SlideShare uma empresa Scribd logo
1 de 11
Baixar para ler offline
F – Flexão Simples

6.0 – FLEXÃO SIMPLES
Costuma-se denominar “flexão simples” o caso de vigas submetidas apenas ao
momento fletor M, porém sendo este variável, o que implica na coexistência de uma força cortante Q, sendo esta, justamente, a taxa com que M varia ao longo da viga (pois,
como visto em 5.2, Q = dM/dx,).
Neste capítulo estudaremos o caso de vigas que têm seção simétrica em relação ao
plano do carregamento (flexão reta).
6.1 – TENSÕES NORMAIS
De início, admitiremos que a existência de tensões tangenciais associadas à presença da força cortante na seção não altere a distribuição das tensões normais, permitindo-nos insistir na aplicação da hipótese
de que a seção se mantém plana e que a distribuição dessas tensões normais continue sendo
linear.
Permanece aplicável, portanto, a equação de Euler:
σ = (M / ILN) y
Nota: a hipótese de que as deformações por distorção
decorrentes das tensões tangenciais não afetam a distribuição das tensões normais na seção é aplicável
nos casos em que tais tensões tangenciais sejam pequenas, como se verá adiante (6.5).

Fig. 6.1.1 – Tensões normais

M

M

6.2 – TENSÕES TANGENCIAIS
Para melhor compreender a natureza do aparecimento das tensões tangenciais em uma viga flexionada, observe a fig. 6.2.1(a) que representa uma pilha
de tábuas sobrepostas, submetida, nas extremidades, a
um momento fletor M que traciona as tábuas inferiores, comprimindo as superiores, sem provocar qualquer tipo de escorregamento entre as tábuas.
Já se a flexão fosse provocada pelo carregamento mostrado em (b) (M variável), verifica-se que
as tábuas escorregariam, umas sobre as outras. Se as
tábuas fossem coladas, umas às outras, impedindo
este escorregamento, surgiriam tensões tangenciais na
cola. Verifica-se, portanto, que, sendo a viga inteiriça,
submetida àquele carregamento (c), ocorrerão tensões
tangenciais nos planos longitudinais (τyx).
A existência de uma tensão τyx no plano longitudinal da viga implica na ocorrência de uma tensão
τxy , de igual valor, na seção transversal (1.5). São
essas tensões que provocam o cortante Q.

(a)

(b)

P

τyx

y
x

(c)

τxy

Fig. 6.2.1 – Tensões de cisalhamento na flexão.
17
F – Flexão Simples

A determinação das tensões tangenciais
despertadas em uma viga submetida a um momento fletor variável será feita analisando-se o
equilíbrio de forças atuantes em uma parte da
viga (mostrada na Fig. 6.2.2 em verde) situada
entre duas seções contíguas, separadas de dx,
onde atuam os momentos fletores M (de um
lado) e M+dM (de outro).
As tensões normais atuantes na seção
em x + dx serão maiores que as atuantes na
seção em x, devido à diferença dos momentos
fletores nas respectivas seções. Portanto, as
forças resultantes dessas tensões normais (F1 e
F2) atuantes em cada uma dessas faces serão
diferentes (F1 < F2), ocasionando o aparecimento das tensões tangenciais longitudinais de
valor médio τyx na face superior do elemento,
para promover o equilíbrio de forças, permitindo escrever:

M
LN

F1

y

τyx

M + dM
x

F2

τxy
dx
b

F2 – F1 = τyx b. dx
Mas as resultantes das tensões normais
atuantes em cada uma das faces valerão:
LN

y’ = y (Max)

F=

y
y’

ymax

F1

F2

sendo σ’ = (M/I)y’ na seção em x e
σ’ = [(M+dM)/I]y’ na seção em x+dx.

σ’
dy’

σ’ . b’ dy’

∫ y’ = y

dx

b’

Computando a diferença F2 – F1 obtemos:
y(Max)

Fig. 6.2.2– Tensões tangenciais na flexão. Cálculo por equilíbrio.

τyx b. dx = ∫y

(dM/I) y’ b’ dy’

Levando em conta que, na integração estendida ao longo da variável y’, os valores de dM e I são
parâmetros invariantes, a equação acima pode ser reescrita:
y(Max)

τyx b. dx = (dM/I)

∫y

y(Max)

τyx = [(dM/dx)

y’ b’ dy’ > e >>

∫y

y’ b’ dy’] / b I

Como (dM/dx) = Q e τyx = τxy obtemos finalmente (Equação de Jourawsky~1821-1891):

τxy =

QV
b ILN

..................... (6.2.1)

onde:

τxy – tensão de cisalhamento em um dado ponto da seção; Q – força cortante na seção; ILN – momento
de inércia da seção em relação à LN que contém o centróide; b – largura da seção na altura do ponto
considerado; V – momento estático da parte da área da seção situada “abaixo” (*) do ponto considera18
F – Flexão Simples

do, em relação à linha neutra. NOTA (*) - ou “acima”, já que o momento estático da área total da seção
será nulo em relação à LN, pois esta contém o seu centróide.
Realmente: a integral
y’ = y(Max)

∫

V = y’= y
y’ b’ dy’
terá valor nulo nas arestas inferior e superior da viga (onde y = yMax e y = - yMin), aliás como não poderia deixar de ser, já que nessas partes não há tensão longitudinal τyx (não há componente de tensão perpendicular ao contorno). Conclui-se portanto, que a tensão tangencial não se distribui uniformemente
como no caso do corte puro
τ=0
iniciando com valor nulo no topo superior
da seção, aumentando de valor até a altura
do centróide, passando a diminuir até novamente atingir o valor zero na aresta inτ med
ferior.
O valor médio da tensão tangencial
na seção continuará a ser calculado pela
expressão:
τmed = Q / A.

τ Max

A distribuição das tensões ao longo dos diversos pontos da seção dependerá de seu formato.

6.3 – Várias formas de seção.

τ=0
Fig. 6.2.3- Distribuição das tensões de cisalhamento em uma viga simétrica sob flexão simples

a) SEÇÃO RETANGULAR – Para vigas de seção retangular b x h, onde ILN = bh3/12, teb
remos:
τMax = 1,5 τmed
OBS.: o momento estático de uma área em relação
a um eixo é obtido fazendo-se o produto da área
pela distância de seu centróide ao eixo.

h/2
y

τ = [12 Q / b2 h3] [( ½ h – y)b][y + ½ ( ½ h – y)]

h/2

τ = (6Q/bh3)[(h/2)2 – y2)
(distribuição parabólica, com valores nulos para a
tensão tangencial nos topos -- y = + h/2 e máxima
tensão no centro, atingindo 1,5 vezes a tensão média
Q/A --------- τMax = (3/2)(Q/A)

τmed
Fig. 6.3.1 – Tensões tangenciais em vigas de seção retangular e circular

b) SEÇÃO CIRCULAR MACIÇA -

τMax = 1,33 τmed

O valor máximo da tensão tangencial ocorre na linha neutra
onde b = d, V = (πd2/8)(2d/3π), sendo I = πd4/64, e

τMax = (4/3)(Q/A).

Para outros pontos, a fórmula de Jourawski (6.2.1) fornece o valor da tensão na linha de centro (plano de simetria) e, também, o valor da componente vertical da tensão nos demais pontos
(sendo a direção da tensão tangente ao contorno e, nos pontos
internos, com direção convergente ao ponto de encontro dessas
tangentes na mesma altura (hipótese de Green).
19

τMax
d
F – Flexão Simples

c) PERFIS LAMINADOS (I, T, H)tm

A otimização da escolha do formato
da seção das vigas, objetivando minimizar o
valor das tensões normais decorrentes do
momento fletor, leva à utilização de seções
nas quais as áreas são afastadas da linha neutra (perfis “I” e “T”, com mesas/abas largas e
almas/nervuras estreitas). Como conseqüência, surgirão tensões tangenciais elevadas na
alma, na altura da linha neutra, pelo fato de a
dimensão “b” da nervura aparecer no denominador da equação de Jourawski (ou seja,
nos pontos da viga onde a tensão normal é
máxima – arestas superior e inferior, a tensão
tangencial é nula, enquanto na linha neutra,
onde σ = 0, a tensão τ atinge valor extremo).
A descontinuidade do valor da tensão
na transição entre a mesa e a alma decorre da
descontinuidade da largura (b) da seção nesses locais.

