.

 

Tensão Admissível

No projeto de um elemento estrutural ou componente de máquina, deve-se considerar que a carga limite do material seja maior que o carregamento que este irá suportar em condições normais de utilização. Este carregamento menor é chamado de admissível, de trabalho ou de projeto. Quando se aplica a carga admissível, apenas uma parte da capacidade do material está sendo solicitada, a outra parte é reservada para garantir ao material, condições de utilização segura.

Tensão admissível

 

A tensão admissível é a tensão ideal de trabalho para o material nas circunstâncias apresentadas. Geralmente, esta tensão deverá ser mantida na região de deformação elástica do material.

Porém, há casos em que a tensão admissível poderá estar na região de deformação plástica do material, visando principalmente a redução do peso de construção como acontece na construção de aviões, foguetes, mísseis, etc.

Para nosso estudo, nos restringiremos somente ao primeiro caso (região elástica) que é o que freqüentemente ocorre na prática.

A tensão admissível é determinada através da relação σE ( tensão de escoamento) coeficiente de segurança (Sg) para os materiais dúcteis, σR ( tensão de ruptura) coeficiente de segurança (Sg) para os materiais frágeis.

 

Coeficiente de segurança

O coeficiente de segurança é utilizado no dimensionamento dos elementos de construção visando assegurar o equilíbrio entre a qualidade de construção e seu custo. A fixação do coeficiente de segurança é feita nas normas de cálculo e, muitas vezes, pelo próprio projetista, baseado em experiências e de acordo com seu critério. A determinação do coeficiente de segurança adequado para diferentes aplicações requer uma análise cuidadosa, que leve em consideração diversos fatores, tais como:

  1. Material a ser aplicado;
  2. Tipo de carregamento;
  3. Freqüência de carregamento;
  4. Ambiente de atuação;
  5. Grau de importância do membro projetado.

As especificações para coeficientes de segurança de diversos materiais e para tipos diferentes de carregamentos em vários tipos de estruturas são dados pelas Normas Técnicas da Associação Brasileira de Normas Técnicas.

5. Tração e Compressão

Podemos afirmar que uma peça está submetida a esforços de traçao ou compressão, quando uma carga normal (tem a direção do eixo da peça) F, atuar sobre a área de secção transversal da peça. Quando a carga atuar no sentido dirigido para o exterior da peça, a peça está tracionada. Quando o sentido da carga estiver dirigido para o interior da peça, a barra estará comprimida.

Como exemplo de peças tracionadas, temos as correias, os parafusos, os cabos de aço, correntes. A compressão, por sua vez, pode ocorrer em ferramentas de estampagem, em pregos (durante o martelamento), trilhos, vigas de concreto, etc.

Determinar o diâmetro interno do fuso para o caso abaixo, sendo que este deve ser produzido em aço ABNT 1020 laminado a quente usando um fator de segurança igual a 2.

6. Flexão

Definimos como flexão a solicitação que provoca, ou tende a provocar, curvatura nas peças. O esforço solicitante responsável por este comportamento é chamado de momento fletor, podendo ou não ser acompanhado de esforço cortante e força normal.

A flexão é provavelmente o tipo mais comum de solicitação produzida em componentes de máquinas, os quais atuam como vigas quando, em funcionamento, transmitem ou recebem esforços.

 

Vigas

Estrutura linear que trabalha em posição horizontal ou inclinada, assentada em um ou mais apoios e que tem a função de suportar os carregamentos normais à sua direção (se a direção da viga é horizontal, os carregamentos são verticais).

Muitos problemas envolvendo componentes sujeitos à flexão podem ser resolvidos aproximando-os de um modelo de viga, como mostra o exemplo abaixo:

A figura acima mostra que um modelo de viga apresenta elementos que a definem, tais como os apoios e carregamento suportado. Estes elementos podem variar a cada modelo, e por isso são classificados quanto:

 

Apoios

Apoios ou vínculos são componentes ou partes de uma mesma peça que impedem o movimento em uma ou mais direções. Considerando o movimento no plano, podemos estabelecer três possibilidades de movimento

  • Translação horizontal;
  • Translação vertical;
  • Rotação.

