Introdução da Disciplina

Parabéns por você estar na disciplina de Mecânica dos Sólidos I. Nessa disciplina você começa a lidar com problemas de dimensionamento em elementos estruturais como vigas e colunas. Além disso, vai entender as propriedades mecânicas dos materiais e como eles podem explicar questões básicas já imaginadas por você, como por exemplo: porque um giz resiste menos que o aço? Que material devemos escolher para resistir determinadas cargas?

Mecânica dos Sólidos I é o ramo da mecânica que estuda o comportamento de um objeto sólido (elemento estrutural) sujeito a forças internas provocadas por forças externas. Essas forças externas se apresentam de várias formas, como, o peso próprio, cargas causadas por pessoas, móveis, peso de outros objetos, variação de temperatura, etc. O objeto sólido pode ser uma viga, coluna, laje, eixos, paredes, vasos de pressão, etc. Esses objetos vão estar sujeitos a forças externas e o material deve resistir internamente, através das forças internas, para que os mesmos não venham entrar em colapso. Dessa forma, é necessário entender o comportamento do material e emprega-lo de forma adequada num projeto estrutural.

Podemos resumir a disciplina em diferentes fases: entendimento de tensão/deformação e como se relacionam, cálculo de tensão/deformação e deslocamento de elementos estruturais e, finalmente, análise combinada. Inicialmente, para o entendimento de tensão e deformação, é necessário calcular as forças internas no material em equilíbrio das forças externas. Em geral, esse equilíbrio é realizado com as equações de equilíbrio, onde o somatório de todas as forças tem de ser zero, assim como o somatório dos momentos. Veremos como determinar o centro de massa, centro de gravidade e o centroide de sistemas de partículas ou corpos rígidos. A teoria por trás da determinação do momento de inércia dos corpos também será abordada nessa unidade. Veremos conceitos como teorema dos eixos paralelos e raio de giração, que facilitarão na determinação do momento de inércia de várias formas geométricas. Os conceitos por trás do trabalho virtual também serão abordados e, apesar de não haver deslocamento em estática, veremos algumas condições em que esses conceitos nos ajudaram a resolver alguns problemas em mecânica.

Tendo as forças internas no material, vamos introduzir os conceitos de tensão/deformação e como se relacionam. A resultante das forças internas vai ser distribuída sobre uma determinada área da estrutura, no qual chegamos a definição de tensão. Essa tensão interna no material não está de forma ordenada, e para que possamos compreender, ela é dividida em tensão normal e tensão cisalhante. A tensão normal atua perpendicularmente ao plano de uma seção e a tensão cisalhante atua tangencialmente ao plano de uma seção. Como o material se deforma devido as forças internas, essas medidas de deformação também devem ser calculadas ou estimadas.

Vamos relacionar tensão e deformação através do comportamento mecânico do material. Em geral, esse comportamento é obtido com métodos experimentais em laboratório, quando um determinado material é testado em condições de carga ou deslocamento controlado. Algumas propriedades do material são obtidas: o módulo de elasticidade que é a relação entre tensão e deformação numa determinada faixa da curva; a tensão de escoamento, um ponto na curva onde a elasticidade do material é perdida; a tensão máxima que o material resiste; a deformação máxima que o material resiste antes de romper por completo; entre outras propriedades.