10
kN

200

30

300
900
mm

ta
h

τ

b

τ

σ

σ

Exemplo 1 – Para a viga esquematizada na figura,
pede-se determinar:
a) a máxima tensão de tração;
b) a máxima tensão de compressão;
c) a máxima tensão de cisalhamento;
d) a força total na união entre a mesa e a alma.
SOLUÇÃO
a) a máxima tensão de tração ocorrerá no topo da
mesa, no engaste, valendo:

σT = (9000 / 127,1 x10 –6) x(0,330 –0,2325) =

= 6,90 MPa.
b) a máxima tensão de compressão ocorrerá na base
da alma, no engaste, valendo:

σC = (9000 / 127,1 x 10 –6) x 0,2325 = 16,5 MPa

20
A força cortante Q vale 10 kN ao longo de toda a
viga.
O momento fletor M (negativo, tracionando a mesa),
varia linearmente de zero, na extremidade em balanço, até o engaste, onde vale 10 x 0,9 = 9 kNm.
A linha neutra estará a uma altura da base da alma
em yLN = (20 x30 x315 + 20 x300 x150) / 12000
yLN = 232,5 mm
O momento de inércia da seção em relação à LN:
3
2
ILN = 200 x30 /12+ 200 x30(315 –232,5) +
3
2
+ 20 x300 /12 + 20 x300(232,5 – 150) =
6
4
-6
4
= 127,1 x 10 mm = 127,1 x 10 m

c) a máxima tensão tangencial ocorrerá na altura da
linha neutra, em toda extensão da viga, valendo:

τMax = [10.000 x 0,020 x (0,2325)2 x ½] / 0,020 x I LN
τMax = 2,12 MPa

d) a tensão τxy na altura da transição mesa/alma
valerá:

τxy = 10.000 x 0,030 x 0,200 x(0,315 –0,2325) /
/ 0,020 x 127,1 x 10

–6

= 1,947 MPa.

e) Uma tensão de mesmo valor (τyx) se estende ao longo
da união entre a mesa e a alma, e a força nesta união
valerá: FU = 1,947 x 10 –6 x (900 x20) x 106 = 35,0 kN.
20
F – Flexão Simples

6.4 – Perfis Compostos
É freqüente a construção de
vigas através da composição de barras chatas por parafusagem, colagem, uso de pregos, rebites, cantoneiras, soldagem, etc.
Os perfis assim constituídos
funcionam como se inteiriços fossem, podendo-se calcular os esforços nos elementos de união computando as tensões médias nas faces
que estão sendo unidas.

Fig. 6.4.1 – Perfis Compostos
60mm – 15 paraf. d= 5mm

10
kN

Assim, no perfil de madeira mostrado no
exemplo 1 anterior, se a barra de 200x30 mm2
que constitui a mesa fosse conectada à barra da
alma (300x20) através de 15 parafusos de
60mm de comprimento e com diâmetro de
5mm, distribuídos ao longo dos 900 mm da mesa, com igual espaçamento de 60 mm, poderíamos calcular a força em cada parafuso levando
em conta que a tensão longitudinal τyx entre
mesa e alma vale 1,947 MPa, o que corresponde
a uma força de valor 1,947x20x60= = 2,336 kN
para cada parafuso.
A tensão de cisalhamento no parafuso
seria igual a 2,336 x 103 / [π(5)2/4]x10 –6 = 119
MPa.
- compressão lateral do furo (tanto na mesa
como na alma) valeria: 2.336 / 5x30=15,6MPa
400

P

400

30

300
900
mm

150
20

200

200

15
16

20
100

21

Exemplo 6.4.1– A viga esquematizada
foi construída por soldagem de duas
barras chatas de aço, de 150x20 mm2,
a outra barra de mesmo material como nervura, de 200x15 mm2, através
de cordões com 10 mm de largura e
30 mm de extensão. Sabendo-se que as
tensões admissíveis tanto para as barras como para os cordões sejam: σadm
=120 MPa e
τadm =70 MPa, calcular Padmissivel.
F – Flexão Simples

P
½P

400

400

0,5 P

½P
Q

Solução
Os diagramas de esforços solicitantes nos indicam:
QMAX = 0,5P e MMAX = 0,5P x 0,400 = 0,2 P.
O momento de Inércia da seção vale:
ILN = 12 x 2003/12 + 2 [150 x 203/12 + 150 x20 x 1103] =
6

0,5 P

4

= 82,8 x 10 mm = 82,8 x 10

–6

4

m.

O valor de Padm. para a tensão normal será calculado com

σMAX = 120 x 106 = (0,2P / 82,8 x10 –6) x0,120;I

(PMAX) = 414 kN;

O valor de Padm. para a tensão tangencial limite será:

M
0,2 P

τMAX =

0,5P (0,150 x0,020 x0,110 + 0,100 x0,015 x 0,050)

0,015 x 82,8 x 10 –6
6

= 70 x 10 Pa

II

(PMAX) = 429 kN;

A máxima força que se admite ser transmitida por um
dos cordões de solda será:
FC = 70 x106 x 16 x 0,707 x 100 = 79,18 kN
Se a viga fosse inteiriça, a tensão na união entre a alma e
cada uma das abas seria:
τU = 0,5 P (0,150 x0,020 x0,110) / 0,015 x 82,8 x10 –6 =
= 132,8 P.

τU

Na extensão de 400mm (metade do comprimento da viga)
a força total na união mesa x alma será:
FU = τU x 0,400 x 0,015 = 132,8 P x 0,400 x 0,015 =

100

16

= 0,7968 P.
Como tal força será transmitida por 4 cordões (dois de

cada lado da alma) para cada cordão caberá:
FC = 0,7968P : 4 = 0,1992 P.
Como (FC)MAX = 79,18 kN, teremos PMAX = 397,5 kN.
Portanto: Padmissivel = 398 kN (Resposta)

15
400

6.5 – Análise Crítica
A suposição de que a distribuição das tensões de cisalhamento na flexão não alteraria a distribuição das tensões normais na seção só é aplicável nos trechos da viga onde a
força cortante não varia. O resultado obtido para a distribuição das tensões tangenciais
(parabólica na seção retangular) aponta no sentido de que a seção não permanece plana,
devido à distorção variável em y.
Estudos mais avançados (Saint’Venant) dão
conta de que, para a seção retangular na qual a relação b/h <1/4, o valor da tensão tangencial média
calculado pela fórmula de Jourawski não difere
mais de 8% do valor máximo alcançado pela tensão na linha neutra.
O erro é grande para o caso de barras largas
(para b/h = 10, τMAX / τMED = 3,77), sendo, porém, geralmente irrelevante, já que são muito pequenos os valores dessas tensões (valor de b elevado).
22

h/2

τMED
τMAX

h/2

b
F – Flexão Simples

6.6 – Vigas de igual resistência
Ao se dimensionar uma viga prismática, levando em conta a seção crítica onde o
momento fletor é extremo, a peça ficará superdimensionada para as demais seções.
Assim é que, para uma viga de comprimento L, em balanço, com carga P concentrada
na extremidade livre, a seção crítica seria a do
engaste e a viga prismática de seção retangular
(bxh) teria dimensões tais que:
Wmínimo = (bh2/6)mínimo = PL/ σadmissível.

P
h
L

b

Como o momento fletor em cada seção
varia linearmente com a distância da seção à
linha de ação da força P, para que a tensão normal máxima seja a mesma em todas as seções,
bastaria que, mantida a dimensão h, a dimensão
b variasse linearmente com a distância à
extremidade livre. Deve-se considerar ainda
que, próximo a essa extremidade, a dimensão b
não pode ser diminuída até atingir o valor nulo,
já que a seção deve ser capaz de suportar a tensão máxima de cisalhamento causada pela força
cortante (de valor 1,5 P/bh). Daí a necessidade
do prolongamento prismático na extremidade
livre. O chamado “feixe de molas”, utilizado na
suspensão de veículos, adota tal tipo de viga
(cortada em fatias longitudinais, superpostas
como indicado na figura ao lado e conectadas
por cintas).
Se, ao invés de ser adotada invariante a
dimensão vertical h, fosse a largura b mantida
constante, a dimensão h da seção variaria (numa
viga de igual resistência) segundo uma lei quadrática, o que levaria, para uma viga bi-apoiada
com uma carga aplicada ao longo do vão, a um
formato como o apresentado na figura ao lado.
Exercício proposto: mostre que, para uma viga
de igual resistência, bi-apoiada e submetida a um carregamento uniformemente distribuído ao longo de toda a
sua extensão, com largura uniforme, a dimensão da alma varia segundo uma função elíptica (exceto nas extremidades, onde se mantém constante, devido à ação da
força cortante).

23

Fig. 6.6.1 – Vigas de igual resistência
F – Flexão Simples

6.7 – Perfis Delgados
As tensões de cisalhamento em vigas de paredes finas alcançam valores importantes diante do pequeno
valor da dimensão “b” que aparece na equação de Jourawski (6.2.1)

τyx

M

M + dM
F1
F2

dx
b

τzx

O valor da tensão τzx em um ponto da mesa situado a uma distância z da sua borda será calculado
fazendo:
τzx = τxz = Q[b.z.(h/2)]/ b ILN (variação linear com z,
de zero, na extremidade da aba, até seu encontro com a
alma). Interessante notar que o mesmo ocorrerá com a
outra metade da aba, tendo a tensão τxz o sentido inverso,
indicando que a distribuição das tensões ao longo da seção do perfil se dá como um escoamento de um fluido ao
longo de uma rede hidráulica bifurcada (fluxo cisalhante), sendo aplicável a analogia com a equação da continuidade, já mencionada no estudo da torção dos dutos de
parede fina.

