ESFORÇOS SOLICITANTES

Exemplo de diagrama de forças cortantes.

Introdução

Os corpos sólidos não são rígidos e indeformáveis. A experiência mostra que, quando submetidos a forças externas, os corpos se deformam, ou seja, variam de dimensões. Os esforços internos que tendem a resistir às forças externas são chamados esforços solicitantes.

Se as forças externas produzirem tensões abaixo do limite de elasticidade do material do corpo sólido, ao cessarem, este readquire a forma e as dimensões originais.  Esta propriedade chama-se elasticidade e a deformação chama-se, então, elástica.

Se as forças, porém, passarem de um determinado valor, de modo que, ao cessarem, o corpo não volta mais à forma primitiva, mantendo-se permanentemente deformado, diz-se que o corpo foi solicitado além do limite de elasticidade.

Se as forças aumentarem ainda mais, as deformações permanentes aumentam rapidamente até provocarem ruptura do corpo. A força que provoca ruptura do corpo serve para medir sua solidez, ou seja, sua resistência à ruptura.

Ao se dimensionar uma peça deve-se não só evitar a sua ruptura, como também evitar deformações permanentes, ou seja, ao cessar a força externa, as deformações devem também cessar.  Surge então a necessidade de um estudo mais profundo dos esforços a que estão submetidos os materiais, com vistas a se obter um dimensionamento seguro e econômico.

Classificação dos esforços solicitantes

Os esforços solicitantes são classificados em:

·      Força Normal (N) – é a componente da força que age perpendicular à seção  

transversal. Se for dirigida para fora do corpo, provocando alongamento no sentido da aplicação da força, produz esforços de tração. Se for dirigida para dentro do corpo, provocando encurtamento no sentido de aplicação da força, produz esforços de compressão. As forças normais são equilibradas por esforços internos resistentes e se manifestam sob a forma de tensões normais (força por unidade de área), representadas pela letra grega σ (sigma), que serão de tração ou de compressão segundo a força normal N seja de tração ou compressão;

·      Força Cortante (V) – é a componente da força, contida no plano da seção transversal

que tende a deslizar uma porção do corpo em relação à outra, provocando corte (deslizamento da seção em seu plano). As tensões desenvolvidas internamente que opõem resistência às forças cortantes são denominadas tensões de cisalhamento ou tensões tangenciais (força por unidade de área), representadas pela letra grega τ (thau).

·      Momento Fletor (M) – um corpo é submetido a esforços de flexão, quando

solicitado por forças que tendem a dobrá-lo, fleti-lo ou mudar sua curvatura. O momento fletor age no plano contém o eixo longitudinal, ou seja, perpendicular à seção transversal.

·      Momento de Torção (T) – a componente do binário de forças que tende a girar a

seção transversal em torno de eixo longitudinal é chamado momento de torção.

Convenção de sinais

Obtidos os valores de N, V, M e T, podem-se traçar, em escala conveniente, os diagramas de cada esforço solicitante, também denominados linhas de estado. 

·      Força normal (N)

Tração (+)

Compressão (-) 

·      Força cortante (V)

Quando uma força tende a girar uma barra no sentido horário em relação a uma seção: positivo (+). Quando uma força tende a girar uma barra no sentido anti-horário em relação a uma seção: negativo (-).

·      Momentos fletores (M)

É considerado positivo, quando as cargas atuantes na peça tracionam suas fibras inferiores e, negativo, quando as cargas atuantes na peça tracionam suas fibras superiores.

Obs.: Não confunda Momento Fletor com Momento aplicado aos corpos rígidos, cuja convenção de sinais é, no sentido horário, negativo e, no sentido anti-horário é positivo.

·      Momentos de Torção (T)

É considerado positivo quando tende a girar a seção transversal em torno de seu eixo longitudinal no sentido anti-horário e, negativo, quando tende a girar no sentido horário.

Regras para o traçado dos diagramas de esforços solicitantes

·      Nos pontos da barra em que a força é paralela ao eixo longitudinal, o diagrama de

esforços normais apresenta um ressalto de mesma intensidade da força.

·      Nos pontos da viga onde há força concentrada perpendicular ao eixo longitudinal, o

diagrama de esforços cortantes apresenta um ressalto de mesma intensidade da força concentrada.

·      Nos pontos da viga onde atua um momento externo, o diagrama de momento fletor

apresenta um ressalto de mesma intensidade do momento externo.

·      Nos pontos do diagrama onde o esforço cortante é nulo, o diagrama de momento

fletor apresenta um ponto de máximo.

·      Nos pontos da barra onde há força concentrada perpendicular ao eixo longitudinal, o

diagrama de momento fletor apresenta um ponto anguloso.

·      As funções carregamento, esforço cortante e momento fletor estão relacionadas por

meio da seguinte frase: a área da figura do diagrama de força cortante é o

valor da do momento fletor.

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Assista a esse vídeo muito interessante sobre esforços solicitantes, o professor Osvaldo
Nakao amostra na prática como se faz esses esforços.