Aula 2 - Tensão Normal e de Cisalhamento.

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1 Aula 2 - Tensão Normal e de Cisalhamento. A - TENSÃO NORMAL MÉDIA 1. Exemplo A luminária de 80 kg é sustentada por duas hastes, AB e BC, como mostra a figura 1.17a. Se AB tiver diâmetro de 10 mm e BC tiver diâmetro de 8 mm, determine a tensão normal média em cada haste. Resp: σ BA = 8, 05 MPa σ BC = 7, 86 MPa 2. Ex A coluna está submetida a uma força axial de 8 kn no seu topo. Supondo - se que a seção transversal tenha as dimensões mostradas na figura, determinar a tensão normal média que atua sobre a seção a-a. Resp.: 1,82 MPa 1

2 3. Determinar a tensão normal de compressão mutua (ou tensões de contato ou tensão de esmagamento") da figura ao lado, entre: a) o bloco de madeira de seção 100 mm x120 mm e a base de concreto 500 mm x 500 mm. b) a base de concreto e o solo. Resp.: a) 3333 kpa ; b) 160 kpa 4. Uma caixa d água de fibra de vidro com capacidade para L será colocada a uma altura de 3,75 m. Para sua sustentação, deverá ser construído um suporte com quatro colunas e uma pequena laje. As colunas tem diâmetro de 0,20 m e a laje será de concreto com 0,10 m x 1,5 m x 1,5 m. Calcule a tensão em cada coluna, quando a caixa d água estiver cheia. Dados: densidade da água igual 1kg/L e g = 9,81 m/s 2, peso específico do concreto c = 25 kn/m 3 e massa da caixa d água vazia = 60 kg. Resp: ,26 kpa 5. O elemento inclinado está submetido a uma força de compressão de N. Determine a tensão de compressão média ao longo das áreas de contato lisas definidas por AB e BC e a tensão de cisalhamento média ao longo do plano horizontal definido por EDB. A = 1,8 MPa A = 1,2 MPa B = 0,6 MPa B - Tensão de Cisalhamento 6. Um rebite é usado para unir duas chapas de aço, conforme a figura ao lado. O diâmetro do rebite é de 6 mm e o esforço cortante é de 10 kn. Qual a tensão de cisalhamento no rebite? Resp.: 354 Mpa 2

3 7. Uma placa é fixada a uma base de madeira por meio de três parafusos de diâmetro 22 mm e submetida a uma carga P = 120 kn, conforme mostra a figura ao lado. Se a placa tiver uma espessura de 3 cm e for de material que possua tensão de 10 MPa, qual deverá ser a distância mínima do furo até a borda da placa? Resp.: LR = 67 mm 8. A escora de madeira mostrada na figura a seguir está suportada por uma haste de aço presa na parede. Para o carregamento indicado na figura, determine: a) o diâmetro mínimo da haste, sabendo-se que a tensão de cisalhamento admissível é de adm = 55 MPa; b) o menor valor d para escora com aproximação de 0,5 cm, para que a haste não corte a escora, sabendo-se que a tensão de cisalhamento admissível é de adm = 2,5 MPa; R: a) d = 10,76 11,0 mm b) d = 100 mm 9. Um engenheiro, propõe emendar duas tábuas para formar um elemento comprido, submetido a tração, utilizando 4 parafusos de diâmetro de 12 mm, e duas placas de aço, conforme mostra a figura. a) Se a tensão de cisalhamento média experimentada por cada parafuso for 91,4 MPa, qual será o valor da carga de tração P suportada pelas tábuas? b) Se em vez de usar parafusos, o engenheiro utilizasse cola para prender as duas tábuas, qual seria o valor da tensão cisalhamento média nas juntas coladas, para uma força trativa P = 8,4 kn? c) Se as tábuas tiverem uma espessura de 4,2 cm e for de material que possua tensão de 10 Mpa e submetida a uma carga P = 60 kn, qual deverá ser distância mínima do furo até a borda da tábua? Resp.: a) P = 41,35 kn ; b) = 0,48 MPa ; c) 14,28 cm 3

4 10. A viga é apoiada por um pino em A e um elo curto BC. Se P = 15 kn, determine a tensão de cisalhamento média desenvolvida nos pinos em A, B e C. Todos os pinos estão sujeitos a cisalhamento duplo, como mostra a figura, e cada um tem diâmetro de 18 mm. A = 324 MPa B = 324 MPa 11. Determine a área da seção transversal exigida para o elemento BC e o diâmetro exigido para o pino B se a tensão normal admissível for σadm = 21 MPa e a tensão de cisalhamento for adm = 28 MPa. Resp.: da = 19,84 mm ; db = 14,03 mm, ABC = 4, m 2 4

5 12. Ex A prancha de madeira está sujeita a uma força de tração de 425 N. Determine a tensão de cisalhamento média e a tensão normal média desenvolvidas nas fibras da madeira, orientadas ao longo da seção a-a a 15 em relação ao eixo da prancha. Resposta: = 15,2 kpa = 56,6 kpa 13. A barra mostrada na figura abaixo, tem área de seção transversal quadrada com 40 mm de profundidade e largura. Uma força axial de 800 N é aplicada ao longo do eixo que passa pelo centroide da área da seção transversal da barra. Determine a tensão normal média e a tensão de cisalhamento média que agem no material ao longo do: a) plano de seção a-a, b) plano de seção b-b. Resp.: a) = 500 kpa, = 0 ; b) = 375 kpa, = 217 kpa C - TENSÃO ADMISSÍVEL 14 - Determinar o valor máximo da força P a que está submetida a peça de madeira abaixo. Dados: E = 8 GPa, R = 10 MPa e FS = 2 Resp.: P = 500 kpa, 5