τxz

dx

Assim, para a viga esquematizada na figura ao lado,
caso a tensão tangencial máxima τxy, ocorrente à meia altura da seção, fosse suficiente para provocar a ruptura por
cisalhamento do material, a fratura seria no sentido longitudinal, ao longo do plano neutro (τyx).
A componente vertical da tensão τxy nas mesas será
desprezível em presença da ocorrente na alma, devendo-se
considerar, no entanto, a existência de uma componente
horizontal τxz , calculada, da mesma forma, pela equação
6.2.1, considerando que o momento estático V seria o da
parte da área da mesa “cortada” pela tensão longitudinal τzx
e b a largura da parte cortada (a tensão τzx aparece diante do
desequilíbrio entre as forças normais F1 < F2 na parte da
mesa, em conseqüência da diferença entre os momentos
fletores dM).

z

Fig. 6.7.1 – Tensões tangenciais em perfis delgados.

265
17

B
753

13,2

Exemplo 6.7.1: Para o perfil “duploT” esquematizado, estabelecer a distribuição das tensões tangencias nos diversos pontos das mesas
e da alma, como função da tensão média Q/A..
Solução: As propriedades geométricas do perfil W760x147 (pg.1191 LT) indicam:
A =18.800mm2, IZ =1.660 x10-6 m4.
A tensão τ nos entroncamentos entre cada
uma das metades da mesa e a alma vale (A):

τxz=Q(½ 0,265 x 0,017 x0,368)/0,017 x1660 x10 -6=

C

=29,37 Q
No entroncamento entre cada mesa completa e
a alma, a tensão vale (B):

A

τxz =Q(0,265 x0,017 x0,368)/0,0132 x1660x10-6=
=75,66 Q
24
F – Flexão Simples

Convém repisar que a analogia com a equação da continuidade para os fluidos incompressíveis
se aplica ao denominado “fluxo cisalhante”, permitindo-nos escrever que, para o entroncamento
(bifurcação) entre cada mesa e a alma, 2 τA bA = τB bB, ou seja, 2 x 29,37Q x 17 = 75,66 Q x 13,2.
A tensão cisalhante máxima, ocorrente na linha neutra, valerá:
τC =Q [0,265 x0,017 x0,368 + 0,0132 x0,3595 x(1/2) 0,3595 ] / 0,0132 x1660x10-6 = 114,6 Q.
Como τmédio = Q / A = Q / 18.800 x 10-6 = 53,19 Q, teremos:
τA =0,552 τmédio; τB =1,42 τmédio; τC = τmáximo = 2,15 τmédio.

Nos perfis simétricos, em forma de “caixão”, é fácil compreender que, na linha de
simetria, a tensão cisalhante parte do valor zero (*), variando em sentidos opostos para os
pontos mais afastados da linha de simetria. A figura 6.7.2 mostra alguns exemplos de distribuição das tensões tangenciais em seção de viga em forma de duto de parede fina,
submetido à flexão simples e seus valores máximos em função da tensão média (Q/A).
(*)Observe que o momento estático da área assinalada tende a zero quando z →0.
z

τMax = ξ (Q/A)

ξ
1,500
1,333
2,000

b/h

h
(a)

(b)

(c)

Fig. 6.7.2 – Tensões tangenciais em perfis delgados simétricos tipo caixão.

A utilização da analogia com o “fluxo cisalhante” é muito útil na determinação
da distribuição das tensões tangenciais ao
longo de perfis delgados, facilitando a visualização das áreas que seriam “cortadas”
por ação dessas tensões, propiciando o cálculo correto dos correspondentes momentos estáticos (V) e larguras (b), para aplicação na fórmula de Jourawski. Na figura ao
lado, são apresentados dois exemplos de
áreas assinaladas e respectivas larguras (b),
para o cômputo das tensões tangenciais
correspondentes, utilizando-se 6.2.1.
25

b

0,25
0,50
1,00
2,00
4,00

1

b

2

b

Fig. 6.7.3 – Fluxo cisalhante

ξ
1,607
1,800
2,250
3,600
5,192
F – Flexão Simples

Exemplo 6.7.2 – Deseja-se fabricar uma viga caixão
com tábuas de madeira (10 x 100 mm2) coladas, havendo duas opções (A e B) quanto a seu posicionamento em relação ao plano vertical do carregamento
(peso próprio).
Verificar, para as duas opções, a relação entre
a tensão tangencial na cola e a tensão tangencial média na viga para uma força cortante Q.
Solução
Posição A: Área A = 1.000 mm2;
ILN =2 x[10 x1003/12 + 100 x 103/12 + 10 x100 x 552] =

A
B

6

4

-6

4

= 7,733 x 10 mm = 7,733 x 10 m

cola

τmédia = Q/A = Q / 1.000 x 10 -6 = 1.000 Q;
τcola =Q.(0,100x 0,010x 0,055) / (2x 0,010) x 7,733x10-6
τcola = 355,6 Q >>>>>> τcola = 0,3556 τmédia

100

10

Posição B: Área A = 1.000 mm2; ILN =2 x[10 x1003/12 + 100 x 103/12 + 10 x100 x 452] =

τmédia = Q/A

= 5,733 x 106 mm4 = 5,733 x 10-6 m4
= Q / 1.000 x 10-6 = 1.000 Q; τcola = Q.(0,100x 0,010x 0,045) / (2x 0,010) x 5,733x10-6

τcola = 392,5 Q >>>>>> τcola = 0,3925 τmédia

6.8 – Centro de Torção.
A distribuição das
tensões tangenciais ao
longo das paredes de um
perfil delgado aberto e
assimétrico, submetido à
flexão simples (com a
força ativa aplicada no
centróide da área, portanto sem momento de torção, como mostra a Fig.
6.8.1), indica que o perfil
sofrerá uma torção (apesar de se ter T = 0!). Para
se evitar que tal deformação ocorra, a força
que ataca o perfil teria
que ser aplicada a uma
certa distância δ do eixo
longitudinal baricêntrico
para equilibrar o momento decorrente das forças
associadas àquelas tensões.

τ

P

δ
Fig. 6.8.1– Centro de Torção

26
F – Flexão Simples

A determinação do afastamento δ do centro de torção (também chamado “centro de
ataque”), em relação ao centróide C da seção, é feita igualando os momentos em relação ao
eixo longitudinal baricêntrico do perfil, provocados pelas forças associadas às tensões tangenciais ao longo das paredes e pela força que ataca a viga.

τ∗

a

P

Fa
Q=P

2a
C

C

Fa
t

Zc

Exemplo 6.8.1 - Para o perfil “C”
mostrado ao lado (espessura t,
largura da aba a e altura da alma
2a), o centróide C estará posicionado em: Zc = a / 4.
O momento de inércia baricêntrico valerá:
ILN = t(2a)3/12 + 2 (t.a)(a)2=8ta3/3.
A tensão tangencial nas
abas variará linearmente da extremidade até a junção com a alma,
onde valerá:
τ* = P[a.t.(a)]/t.(8ta3/3) = 3P / 8t.a
A força horizontal Fa atuante em cada aba, resultante dessas tensões, valerá:
Fa = ½ [τ∗]t.a = (3/16)P

δ

Tomando momentos dessas forças em relação ao centróide C, podemos escrever:
P . δ = Fa . (2a) + P . Zc = (3/16)P.(2a) + P (a/4), obtendo-se: δ = (3/8)a + (1/4)a.
Ou seja: o centro de torção está localizado a uma distância da alma que vale 3/8 da largura da aba.
São apresentados abaixo alguns exemplos de seções transversais de perfis delgados de
espessura uniforme e os correspondentes posicionamentos do centro de torção.
b

b
b/2

R

R

h
b/2

δ∗
δ∗

b
2 + h/3b

δ∗

δ∗

δ∗
(5/8)b

0

[(4 - π)/π] R

R

Verifique no Link www.cesec.ufpr.br/~metalica/08/08.htm a posição indicada para o centro de
torção dos perfis lá apresentados.
27

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Linhas de-influencia-de-estruturas-isostaticas (1)
Linhas de-influencia-de-estruturas-isostaticas (1)Linhas de-influencia-de-estruturas-isostaticas (1)
Linhas de-influencia-de-estruturas-isostaticas (1)UFRJ
 
Estruturas de madeira (1) jwood
Estruturas de madeira (1) jwoodEstruturas de madeira (1) jwood
Estruturas de madeira (1) jwoodcarlossilva1889
 
Aula diagramas
Aula diagramasAula diagramas
Aula diagramasRoseno11
 
Tabela de conversao de unidades
Tabela de conversao de unidadesTabela de conversao de unidades
Tabela de conversao de unidadesCaesar Davinci
 
