A tensão de cisalhamento descreve a força interna que se desenvolve quando uma carga tenta deslizar uma camada de material através de uma camada adjacente, em vez de puxar ou empurrar diretamente através dela. É o cálculo que rege parafusos, rebites, pinos, soldas e qualquer outro fixador ou junta que suporte carga resistindo ao deslizamento em vez de tensão ou compressão.

Cisalhamento versus tensão normal: direção é tudo

A fórmula τ = F/A parece idêntica à tensão normal, σ = F/A, e a aritmética é realmente a mesma — mas a configuração física é diferente. A tensão normal vem de uma força que atua perpendicularmente a uma seção transversal, separando-a (tensão) ou unindo-a (compressão). A tensão de cisalhamento vem de uma força que atua paralelamente à seção transversal, tentando deslizar uma face pela outra, da mesma forma que as lâminas de tesoura cortam o papel deslizando umas sobre as outras em vez de esmagá-lo. Um único componente pode sofrer os dois tipos de tensão simultaneamente, dependendo de como a carga é aplicada. Consulte a Calculadora de tensão para o caso de tensão normal.

Por que parafusos e pinos são dimensionados por cisalhamento

A maioria das conexões parafusadas e fixadas transferem carga principalmente por meio de cisalhamento e não de tensão. Um parafuso que prende duas placas resiste ao deslizamento das placas uma em relação à outra ao longo da seção transversal do parafuso - isso é uma carga de cisalhamento. Os engenheiros dimensionam o diâmetro do parafuso (e, portanto, sua área de seção transversal) para que a tensão de cisalhamento resultante permaneça confortavelmente abaixo da resistência ao cisalhamento permitida do material do parafuso, que normalmente é uma fração da resistência à tração do material.

Cisalhamento simples versus cisalhamento duplo

Uma junta está em cisalhamento simples quando o fixador tem um plano de cisalhamento - um local onde as duas peças conectadas podem deslizar uma em relação à outra, como em uma junta sobreposta simples. Uma junta está em cisalhamento duplo quando o fixador passa por três peças sobrepostas (ou um arranjo de manilha e pino), criando dois planos de cisalhamento que compartilham a carga. Como dois planos resistem à mesma força total, a tensão de cisalhamento em cada plano em uma junta de cisalhamento duplo é cerca de metade do que seria em uma junta de cisalhamento simples equivalente - divida o resultado de cisalhamento simples desta calculadora por 2, ou reduza pela metade a força antes de inseri-la, para modelar o caso de cisalhamento duplo.

Limites deste modelo simples

Esta calculadora assume que a força paralela é distribuída uniformemente ao longo do plano de cisalhamento — uma primeira aproximação razoável para um parafuso, pino ou rebite em cisalhamento direto. Fixadores reais podem ver distribuição desigual de tensão perto de bordas e furos, carregamento combinado (cisalhamento mais flexão) ou efeitos de fadiga de carregamento repetido que um único cálculo estático τ = F/A não captura. Para juntas críticas de segurança, compare este resultado com a resistência ao cisalhamento nominal do fabricante do fixador e aplique um fator de segurança apropriado antes de finalizar um projeto.