Cálculo de Força de Cisalhamento em Barras de Aço
Quando vamos projetar estruturas metálicas, um desses elementos essenciais é a barra de aço. Ela é muito comum em edifícios, pontes e outros obstáculos, pois é fortemente resistente a vários tipos de cargas. No entanto, para assegurar que a barra de aço seja capaz de aguentar as cargas exercidas sobre ela, é importante saber calcular a força de cisalhamento que ela pode tolerar.
A força de cisalhamento é a responsável por fazer com que a barra de aço se parti ou se flexione ao longo de seu comprimento. Isso ocorre quando uma força perpendicular à direção da barra é exercida sobre ela. Nesse momento, é fundamental calcular a força de cisalhamento para sabermos se a barra de aço é capaz de aguentar essa carga sem se danificar. O cálculo da força de cisalhamento é fundamentado na teoria das tensões e compressões que atuam sobre a barra de aço. Além disso, é necessário saber o tipo de aço utilizado, sua dureza e resistência mecânica para calcular a capacidade de resistência da barra.
Características do Cálculo de Força de Cisalhamento em Barras de Aço
Bases teóricas e equações para o cálculo da força de cisalhamento
O cálculo de força de cisalhamento em barras de aço se baseia no estudo das equações matemáticas que relacionam o momento fletor resistente com a carga aplacada à barra, bem como a resistência longitudinal e ao momento de inercia do material. No entanto, é fundamental considerar as característica do tipo de aço e da seção transversal da barra em questão.
- São influenciadas diretamente as propriedades do material, como a raio de grossura, a ligação e a durabilidade do aço;
- Assim, devem ser conhecidas as relações entre essas propriedades e o comportamento do material sob ação de tensionamento ou compressão;
- Aqui, entra a importância de se conhecer as tabelas de propriedades de cada tipo de aço usado;
- Aqueles dados são essenciais para o cálculo precise e fiável da resistência das barras
- Além disso é fundamental considerar a geometria do material para calcular a momentos resistente
Níveis de sobrecarga e limitações das barras em aplicação de força cisalhamento
Quando uma barra de aço está sujeita a uma aplicação de força cisalhamento, seja por motivo de carga externa ou interna, é fundamental verificar qual é o nível de sobrecarga gerada e ajustar os cálculo para minimizar os risos de risco de ruptura. Outro ponto importantes é entender as limitações dessas barras para evitar o overload e desgaste indevido. Isso garante um uso seguro e prolongado da barra.
- A sobrecarga gerada pode depender diretamente da rigidez da barra e sua capacidade resistente à compressão.
- Ajustamento dos cálculo para melhorar a eficiência de obra e prolongar a vida das barras é fundamental.
- Fator que condicionam a escolha certa de seção transversal e espessura e tipo de aço.
Emissões e tolerâncias nos materiais e seu impacto no cálculo da força de cisalhamento
Desenvolvimento de materiais e emissões nos manufatura de barras de aço podem variar de forma subjetiva, o que deve ser levado em conta ao elaborar cálculo de força de cisalhamento, pois é fundamental considerar as variabilidades essas condições podem mudar as propriedade do material e assim variar resultados do cálculo.
Criticidade do critério de segurança durante o cálculo da força de cisalhamento
Uma das informações mais críticas ao fazê-los cálculos de força de cisalhamento é utilizar critérios de segurança certos e rigorosamente especificados. Isso é fundamental porque a segurança na aplicação é diretamente relação com o cálculo correcto.
- Muito fácil que o cálculo seja mau feito simplesmente ao não se especificar certos critério e parâmetro s;
- Conforme a Norma de projecto construção;
- E assim é extremamente importante atender as NBR NBR-11501 – Cálculos de estruturas
Cálculo de Força de Cisalhamento em Barras de Aço
Fundamento do Cálculo
O cálculo da força de cisalhamento em barras de aço é essencial para garantir a segurança e a estabilidade estrutural de construções e máquinas. Isso porque a cisalhamento é um tipo de tensão perpendicular ao eixo longitudinal da barra, que pode causar rompimento ou danos importantes à estrutura.
O fundamento do cálculo está no conceito de tensão resistente (TR) e no uso da fórmula de Mises-Hencky. A tensão resistente é a capacidade do material (aço) de suportar compressão e cisalhamento antes de romper.
Fórmula para Cálculo da Força de Cisalhamento
A fórmula completa para calcular a força de cisalhamento (Fc) é a seguinte:
Fc = (TR × d × σ) / (1 – σ²)
onde:
- TR: Tensão resistente do aço
- d: Diâmetro da barra
- σ: Cotação de cisalhamento
Passos para Cálculo da Força de Cisalhamento
Agora, vamos aplicar passo a passo a fórmula acima para calcular a força de cisalhamento em uma barra de aço.
- Identifique as variáveis: colete as informações necessárias sobre a barra de aço, como o diâmetro (d), o material (aço) e as condições de aplicação da força.
- Obtenha a tensão resistente: consulte a tabela de propriedades do material (aço) para obter a tensão resistente (TR).
- Obtenha a cotação de cisalhamento: calcular a cotação de cisalhamento (σ) pela razão entre a tensão aplicada e a tensão resistente do material.
Exemplo: tensão aplicada = 50 kN, tensão resistente = 100 MPa
σ = (50 kN / (100 MPa × d))²
- Substitua as variáveis na fórmula: substitua as variáveis calculadas na fórmula da força de cisalhamento.
Fc = ((TR × d × σ) / (1 – σ²))
= ((100 MPa × d × σ) / (1 – σ²))
- Calcule a força de cisalhamento: aplique a fórmula calculada e obtere o valor da força de cisalhamento (Fc) para a barra de aço.
Lembre-se de que este é apenas um exemplo simplificado do cálculo da força de cisalhamento. Em prática, é necessário considerar outros fatores, como a geometria da seção transversal da barra e as condições de fixação.
Erros comuns e dicas ao calcular Cálculo de Força de Cisalhamento em Barras de Aço
Aqui estão alguns erros comuns que podem ser cometidos ao calcular a força de cisalhamento em barras de aço:
- • Omissão do fator de segurança, que é crucial para garantir a segurança estrutural; • Utilizar valores de tensões e deformações medidos em um teste de compressão, sem considerar as condições de cisalhamento; • Ignorar as perdas de carga e os efeitos de temperatura no material.
Além disso, é importante lembrar que o cálculo da força de cisalhamento também depende da escolha correta do valor do módulo de elasticidade do material, bem como da resistência à tracção e à compressão.
Para evitar esses erros e garantir um cálculo preciso, é fundamental considerar o fator de segurança adequado. Um valor comum e seguro é o fator de segurança de 1,5 a 2,0, dependendo do tipo de estrutura e do grau de confiança desejado. Além disso, é importante utilizar valores de tensões e deformações medidos em um teste de cisalhamento, e não em um teste de compressão.
Concluindo
O cálculo da força de cisalhamento em barras de aço é um procedimento importante em diversas áreas da engenharia, como a construção, o transporte e a aeronáutica. Em conclusão, é fundamental considerar o material e as dimensões da barra, assim como as condições de aplicação da força, para realizar um cálculo preciso e confiável da força de cisalhamento.
Os valores obtidos podem ser usados para projetar estruturas resistentes, diminuir o risco de quebra e garantir a segurança das pessoas e dos objetos que as utilizam.