Solução da lista 2
Solução da lista 2Solução da lista 2
Solução da lista 2Ayrton Lira
 
Exercicios area 1 com resposta
Exercicios area 1 com respostaExercicios area 1 com resposta
Exercicios area 1 com respostaBruna Racoski
 
Resolução da lista de exercícios 1 complementos de rm-7
Resolução da lista de exercícios 1  complementos de rm-7Resolução da lista de exercícios 1  complementos de rm-7
Resolução da lista de exercícios 1 complementos de rm-7Eduardo Spech
 
Apostila resistência materiais
Apostila resistência materiaisApostila resistência materiais
Apostila resistência materiaisMoacir Junges
 
1 resistencia materiais-estaticas_estruturas - importantíssimo - usar este
1   resistencia materiais-estaticas_estruturas - importantíssimo - usar este1   resistencia materiais-estaticas_estruturas - importantíssimo - usar este
1 resistencia materiais-estaticas_estruturas - importantíssimo - usar esteturmacivil51
 
Glauco exercicios resolvidos (1)
Glauco exercicios resolvidos (1)Glauco exercicios resolvidos (1)
Glauco exercicios resolvidos (1)Amália Ribeiro
 
Aula 04 cálculo das reações de apoio, estaticidade e estabilidade
Aula 04   cálculo das reações de apoio, estaticidade e estabilidadeAula 04   cálculo das reações de apoio, estaticidade e estabilidade
Aula 04 cálculo das reações de apoio, estaticidade e estabilidadeYellon Gurgel
 
METODO DE BROMS PARA ESTACAS.pdf
METODO DE BROMS PARA ESTACAS.pdfMETODO DE BROMS PARA ESTACAS.pdf
METODO DE BROMS PARA ESTACAS.pdfLucasVeloso42
 
Exercicios de torção
Exercicios de torçãoExercicios de torção
Exercicios de torçãoRomualdo SF
 
Terceira lista de_exercícios
Terceira lista de_exercíciosTerceira lista de_exercícios
Terceira lista de_exercíciosRicardo Ignácio
 
3. cálculo dos esforços em vigas
3. cálculo dos esforços em vigas3. cálculo dos esforços em vigas
3. cálculo dos esforços em vigasWillian De Sá
 
Solucionário Capitulo4 FOX
Solucionário Capitulo4 FOXSolucionário Capitulo4 FOX
Solucionário Capitulo4 FOXMarilza Sousa
 

Mais procurados (20)

Exercício Resolvido 1 - Tensão Média
Exercício Resolvido 1 - Tensão MédiaExercício Resolvido 1 - Tensão Média
Exercício Resolvido 1 - Tensão Média
 
Linhas de-influencia-de-estruturas-isostaticas (1)
Linhas de-influencia-de-estruturas-isostaticas (1)Linhas de-influencia-de-estruturas-isostaticas (1)
Linhas de-influencia-de-estruturas-isostaticas (1)
 
Estruturas de madeira (1) jwood
Estruturas de madeira (1) jwoodEstruturas de madeira (1) jwood
Estruturas de madeira (1) jwood
 
Aula diagramas
Aula diagramasAula diagramas
Aula diagramas
 
Tabela de conversao de unidades
Tabela de conversao de unidadesTabela de conversao de unidades
Tabela de conversao de unidades
 
Solução da lista 2
Solução da lista 2Solução da lista 2
Solução da lista 2
 
Exercicios area 1 com resposta
Exercicios area 1 com respostaExercicios area 1 com resposta
Exercicios area 1 com resposta
 
Resolução da lista de exercícios 1 complementos de rm-7
Resolução da lista de exercícios 1  complementos de rm-7Resolução da lista de exercícios 1  complementos de rm-7
Resolução da lista de exercícios 1 complementos de rm-7
 
Apostila resistência materiais
Apostila resistência materiaisApostila resistência materiais
Apostila resistência materiais
 
1 resistencia materiais-estaticas_estruturas - importantíssimo - usar este
1   resistencia materiais-estaticas_estruturas - importantíssimo - usar este1   resistencia materiais-estaticas_estruturas - importantíssimo - usar este
1 resistencia materiais-estaticas_estruturas - importantíssimo - usar este
 
Glauco exercicios resolvidos (1)
Glauco exercicios resolvidos (1)Glauco exercicios resolvidos (1)
Glauco exercicios resolvidos (1)
 
Rm exerc resolvidos
Rm exerc resolvidosRm exerc resolvidos
Rm exerc resolvidos
 
Aula 04 cálculo das reações de apoio, estaticidade e estabilidade
Aula 04   cálculo das reações de apoio, estaticidade e estabilidadeAula 04   cálculo das reações de apoio, estaticidade e estabilidade
Aula 04 cálculo das reações de apoio, estaticidade e estabilidade
 
Mecanica aplicada-apostila 2
Mecanica aplicada-apostila 2Mecanica aplicada-apostila 2
Mecanica aplicada-apostila 2
 
METODO DE BROMS PARA ESTACAS.pdf
METODO DE BROMS PARA ESTACAS.pdfMETODO DE BROMS PARA ESTACAS.pdf
METODO DE BROMS PARA ESTACAS.pdf
 
Calculo de apoio e flecha
Calculo de apoio e flechaCalculo de apoio e flecha
Calculo de apoio e flecha
 
Exercicios de torção
Exercicios de torçãoExercicios de torção
Exercicios de torção
 
Terceira lista de_exercícios
Terceira lista de_exercíciosTerceira lista de_exercícios
Terceira lista de_exercícios
 
3. cálculo dos esforços em vigas
3. cálculo dos esforços em vigas3. cálculo dos esforços em vigas
3. cálculo dos esforços em vigas
 
Solucionário Capitulo4 FOX
Solucionário Capitulo4 FOXSolucionário Capitulo4 FOX
Solucionário Capitulo4 FOX
 

Destaque

Matéria de Aula - Flexão Simples
Matéria de Aula - Flexão SimplesMatéria de Aula - Flexão Simples
Matéria de Aula - Flexão SimplesWillian De Sá
 
5 projeto de vigas em flexao
5 projeto de vigas em flexao5 projeto de vigas em flexao
5 projeto de vigas em flexaoDande_Dias
 
Resistência dos Materiais Para Entender e Gostar
Resistência dos Materiais Para Entender e GostarResistência dos Materiais Para Entender e Gostar
Resistência dos Materiais Para Entender e GostarHeloa08
 
Capitulo 8 flexão (2)
Capitulo 8   flexão (2)Capitulo 8   flexão (2)
Capitulo 8 flexão (2)Tiago Gomes
 
Memoria de calculo plataforma[1]
Memoria de calculo plataforma[1]Memoria de calculo plataforma[1]
Memoria de calculo plataforma[1]Fagner Melo
 
Intervenções da Engenharia - Análise de Casos: Efeitos Positivos e Negativos
Intervenções da Engenharia - Análise de Casos: Efeitos Positivos e NegativosIntervenções da Engenharia - Análise de Casos: Efeitos Positivos e Negativos
Intervenções da Engenharia - Análise de Casos: Efeitos Positivos e NegativosJean Paulo Mendes Alves
 
Mecânica dos Sólidos 1 - Colunas Axialmente Carregadas.
Mecânica dos Sólidos 1 - Colunas Axialmente Carregadas.Mecânica dos Sólidos 1 - Colunas Axialmente Carregadas.
Mecânica dos Sólidos 1 - Colunas Axialmente Carregadas.Jean Paulo Mendes Alves
 
Mecânica dos Sólidos 1 - Vigas Simples Contidas Lateralmente.
Mecânica dos Sólidos 1 - Vigas Simples Contidas Lateralmente.Mecânica dos Sólidos 1 - Vigas Simples Contidas Lateralmente.
Mecânica dos Sólidos 1 - Vigas Simples Contidas Lateralmente.Jean Paulo Mendes Alves
 
Mecânica dos Sólidos 1 - Tabelas Pré-Dimensionamento de Vigas e Pilares - Exe...
Mecânica dos Sólidos 1 - Tabelas Pré-Dimensionamento de Vigas e Pilares - Exe...Mecânica dos Sólidos 1 - Tabelas Pré-Dimensionamento de Vigas e Pilares - Exe...
Mecânica dos Sólidos 1 - Tabelas Pré-Dimensionamento de Vigas e Pilares - Exe...Jean Paulo Mendes Alves
 
Mecânica dos Sólidos 1 - Características Geométricas de Superfícies Planas
Mecânica dos Sólidos 1 - Características Geométricas de Superfícies PlanasMecânica dos Sólidos 1 - Características Geométricas de Superfícies Planas
Mecânica dos Sólidos 1 - Características Geométricas de Superfícies PlanasJean Paulo Mendes Alves
 

Destaque (20)