6 15 Dimensionar uma peça de madeira, cuja seção é quadrada conforme esquema abaixo. Dados: E = 8 GPa, e = 5 MPa e FS = 2 Resp.: A = 400 cm Um eixo vertical é suportado por um colar de escora sobre uma placa de apoio (ver figura). Determinar a carga axial máxima que pode ser aplicada ao eixo, se a tensão média de corte no colar e a tensão média entre o colar e a placa são limitadas, respectivamente por 40 MPa e 65 MPa. Resp.: 314,16 kn 17. Um parafuso de 20 mm de diâmetro é apertado contra uma peça de madeira exercendo se uma tensão de tração de 120 MPa (ver figura). Calcular a espessura e da cabeça do parafuso e o diâmetro externo d da arruela. Dados: as tensões admissíveis 50 MPa ao corte no parafuso, e 10 MPa na compressão na madeira. Resp.: e = 12 mm ; d = 72,11 mm 18. O parafuso de olhal é usado para sustentar a carga de 25 KN. Determine o diâmetro d e a espessura exigida h do suporte, de forma que a arruela não penetre ou cisalhe o suporte. A tensão normal admissível para o parafuso é adm = 150 MPa e a tensão de cisalhamento admissível para o material do suporte é adm = 35 MPa. Resp.: d = 15 mm ; h = 9,1 mm 6

7 19. As peças principais de madeira mostradas são emendadas por meio de duas chapas de madeira compensada, que são inteiramente coladas em toda a extensão da superfície de contato. Sabendo-se que a folga entre as extremidades das peças é de 6 mm e que a tensão de cisalhamento última da cola é de 2,5 MPa, determine: a) o comprimento L, para que o coeficiente de segurança seja 2,75. b) o coeficiente de segurança quando L = 180 mm. c) Resp.: a) L = 146,8 mm ; b) CS = 3,4 20. Ex 1.65 A junta sobreposta do elemento de madeira A de uma treliça está submetida a uma força de compressão de 5 kn. Determine o diâmetro requerido d da haste de aço C e a altura h do elemento B se a tensão normal admissível do aço é ( adm)aço = 157 MPa e a tensão normal admissível da madeira é ( adm)mad = 2 MPa. O elemento B tem 50 mm de espessura. Resp.: daço = 5,93 mm ; dmad = 25 mm 21. Calcular o comprimento total de 2 L da ligação de duas peças de madeira, conforme a figura, e a altura h necessária. Dados: P = 50 kn, b = 250 mm e as tensões admissíveis na madeira são: 0,8 MPa ao corte e 6,5 MPa na compressão. Resp.: L = 125 mm ; h= 31mm. 7

8 22. A barra rígida AB mostrada na figura a seguir é sustentada por uma haste de aço AC de 20 mm de diâmetro e por um bloco de alumínio com área de seção transversal de 1800 mm 2. Os pinos de 18 mm de diâmetro em A e C estão submetidos a cisalhamento simples. Considerando as tensões de ruptura do aço e do alumínio definidas respectivamente por rup_aço = 680 MPa e rup_alum = 70 MPa, e a tensão de ruptura por cisalhamento para cada pino for rup_pino = 900 MPa, determine a maior carga P que pode ser aplicada à barra. Aplique um coeficiente de segurança ou fator de segurança FS = 2. Resp.: 168 kn 23. A dobradiça da figura ao lado, tem uma articulação com um pino, que deve resistir a uma força de tração P = 60 kn. Calcule o diâmetro do pino e a espessura mínima da chapa para as tensões admissíveis de 50 MPa ao corte e 120 MPa na tração. Resp.: d = 19,54 mm ; e = 6,25 mm 8

9 24. Duas vigas de madeira são conectadas por um parafuso em B. Assumindo que as conexões em A, B, C, e D exercem somente forças verticais nas vigas. Determine o diâmetro do parafuso em B e o diâmetro externo de sua arruela se a tensão admissível do parafuso é σadm p. = 150 MPa e a tensão admissível da madeira é σadm m. = 28 MPa. Resp.: dp = 6,1 mm; de A = 15,4 mm 25. Considere a estrutura abaixo, construída em barras de aço AB e BC, unidas por ligações articuladas nas extremidades. As barras têm seção transversal circular, sendo que a seção da barra BC tem um diâmetro de 2 cm e a seção da barra AB tem um diâmetro de 4 cm. Verifique se a estrutura pode suportar com segurança a carga aplicada de 60 kn, aplicada no ponto B. Para verificar a segurança, vai ser utilizado o critério de tensão admissível do material, que no caso do aço pode ser adotado com o valor adm = 165 MPa, tanto na tração quanto na compressão. 9

10 26. As barras da treliça têm uma área da seção transversal de 2 cm 2. Determine a tensão normal média em cada elemento devido à carga. Indicar se a tensão é de tração ou de compressão. Barra Esforço (kgf) Tensão (kgf/cm 2 ) AB Tração ,7 BC Tração ,7 DE Compressão ,3 AE Compressão ,3 BE Tração BD Compressão ,7 27. As barras AB e BE da treliça mostrada são da mesma liga metálica. Sabe-se que uma barra de 20 mm de diâmetro desta mesma liga foi testada até a falha e foi registrada uma carga máxima de 150 kn. Usando um coeficiente de segurança igual a 3,2, determine qual o diâmetro necessário para a barra AB e BE. a) a barra AB; b) a barra BE. Resp.: a) d 29,2 mm b) d = 32,7 mm 10