As cargas externas aplicadas sobre as vigas exercem esforços sobre os apoios, que por sua vez produzem reações para que seja estabelecido o equilíbrio do sistema. Portanto, estas reações devem ser iguais e de sentido oposto às cargas aplicadas.

Classificação

Os apoios são classificados de acordo com o grau de liberdade, ou seja, os movimentos que permitem. Desta forma temos:

De acordo com o tipo e número de apoios, as vigas podem ser classificadas em:

Apoiadas:

 

Engastadas:

 

Em balanço:

 

Momento Fletor

No dimensionamento de peças submetidas à flexão, admitem-se somente deformações elásticas. A tensão de trabalho é fixada pelo fator de segurança, através da tensão admissível.

A fórmula da flexão é aplicada nas secções críticas, ou seja, nas secções onde o momento fletor é máximo. O momento fletor máximo pode ser obtido analisando os momentos no decorrer da viga. Segue alguns exemplos mais comuns de vigas carregadas e a forma como calcular o momento fletor máximo.

Sob ação de cargas de flexão, algumas fibras longitudinais que compõem o corpo sólido são submetidas à tração e outras “a compressão, existindo uma superfície intermediária onde a deformação (ε) e a tensão (σ) para as fibras nela contidas tornam-se nulas, isto é, não se encurtam e nem se alongam. Esta superfície é chamada de superfície neutra. A superfície neutra intercepta uma dada secção transversal da barra segundo uma reta chamada linha neutra.

Os esforços de tração e compressão aumentam à medida que se afastam da superfície neutra, atingindo sua intensidade máxima nas fibras mais distantes a ela. O material obedece a Lei de Hooke, ou seja, as tensões e deformações produzidas no sólido estão abaixo do limite de escoamento do material (regime elástico).

Supondo uma viga submetida a esforços de flexão, constituída por uma série de fibras planas longitudinais, as fibras próximas à superfície convexa estão sob tração e portanto sofrem um aumento em seu comprimento. Da mesma forma, as fibras próximas à superfície côncava estão sob compressão e sofrem uma diminuição no seu comprimento. Como na superfície neutra o esforço é nulo, a deformação resultante também será nula, sendo assim um plano de transição entre as deformações de tração e compressão. De acordo com a Lei de Hooke, a tensão varia linearmente com a deformação. Desta forma temos que a tensão de flexão varia linearmente numa dada seção transversal de uma viga, passando por zero (tensão nula) na linha neutra.

A equação abaixo é conhecida como fórmula da flexão, e a tensão normal σF, provocada quando a barra se flexiona, é chamada de tensão de flexão.

,onde I é o momento de inércia da secção transversal em relação à linha neutra. O momento de inércia é uma característica geométrica que fornece uma noção da resistência da peça. Quanto maior for o momento de inércia da secção transversal de uma peça, maior será sua resistência.

Essa equação representa a distribuição linear de tensões apresentadas na figura abaixo. A tensão de flexão assume seu valor máximo na superfície mais distante da linha neutra, ou seja, no maior valor de y, onde y simboliza a distância a partir da L.N., podendo chegar até a superfície da peça. Em vigas com seção simétrica (em realção a linha neutra), as tensões de tração e compressão produzidas durante a flexão terão o mesmo valor. Nas vigas com seções assimétricas, a tensão máxima ocorrerá na superfície mais distante da linha neutra.

A distribuição de tensões para o caso de perfis com seção assimétrica a linha neutra, como apresentado acima, deve ser observada durante o dimensionamento de componentes fabricados em materiais que apresentam valores diferentes para os limites de resistência, como o ferro fundido por exemplo.

Para a equação de distribuição de tensões apresentada no item anterior, podemos observar que as dimensões da viga estão associadas ao momento de inércia (I) e a distância da linha neutra à fibra mais distante (y). A relação entre estas grandezas pode ser expressa pelo módulo de flexão:

Para a equação de distribuição de tensões apresentada no item anterior, podemos observar que as dimensões da viga estão associadas ao momento de inércia (I) e a distância da linha neutra à fibra mais distante (y). A relação entre estas grandezas pode ser expressa pelo módulo de flexão:

O momento de inércia expressa o grau de dificuldade em se alterar o estado de movimento de um corpo em rotação.