Flexão pura i
Flexão pura iFlexão pura i
Flexão pura i
 
Matéria de Aula - Flexão Simples
Matéria de Aula - Flexão SimplesMatéria de Aula - Flexão Simples
Matéria de Aula - Flexão Simples
 
Flexão
FlexãoFlexão
Flexão
 
Flexão simples
Flexão simplesFlexão simples
Flexão simples
 
5 projeto de vigas em flexao
5 projeto de vigas em flexao5 projeto de vigas em flexao
5 projeto de vigas em flexao
 
Mec sol ii flexao (2)
Mec sol ii flexao (2)Mec sol ii flexao (2)
Mec sol ii flexao (2)
 
Resistência dos Materiais Para Entender e Gostar
Resistência dos Materiais Para Entender e GostarResistência dos Materiais Para Entender e Gostar
Resistência dos Materiais Para Entender e Gostar
 
Capitulo 8 flexão (2)
Capitulo 8   flexão (2)Capitulo 8   flexão (2)
Capitulo 8 flexão (2)
 
Analise de Estruturas
Analise de Estruturas Analise de Estruturas
Analise de Estruturas
 
Momento inercia
Momento inerciaMomento inercia
Momento inercia
 
Lista de-revisão estruturas
Lista de-revisão estruturasLista de-revisão estruturas
Lista de-revisão estruturas
 
Flexao simples
Flexao simplesFlexao simples
Flexao simples
 
Memoria de calculo plataforma[1]
Memoria de calculo plataforma[1]Memoria de calculo plataforma[1]
Memoria de calculo plataforma[1]
 
Lista de exercícios Elemaq I
Lista de exercícios   Elemaq ILista de exercícios   Elemaq I
Lista de exercícios Elemaq I
 
Aula 2 propriedades mecanicas
Aula 2  propriedades mecanicasAula 2  propriedades mecanicas
Aula 2 propriedades mecanicas
 
Intervenções da Engenharia - Análise de Casos: Efeitos Positivos e Negativos
Intervenções da Engenharia - Análise de Casos: Efeitos Positivos e NegativosIntervenções da Engenharia - Análise de Casos: Efeitos Positivos e Negativos
Intervenções da Engenharia - Análise de Casos: Efeitos Positivos e Negativos
 
Mecânica dos Sólidos 1 - Colunas Axialmente Carregadas.
Mecânica dos Sólidos 1 - Colunas Axialmente Carregadas.Mecânica dos Sólidos 1 - Colunas Axialmente Carregadas.
Mecânica dos Sólidos 1 - Colunas Axialmente Carregadas.
 
Mecânica dos Sólidos 1 - Vigas Simples Contidas Lateralmente.
Mecânica dos Sólidos 1 - Vigas Simples Contidas Lateralmente.Mecânica dos Sólidos 1 - Vigas Simples Contidas Lateralmente.
Mecânica dos Sólidos 1 - Vigas Simples Contidas Lateralmente.
 
Mecânica dos Sólidos 1 - Tabelas Pré-Dimensionamento de Vigas e Pilares - Exe...
Mecânica dos Sólidos 1 - Tabelas Pré-Dimensionamento de Vigas e Pilares - Exe...Mecânica dos Sólidos 1 - Tabelas Pré-Dimensionamento de Vigas e Pilares - Exe...
Mecânica dos Sólidos 1 - Tabelas Pré-Dimensionamento de Vigas e Pilares - Exe...
 
Mecânica dos Sólidos 1 - Características Geométricas de Superfícies Planas
Mecânica dos Sólidos 1 - Características Geométricas de Superfícies PlanasMecânica dos Sólidos 1 - Características Geométricas de Superfícies Planas
Mecânica dos Sólidos 1 - Características Geométricas de Superfícies Planas
 

Semelhante a F flexao simples

Capítulo 2 mecânica da conformação plástica dos metais
Capítulo 2 mecânica da conformação plástica dos metaisCapítulo 2 mecânica da conformação plástica dos metais
Capítulo 2 mecânica da conformação plástica dos metaisMaria Adrina Silva
 
Exp 3 vibrações alef
Exp 3 vibrações alefExp 3 vibrações alef
Exp 3 vibrações alefAlef Maia
 
Flexão normal simples e composta
Flexão normal simples e compostaFlexão normal simples e composta
Flexão normal simples e compostaEDER OLIVEIRA
 
Apostila ufg fundacoes
Apostila ufg fundacoesApostila ufg fundacoes
Apostila ufg fundacoesJonatan Geder
 
Unicamp2011 2fase 3dia_parte_001
Unicamp2011 2fase 3dia_parte_001Unicamp2011 2fase 3dia_parte_001
Unicamp2011 2fase 3dia_parte_001Thommas Kevin
 
Ita2008 1e2dias
Ita2008 1e2diasIta2008 1e2dias
Ita2008 1e2diascavip
 
Ita2008 1e2dias
Ita2008 1e2diasIta2008 1e2dias
Ita2008 1e2diascavip
 
Ita2008 1dia parte_001
Ita2008 1dia parte_001Ita2008 1dia parte_001
Ita2008 1dia parte_001Thommas Kevin
 
Resolução da flexão composta normal e oblíqua por meio de ábacos
Resolução da flexão composta normal e oblíqua por meio de ábacosResolução da flexão composta normal e oblíqua por meio de ábacos
Resolução da flexão composta normal e oblíqua por meio de ábacosJoao Wagner Dominici
 
Apostila de concreto protendido epusp
Apostila de concreto protendido   epuspApostila de concreto protendido   epusp
Apostila de concreto protendido epusptaty23
 
Capítulo 2 mecânica da conformação
Capítulo 2 mecânica da conformaçãoCapítulo 2 mecânica da conformação
Capítulo 2 mecânica da conformaçãoMaria Adrina Silva
 

Semelhante a F flexao simples (20)

Capítulo 2 mecânica da conformação plástica dos metais
Capítulo 2 mecânica da conformação plástica dos metaisCapítulo 2 mecânica da conformação plástica dos metais
Capítulo 2 mecânica da conformação plástica dos metais
 
Exp 3 vibrações alef
Exp 3 vibrações alefExp 3 vibrações alef
Exp 3 vibrações alef
 
trocao Cap1 v4
trocao Cap1 v4trocao Cap1 v4
trocao Cap1 v4
 
Cisalhamento
CisalhamentoCisalhamento
Cisalhamento
 
Tensoes
TensoesTensoes
Tensoes
 
Resistência dos Materiais II
Resistência dos Materiais IIResistência dos Materiais II
Resistência dos Materiais II
 
Aula18(3)
Aula18(3)Aula18(3)
Aula18(3)
 
Capitulo5 cisalhamento
Capitulo5 cisalhamentoCapitulo5 cisalhamento
Capitulo5 cisalhamento
 
V torc3a7c3a3o
V torc3a7c3a3oV torc3a7c3a3o
V torc3a7c3a3o
 
Flexão normal simples e composta
Flexão normal simples e compostaFlexão normal simples e composta
Flexão normal simples e composta
 
Apostila ufg fundacoes
Apostila ufg fundacoesApostila ufg fundacoes
Apostila ufg fundacoes
 
Apostila st 402
Apostila   st 402Apostila   st 402
Apostila st 402
 
Unicamp2011 2fase 3dia_parte_001
Unicamp2011 2fase 3dia_parte_001Unicamp2011 2fase 3dia_parte_001
Unicamp2011 2fase 3dia_parte_001
 
Questões ri l1 selecionada-2017-1
Questões ri   l1 selecionada-2017-1Questões ri   l1 selecionada-2017-1
Questões ri l1 selecionada-2017-1
 
Ita2008 1e2dias
Ita2008 1e2diasIta2008 1e2dias
Ita2008 1e2dias
 
Ita2008 1e2dias
Ita2008 1e2diasIta2008 1e2dias
Ita2008 1e2dias
 
Ita2008 1dia parte_001
Ita2008 1dia parte_001Ita2008 1dia parte_001
Ita2008 1dia parte_001
 
Resolução da flexão composta normal e oblíqua por meio de ábacos
Resolução da flexão composta normal e oblíqua por meio de ábacosResolução da flexão composta normal e oblíqua por meio de ábacos
Resolução da flexão composta normal e oblíqua por meio de ábacos
 
Apostila de concreto protendido epusp
Apostila de concreto protendido   epuspApostila de concreto protendido   epusp
Apostila de concreto protendido epusp
 
Capítulo 2 mecânica da conformação
Capítulo 2 mecânica da conformaçãoCapítulo 2 mecânica da conformação
Capítulo 2 mecânica da conformação
 

Mais de Everton Costa

Callister 8tava edition.pdf
Callister 8tava edition.pdfCallister 8tava edition.pdf
Callister 8tava edition.pdfEverton Costa
 
Dinamica_mecanica_para_engenharia_Hibbeler_10a_Ed.pdf
Dinamica_mecanica_para_engenharia_Hibbeler_10a_Ed.pdfDinamica_mecanica_para_engenharia_Hibbeler_10a_Ed.pdf
Dinamica_mecanica_para_engenharia_Hibbeler_10a_Ed.pdfEverton Costa
 
Telecurso 2000 metrologia
Telecurso 2000   metrologiaTelecurso 2000   metrologia
Telecurso 2000 metrologiaEverton Costa
 
Metalurgia - Soldagem
Metalurgia - SoldagemMetalurgia - Soldagem
Metalurgia - SoldagemEverton Costa
 

Mais de Everton Costa (8)

Callister 8tava edition.pdf
Callister 8tava edition.pdfCallister 8tava edition.pdf
Callister 8tava edition.pdf
 
Dinamica_mecanica_para_engenharia_Hibbeler_10a_Ed.pdf
Dinamica_mecanica_para_engenharia_Hibbeler_10a_Ed.pdfDinamica_mecanica_para_engenharia_Hibbeler_10a_Ed.pdf
Dinamica_mecanica_para_engenharia_Hibbeler_10a_Ed.pdf
 
Senai metrologia
Senai   metrologiaSenai   metrologia
Senai metrologia
 
Telecurso 2000 metrologia
Telecurso 2000   metrologiaTelecurso 2000   metrologia
Telecurso 2000 metrologia
 
Fmci cap 1
Fmci cap 1Fmci cap 1
Fmci cap 1
 
Fmci cap 2
Fmci cap 2Fmci cap 2
Fmci cap 2
 
Soldabilidade
SoldabilidadeSoldabilidade
Soldabilidade
 
Metalurgia - Soldagem
Metalurgia - SoldagemMetalurgia - Soldagem
Metalurgia - Soldagem
 