Para um corpo rígido, podemos transformar o somatório em uma integral, integrando para todo o corpo C o produto da massa m em cada ponto pelo quadrado da distância r até o eixo de rotação:

Substituindo, temos:

Para que uma viga trabalhe em segurança, é necessário que a tensão admissível estipulada para o projeto seja igual ou maior que a tensão máxima de flexão. Essa relação mostra que a tensão máxima é inversamente proporcional ao módulo resistente W, de modo que uma viga deve ser projetada com maior valor de W possível, nas condições de cada problema.

Determinar o módulo de flexão para uma barra de seção retangular de 3×8 cm, para (a) b=3cm e (b) b=8cm.

Selecione um perfil estrutural tipo I (Aço ABNT 1020) para ser utilizado na ponte rolante ilustrada abaixo, com comprimento equivalente a 7 metros e que deverá suportar uma carga máxima equivalente a 3 toneladas. Para o dimensionamento desta viga, utilize Fs = 3.

7. Cisalhamento

Um corpo é submetido ao esforço de cisalhamento quando sofre a ação de um carregamento P que atua na direção transversal ao seu eixo.

A ação de cargas transversais num corpo provoca o aparecimento de forças internas, na seção transversal, denominadas esforço cortante. A tensão de cisalhamento τ é obtida através da razão entre a força cortante F e a área de seção transversal (área de corte) A. Como segue:

onde N representa a quantidade de áreas cisalhadas com a aplicação da força F. As tabelas de propriedades dos materiais, no geral, não indicam os valores das tensões (limite de ruptura ou escoamento) de cisalhamento. Em nosso estudo seguiremos critérios práticos para a determinação destes valores a partir dos limites fornecidos pelo ensaio de tração.

A tensão de cisalhamento ocorre comumente em parafusos, rebites e pinos que ligam diversas partes de máquinas e estruturas. Dizemos que um rebite está sujeito a corte simples quando este une duas chapas nas quais são aplicadas cargas de tração F que provocam o aparecimento de tensões numa secção do rebite. Outra situação comum ocorre quando o rebite é usado para conectar três chapas e poderá ser cortado em dois planos, como mostra a figura abaixo. Neste caso o rebite está sujeito à corte duplo.

Tensões de Esmagamento

Durante o carregamento, os elementos de união de chapas (rebite, parafuso, etc.) sofrem além do cisalhamento, também esmagamento pelas chapas. Durante o dimensionamento destes componentes, é importante verificar se a tensão de esmagamento está abaixo do limite admissível. Desta forma:

 

Calcular o diâmetro do rebite para unir, com segurança as duas chapas do esquema abaixo: O material do rebite tem limite de escoamento à cisalhamento de 600MPa. Usaremos coeficiente de segurança de 3.

8. Torção

O comportamento das peças quando submetidas a um momento de torção (ou torque), em relação ao seu eixo longitudinal, o qual produz ou tende a produzir rotação ou “Torção” na peça.

Esta ação de torcer é resistida pelo material, através de forças internas de cisalhamento, desta forma o corpo está submetido a uma solicitação de Torção. A condição de equilíbrio exige que a peça produza um momento interno igual e oposto ao aplicado externamente.

A região da peça que fica localizada entre estes dois planos, mostrado acima, está submetida à Torção. O Torque aplicado ou transmitido sempre produz rotação, “deformando” o eixo por torção e conseqüentemente produzindo “tensões” no material.

Como pode ser observado nas ilustrações acima, a hipótese de torção considera que a deformação longitudinal, num eixo submetido a um torque T numa extremidade e engastado na extremidade oposta, apresenta um campo de deformações onde o valor máximo ocorre na extremidade livre (ponto A’).

O ponto A’ para a seção transversal, também corresponde a máxima deformação (εmáx) de torção, variando linearmente até o centro do eixo onde a deformação é nula (ε = o). Considerando o regime elástico, segundo a Lei de Hooke, podemos afirmar que: se a deformação varia linearmente do centro (nula) à extremidade (máxima), a tensão também assim o fará.

Para eixos de seção circular, a tensão de torção pode ser expressa pelas seguintes equações:

Para eixos de seção transversal maciça:

Calcular uma árvore, para que execute com segurança o trabalho proposto no esquema abaixo. O material que queremos utilizar na árvore tem tensão de escoamento ao cisalhamento valendo 500 MPa. Usaremos coeficiente de segurança 2.

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