F flexao simples

  • 1. F – Flexão Simples 6.0 – FLEXÃO SIMPLES Costuma-se denominar “flexão simples” o caso de vigas submetidas apenas ao momento fletor M, porém sendo este variável, o que implica na coexistência de uma força cortante Q, sendo esta, justamente, a taxa com que M varia ao longo da viga (pois, como visto em 5.2, Q = dM/dx,). Neste capítulo estudaremos o caso de vigas que têm seção simétrica em relação ao plano do carregamento (flexão reta). 6.1 – TENSÕES NORMAIS De início, admitiremos que a existência de tensões tangenciais associadas à presença da força cortante na seção não altere a distribuição das tensões normais, permitindo-nos insistir na aplicação da hipótese de que a seção se mantém plana e que a distribuição dessas tensões normais continue sendo linear. Permanece aplicável, portanto, a equação de Euler: σ = (M / ILN) y Nota: a hipótese de que as deformações por distorção decorrentes das tensões tangenciais não afetam a distribuição das tensões normais na seção é aplicável nos casos em que tais tensões tangenciais sejam pequenas, como se verá adiante (6.5). Fig. 6.1.1 – Tensões normais M M 6.2 – TENSÕES TANGENCIAIS Para melhor compreender a natureza do aparecimento das tensões tangenciais em uma viga flexionada, observe a fig. 6.2.1(a) que representa uma pilha de tábuas sobrepostas, submetida, nas extremidades, a um momento fletor M que traciona as tábuas inferiores, comprimindo as superiores, sem provocar qualquer tipo de escorregamento entre as tábuas. Já se a flexão fosse provocada pelo carregamento mostrado em (b) (M variável), verifica-se que as tábuas escorregariam, umas sobre as outras. Se as tábuas fossem coladas, umas às outras, impedindo este escorregamento, surgiriam tensões tangenciais na cola. Verifica-se, portanto, que, sendo a viga inteiriça, submetida àquele carregamento (c), ocorrerão tensões tangenciais nos planos longitudinais (τyx). A existência de uma tensão τyx no plano longitudinal da viga implica na ocorrência de uma tensão τxy , de igual valor, na seção transversal (1.5). São essas tensões que provocam o cortante Q. (a) (b) P τyx y x (c) τxy Fig. 6.2.1 – Tensões de cisalhamento na flexão. 17
  • 2. F – Flexão Simples A determinação das tensões tangenciais despertadas em uma viga submetida a um momento fletor variável será feita analisando-se o equilíbrio de forças atuantes em uma parte da viga (mostrada na Fig. 6.2.2 em verde) situada entre duas seções contíguas, separadas de dx, onde atuam os momentos fletores M (de um lado) e M+dM (de outro). As tensões normais atuantes na seção em x + dx serão maiores que as atuantes na seção em x, devido à diferença dos momentos fletores nas respectivas seções. Portanto, as forças resultantes dessas tensões normais (F1 e F2) atuantes em cada uma dessas faces serão diferentes (F1 < F2), ocasionando o aparecimento das tensões tangenciais longitudinais de valor médio τyx na face superior do elemento, para promover o equilíbrio de forças, permitindo escrever: M LN F1 y τyx M + dM x F2 τxy dx b F2 – F1 = τyx b. dx Mas as resultantes das tensões normais atuantes em cada uma das faces valerão: LN y’ = y (Max) F= y y’ ymax F1 F2 sendo σ’ = (M/I)y’ na seção em x e σ’ = [(M+dM)/I]y’ na seção em x+dx. σ’ dy’ σ’ . b’ dy’ ∫ y’ = y dx b’ Computando a diferença F2 – F1 obtemos: y(Max) Fig. 6.2.2– Tensões tangenciais na flexão. Cálculo por equilíbrio. τyx b. dx = ∫y (dM/I) y’ b’ dy’ Levando em conta que, na integração estendida ao longo da variável y’, os valores de dM e I são parâmetros invariantes, a equação acima pode ser reescrita: y(Max) τyx b. dx = (dM/I) ∫y y(Max) τyx = [(dM/dx) y’ b’ dy’ > e >> ∫y y’ b’ dy’] / b I Como (dM/dx) = Q e τyx = τxy obtemos finalmente (Equação de Jourawsky~1821-1891): τxy = QV b ILN ..................... (6.2.1) onde: τxy – tensão de cisalhamento em um dado ponto da seção; Q – força cortante na seção; ILN – momento de inércia da seção em relação à LN que contém o centróide; b – largura da seção na altura do ponto considerado; V – momento estático da parte da área da seção situada “abaixo” (*) do ponto considera18
  • 3. F – Flexão Simples do, em relação à linha neutra. NOTA (*) - ou “acima”, já que o momento estático da área total da seção será nulo em relação à LN, pois esta contém o seu centróide. Realmente: a integral y’ = y(Max) ∫ V = y’= y y’ b’ dy’ terá valor nulo nas arestas inferior e superior da viga (onde y = yMax e y = - yMin), aliás como não poderia deixar de ser, já que nessas partes não há tensão longitudinal τyx (não há componente de tensão perpendicular ao contorno). Conclui-se portanto, que a tensão tangencial não se distribui uniformemente como no caso do corte puro τ=0 iniciando com valor nulo no topo superior da seção, aumentando de valor até a altura do centróide, passando a diminuir até novamente atingir o valor zero na aresta inτ med ferior. O valor médio da tensão tangencial na seção continuará a ser calculado pela expressão: τmed = Q / A. τ Max A distribuição das tensões ao longo dos diversos pontos da seção dependerá de seu formato. 6.3 – Várias formas de seção. τ=0 Fig. 6.2.3- Distribuição das tensões de cisalhamento em uma viga simétrica sob flexão simples a) SEÇÃO RETANGULAR – Para vigas de seção retangular b x h, onde ILN = bh3/12, teb remos: τMax = 1,5 τmed OBS.: o momento estático de uma área em relação a um eixo é obtido fazendo-se o produto da área pela distância de seu centróide ao eixo. h/2 y τ = [12 Q / b2 h3] [( ½ h – y)b][y + ½ ( ½ h – y)] h/2 τ = (6Q/bh3)[(h/2)2 – y2) (distribuição parabólica, com valores nulos para a tensão tangencial nos topos -- y = + h/2 e máxima tensão no centro, atingindo 1,5 vezes a tensão média Q/A --------- τMax = (3/2)(Q/A) τmed Fig. 6.3.1 – Tensões tangenciais em vigas de seção retangular e circular b) SEÇÃO CIRCULAR MACIÇA - τMax = 1,33 τmed O valor máximo da tensão tangencial ocorre na linha neutra onde b = d, V = (πd2/8)(2d/3π), sendo I = πd4/64, e τMax = (4/3)(Q/A). Para outros pontos, a fórmula de Jourawski (6.2.1) fornece o valor da tensão na linha de centro (plano de simetria) e, também, o valor da componente vertical da tensão nos demais pontos (sendo a direção da tensão tangente ao contorno e, nos pontos internos, com direção convergente ao ponto de encontro dessas tangentes na mesma altura (hipótese de Green). 19 τMax d
  • 4. F – Flexão Simples c) PERFIS LAMINADOS (I, T, H)tm A otimização da escolha do formato da seção das vigas, objetivando minimizar o valor das tensões normais decorrentes do momento fletor, leva à utilização de seções nas quais as áreas são afastadas da linha neutra (perfis “I” e “T”, com mesas/abas largas e almas/nervuras estreitas). Como conseqüência, surgirão tensões tangenciais elevadas na alma, na altura da linha neutra, pelo fato de a dimensão “b” da nervura aparecer no denominador da equação de Jourawski (ou seja, nos pontos da viga onde a tensão normal é máxima – arestas superior e inferior, a tensão tangencial é nula, enquanto na linha neutra, onde σ = 0, a tensão τ atinge valor extremo). A descontinuidade do valor da tensão na transição entre a mesa e a alma decorre da descontinuidade da largura (b) da seção nesses locais. 10 kN 200 30 300 900 mm ta h τ b τ σ σ Exemplo 1 – Para a viga esquematizada na figura, pede-se determinar: a) a máxima tensão de tração; b) a máxima tensão de compressão; c) a máxima tensão de cisalhamento; d) a força total na união entre a mesa e a alma. SOLUÇÃO a) a máxima tensão de tração ocorrerá no topo da mesa, no engaste, valendo: σT = (9000 / 127,1 x10 –6) x(0,330 –0,2325) = = 6,90 MPa. b) a máxima tensão de compressão ocorrerá na base da alma, no engaste, valendo: σC = (9000 / 127,1 x 10 –6) x 0,2325 = 16,5 MPa 20 A força cortante Q vale 10 kN ao longo de toda a viga. O momento fletor M (negativo, tracionando a mesa), varia linearmente de zero, na extremidade em balanço, até o engaste, onde vale 10 x 0,9 = 9 kNm. A linha neutra estará a uma altura da base da alma em yLN = (20 x30 x315 + 20 x300 x150) / 12000 yLN = 232,5 mm O momento de inércia da seção em relação à LN: 3 2 ILN = 200 x30 /12+ 200 x30(315 –232,5) + 3 2 + 20 x300 /12 + 20 x300(232,5 – 150) = 6 4 -6 4 = 127,1 x 10 mm = 127,1 x 10 m c) a máxima tensão tangencial ocorrerá na altura da linha neutra, em toda extensão da viga, valendo: τMax = [10.000 x 0,020 x (0,2325)2 x ½] / 0,020 x I LN τMax = 2,12 MPa d) a tensão τxy na altura da transição mesa/alma valerá: τxy = 10.000 x 0,030 x 0,200 x(0,315 –0,2325) / / 0,020 x 127,1 x 10 –6 = 1,947 MPa. e) Uma tensão de mesmo valor (τyx) se estende ao longo da união entre a mesa e a alma, e a força nesta união valerá: FU = 1,947 x 10 –6 x (900 x20) x 106 = 35,0 kN. 20
  • 5. F – Flexão Simples 6.4 – Perfis Compostos É freqüente a construção de vigas através da composição de barras chatas por parafusagem, colagem, uso de pregos, rebites, cantoneiras, soldagem, etc. Os perfis assim constituídos funcionam como se inteiriços fossem, podendo-se calcular os esforços nos elementos de união computando as tensões médias nas faces que estão sendo unidas. Fig. 6.4.1 – Perfis Compostos 60mm – 15 paraf. d= 5mm 10 kN Assim, no perfil de madeira mostrado no exemplo 1 anterior, se a barra de 200x30 mm2 que constitui a mesa fosse conectada à barra da alma (300x20) através de 15 parafusos de 60mm de comprimento e com diâmetro de 5mm, distribuídos ao longo dos 900 mm da mesa, com igual espaçamento de 60 mm, poderíamos calcular a força em cada parafuso levando em conta que a tensão longitudinal τyx entre mesa e alma vale 1,947 MPa, o que corresponde a uma força de valor 1,947x20x60= = 2,336 kN para cada parafuso. A tensão de cisalhamento no parafuso seria igual a 2,336 x 103 / [π(5)2/4]x10 –6 = 119 MPa. - compressão lateral do furo (tanto na mesa como na alma) valeria: 2.336 / 5x30=15,6MPa 400 P 400 30 300 900 mm 150 20 200 200 15 16 20 100 21 Exemplo 6.4.1– A viga esquematizada foi construída por soldagem de duas barras chatas de aço, de 150x20 mm2, a outra barra de mesmo material como nervura, de 200x15 mm2, através de cordões com 10 mm de largura e 30 mm de extensão. Sabendo-se que as tensões admissíveis tanto para as barras como para os cordões sejam: σadm =120 MPa e τadm =70 MPa, calcular Padmissivel.
  • 6. F – Flexão Simples P ½P 400 400 0,5 P ½P Q Solução Os diagramas de esforços solicitantes nos indicam: QMAX = 0,5P e MMAX = 0,5P x 0,400 = 0,2 P. O momento de Inércia da seção vale: ILN = 12 x 2003/12 + 2 [150 x 203/12 + 150 x20 x 1103] = 6 0,5 P 4 = 82,8 x 10 mm = 82,8 x 10 –6 4 m. O valor de Padm. para a tensão normal será calculado com σMAX = 120 x 106 = (0,2P / 82,8 x10 –6) x0,120;I (PMAX) = 414 kN; O valor de Padm. para a tensão tangencial limite será: M 0,2 P τMAX = 0,5P (0,150 x0,020 x0,110 + 0,100 x0,015 x 0,050) 0,015 x 82,8 x 10 –6 6 = 70 x 10 Pa II (PMAX) = 429 kN; A máxima força que se admite ser transmitida por um dos cordões de solda será: FC = 70 x106 x 16 x 0,707 x 100 = 79,18 kN Se a viga fosse inteiriça, a tensão na união entre a alma e cada uma das abas seria: τU = 0,5 P (0,150 x0,020 x0,110) / 0,015 x 82,8 x10 –6 = = 132,8 P. τU Na extensão de 400mm (metade do comprimento da viga) a força total na união mesa x alma será: FU = τU x 0,400 x 0,015 = 132,8 P x 0,400 x 0,015 = 100 16 = 0,7968 P. Como tal força será transmitida por 4 cordões (dois de cada lado da alma) para cada cordão caberá: FC = 0,7968P : 4 = 0,1992 P. Como (FC)MAX = 79,18 kN, teremos PMAX = 397,5 kN. Portanto: Padmissivel = 398 kN (Resposta) 15 400 6.5 – Análise Crítica A suposição de que a distribuição das tensões de cisalhamento na flexão não alteraria a distribuição das tensões normais na seção só é aplicável nos trechos da viga onde a força cortante não varia. O resultado obtido para a distribuição das tensões tangenciais (parabólica na seção retangular) aponta no sentido de que a seção não permanece plana, devido à distorção variável em y. Estudos mais avançados (Saint’Venant) dão conta de que, para a seção retangular na qual a relação b/h <1/4, o valor da tensão tangencial média calculado pela fórmula de Jourawski não difere mais de 8% do valor máximo alcançado pela tensão na linha neutra. O erro é grande para o caso de barras largas (para b/h = 10, τMAX / τMED = 3,77), sendo, porém, geralmente irrelevante, já que são muito pequenos os valores dessas tensões (valor de b elevado). 22 h/2 τMED τMAX h/2 b
  • 7. F – Flexão Simples 6.6 – Vigas de igual resistência Ao se dimensionar uma viga prismática, levando em conta a seção crítica onde o momento fletor é extremo, a peça ficará superdimensionada para as demais seções. Assim é que, para uma viga de comprimento L, em balanço, com carga P concentrada na extremidade livre, a seção crítica seria a do engaste e a viga prismática de seção retangular (bxh) teria dimensões tais que: Wmínimo = (bh2/6)mínimo = PL/ σadmissível. P h L b Como o momento fletor em cada seção varia linearmente com a distância da seção à linha de ação da força P, para que a tensão normal máxima seja a mesma em todas as seções, bastaria que, mantida a dimensão h, a dimensão b variasse linearmente com a distância à extremidade livre. Deve-se considerar ainda que, próximo a essa extremidade, a dimensão b não pode ser diminuída até atingir o valor nulo, já que a seção deve ser capaz de suportar a tensão máxima de cisalhamento causada pela força cortante (de valor 1,5 P/bh). Daí a necessidade do prolongamento prismático na extremidade livre. O chamado “feixe de molas”, utilizado na suspensão de veículos, adota tal tipo de viga (cortada em fatias longitudinais, superpostas como indicado na figura ao lado e conectadas por cintas). Se, ao invés de ser adotada invariante a dimensão vertical h, fosse a largura b mantida constante, a dimensão h da seção variaria (numa viga de igual resistência) segundo uma lei quadrática, o que levaria, para uma viga bi-apoiada com uma carga aplicada ao longo do vão, a um formato como o apresentado na figura ao lado. Exercício proposto: mostre que, para uma viga de igual resistência, bi-apoiada e submetida a um carregamento uniformemente distribuído ao longo de toda a sua extensão, com largura uniforme, a dimensão da alma varia segundo uma função elíptica (exceto nas extremidades, onde se mantém constante, devido à ação da força cortante). 23 Fig. 6.6.1 – Vigas de igual resistência
  • 8. F – Flexão Simples 6.7 – Perfis Delgados As tensões de cisalhamento em vigas de paredes finas alcançam valores importantes diante do pequeno valor da dimensão “b” que aparece na equação de Jourawski (6.2.1) τyx M M + dM F1 F2 dx b τzx O valor da tensão τzx em um ponto da mesa situado a uma distância z da sua borda será calculado fazendo: τzx = τxz = Q[b.z.(h/2)]/ b ILN (variação linear com z, de zero, na extremidade da aba, até seu encontro com a alma). Interessante notar que o mesmo ocorrerá com a outra metade da aba, tendo a tensão τxz o sentido inverso, indicando que a distribuição das tensões ao longo da seção do perfil se dá como um escoamento de um fluido ao longo de uma rede hidráulica bifurcada (fluxo cisalhante), sendo aplicável a analogia com a equação da continuidade, já mencionada no estudo da torção dos dutos de parede fina. τxz dx Assim, para a viga esquematizada na figura ao lado, caso a tensão tangencial máxima τxy, ocorrente à meia altura da seção, fosse suficiente para provocar a ruptura por cisalhamento do material, a fratura seria no sentido longitudinal, ao longo do plano neutro (τyx). A componente vertical da tensão τxy nas mesas será desprezível em presença da ocorrente na alma, devendo-se considerar, no entanto, a existência de uma componente horizontal τxz , calculada, da mesma forma, pela equação 6.2.1, considerando que o momento estático V seria o da parte da área da mesa “cortada” pela tensão longitudinal τzx e b a largura da parte cortada (a tensão τzx aparece diante do desequilíbrio entre as forças normais F1 < F2 na parte da mesa, em conseqüência da diferença entre os momentos fletores dM). z Fig. 6.7.1 – Tensões tangenciais em perfis delgados. 265 17 B 753 13,2 Exemplo 6.7.1: Para o perfil “duploT” esquematizado, estabelecer a distribuição das tensões tangencias nos diversos pontos das mesas e da alma, como função da tensão média Q/A.. Solução: As propriedades geométricas do perfil W760x147 (pg.1191 LT) indicam: A =18.800mm2, IZ =1.660 x10-6 m4. A tensão τ nos entroncamentos entre cada uma das metades da mesa e a alma vale (A): τxz=Q(½ 0,265 x 0,017 x0,368)/0,017 x1660 x10 -6= C =29,37 Q No entroncamento entre cada mesa completa e a alma, a tensão vale (B): A τxz =Q(0,265 x0,017 x0,368)/0,0132 x1660x10-6= =75,66 Q 24
  • 9. F – Flexão Simples Convém repisar que a analogia com a equação da continuidade para os fluidos incompressíveis se aplica ao denominado “fluxo cisalhante”, permitindo-nos escrever que, para o entroncamento (bifurcação) entre cada mesa e a alma, 2 τA bA = τB bB, ou seja, 2 x 29,37Q x 17 = 75,66 Q x 13,2. A tensão cisalhante máxima, ocorrente na linha neutra, valerá: τC =Q [0,265 x0,017 x0,368 + 0,0132 x0,3595 x(1/2) 0,3595 ] / 0,0132 x1660x10-6 = 114,6 Q. Como τmédio = Q / A = Q / 18.800 x 10-6 = 53,19 Q, teremos: τA =0,552 τmédio; τB =1,42 τmédio; τC = τmáximo = 2,15 τmédio. Nos perfis simétricos, em forma de “caixão”, é fácil compreender que, na linha de simetria, a tensão cisalhante parte do valor zero (*), variando em sentidos opostos para os pontos mais afastados da linha de simetria. A figura 6.7.2 mostra alguns exemplos de distribuição das tensões tangenciais em seção de viga em forma de duto de parede fina, submetido à flexão simples e seus valores máximos em função da tensão média (Q/A). (*)Observe que o momento estático da área assinalada tende a zero quando z →0. z τMax = ξ (Q/A) ξ 1,500 1,333 2,000 b/h h (a) (b) (c) Fig. 6.7.2 – Tensões tangenciais em perfis delgados simétricos tipo caixão. A utilização da analogia com o “fluxo cisalhante” é muito útil na determinação da distribuição das tensões tangenciais ao longo de perfis delgados, facilitando a visualização das áreas que seriam “cortadas” por ação dessas tensões, propiciando o cálculo correto dos correspondentes momentos estáticos (V) e larguras (b), para aplicação na fórmula de Jourawski. Na figura ao lado, são apresentados dois exemplos de áreas assinaladas e respectivas larguras (b), para o cômputo das tensões tangenciais correspondentes, utilizando-se 6.2.1. 25 b 0,25 0,50 1,00 2,00 4,00 1 b 2 b Fig. 6.7.3 – Fluxo cisalhante ξ 1,607 1,800 2,250 3,600 5,192
  • 10. F – Flexão Simples Exemplo 6.7.2 – Deseja-se fabricar uma viga caixão com tábuas de madeira (10 x 100 mm2) coladas, havendo duas opções (A e B) quanto a seu posicionamento em relação ao plano vertical do carregamento (peso próprio). Verificar, para as duas opções, a relação entre a tensão tangencial na cola e a tensão tangencial média na viga para uma força cortante Q. Solução Posição A: Área A = 1.000 mm2; ILN =2 x[10 x1003/12 + 100 x 103/12 + 10 x100 x 552] = A B 6 4 -6 4 = 7,733 x 10 mm = 7,733 x 10 m cola τmédia = Q/A = Q / 1.000 x 10 -6 = 1.000 Q; τcola =Q.(0,100x 0,010x 0,055) / (2x 0,010) x 7,733x10-6 τcola = 355,6 Q >>>>>> τcola = 0,3556 τmédia 100 10 Posição B: Área A = 1.000 mm2; ILN =2 x[10 x1003/12 + 100 x 103/12 + 10 x100 x 452] = τmédia = Q/A = 5,733 x 106 mm4 = 5,733 x 10-6 m4 = Q / 1.000 x 10-6 = 1.000 Q; τcola = Q.(0,100x 0,010x 0,045) / (2x 0,010) x 5,733x10-6 τcola = 392,5 Q >>>>>> τcola = 0,3925 τmédia 6.8 – Centro de Torção. A distribuição das tensões tangenciais ao longo das paredes de um perfil delgado aberto e assimétrico, submetido à flexão simples (com a força ativa aplicada no centróide da área, portanto sem momento de torção, como mostra a Fig. 6.8.1), indica que o perfil sofrerá uma torção (apesar de se ter T = 0!). Para se evitar que tal deformação ocorra, a força que ataca o perfil teria que ser aplicada a uma certa distância δ do eixo longitudinal baricêntrico para equilibrar o momento decorrente das forças associadas àquelas tensões. τ P δ Fig. 6.8.1– Centro de Torção 26
  • 11. F – Flexão Simples A determinação do afastamento δ do centro de torção (também chamado “centro de ataque”), em relação ao centróide C da seção, é feita igualando os momentos em relação ao eixo longitudinal baricêntrico do perfil, provocados pelas forças associadas às tensões tangenciais ao longo das paredes e pela força que ataca a viga. τ∗ a P Fa Q=P 2a C C Fa t Zc Exemplo 6.8.1 - Para o perfil “C” mostrado ao lado (espessura t, largura da aba a e altura da alma 2a), o centróide C estará posicionado em: Zc = a / 4. O momento de inércia baricêntrico valerá: ILN = t(2a)3/12 + 2 (t.a)(a)2=8ta3/3. A tensão tangencial nas abas variará linearmente da extremidade até a junção com a alma, onde valerá: τ* = P[a.t.(a)]/t.(8ta3/3) = 3P / 8t.a A força horizontal Fa atuante em cada aba, resultante dessas tensões, valerá: Fa = ½ [τ∗]t.a = (3/16)P δ Tomando momentos dessas forças em relação ao centróide C, podemos escrever: P . δ = Fa . (2a) + P . Zc = (3/16)P.(2a) + P (a/4), obtendo-se: δ = (3/8)a + (1/4)a. Ou seja: o centro de torção está localizado a uma distância da alma que vale 3/8 da largura da aba. São apresentados abaixo alguns exemplos de seções transversais de perfis delgados de espessura uniforme e os correspondentes posicionamentos do centro de torção. b b b/2 R R h b/2 δ∗ δ∗ b 2 + h/3b δ∗ δ∗ δ∗ (5/8)b 0 [(4 - π)/π] R R Verifique no Link www.cesec.ufpr.br/~metalica/08/08.htm a posição indicada para o centro de torção dos perfis lá apresentados. 27