Caracterização das
propriedades
mecânicas básicas
dos materiais
PCC 3221
Materiais de Construção Civil I
Propriedades associadas com a capacidade que o
material tem de resistir a esforços mecânicos
(fundamental para materiais estruturais)
Resistência Tenacidade
Dureza
Rigidez
ResiliênciaFluência
Propriedades mecânicas
Módulo de elasticidade
Fadiga
PROPRIEDADES MECÂNICAS: Expressam o comportamento
dos materiais frente aos esforços
Tipos de esforços
• Compressão/Tração
• Cisalhamento/Torção
• Flexão
Estáticos
(força-peso)
Dinâmicos (vento,
terremoto, explosão)
Cíclicos (ferrovias)
TENSÃO NORMAL DE RUPTURA(COMPRESSÃO OU TRAÇÃO)
É a relação entre a carga
aplicada e a área resistente.resistenteA
F=
É expressa em
•kgf/cm2
•N/m2=Pa,
•MPa = N/mm2.a
F
b
F
c
F
• Calcule a resistência à compressão do
corpo-de-prova de concreto.
– Carga = 50.000 kgf
– Diâmetro = 10 cm
EXERCÍCIO 1
RESPOSTA
Força (N) Área (mm2) Tensão (MPa)
500.000 78,54 x 102 63,7
• Calcule a resistência à compressão do
corpo-de-prova de concreto.
– Carga = 50.000 kgf
– Diâmetro = 10 cm
Tração direta
• Resistência à tração
• Sistema de garras
• Forma do corpo-de-
prova
• Medidor de
deformação
A
Pf
rup
t =
Clipgage
Exercício 2: Determinar a tensão máxima dos materiais
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
0 0.05 0.1 0.15 0.2
Car
ga
(N)
Deformação – ΔL (mm)
Aço
Alumínio
Corpo de prova de aço
tem seção circular com 8
mm de diâmetro.
Corpo de prova do alumínio tem
seção retangular com 15 mm por 5
mm.
Exercício 2: resolução
• Área da seção transversal do cp de aço:
• As = π.42 = 50,3 mm2
• Tensão máxima fs = 40.000 N÷50,3mm2 = 795,2 Mpa
• Área da seção transversal do cp de alumínio:
• As = 5x15 = 75 mm2
• Tensão máxima fa = 20.000 N÷75mm2 = 266,7 MPa
TIPOS DE DEFORMAÇÃO
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
REVERSÍVEL
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
IRREVERSÍVEL
DEFORMAÇÃO ESPECÍFICA
Adimensional (mm/mm)
COEFICIENTE DE POISSON
L
t
−=
2
T
2
L
• Calcule o alongamento e as
deformações específicas da barra
de cobre nos dois eixos
– Comprimento inicial=305 mm
– Comprimento final = 305,77 mm
– Coeficiente de Poisson (ν)=0,33
EXERCÍCIO 3
• Calcule o alongamento e as deformações específicas
da barra de cobre nos dois eixos
– Comprimento inicial=305 mm
– Comprimento final = 305,77 mm
– Coeficiente de Poisson (ν)=0,33
EXERCÍCIO 3
Alongamento
(mm)
Def. esp.
longitudinal
εL (% mm/mm)
Def. esp.
transversal
εT (%mm/mm)
305,77-305=
0,77 mm
(0,77/305)*100=
0,25
-0,33*0,25=
-0,08
MÓDULO DE ELASTICIDADE
Lei de Hooke: Deformação
é proporcional a tensão
(elasticidade linear)
Módulo de elasticidade ou
Young
=E
Deformação específica
Independe do comprimento de medida
Deformação específicaT
ensã
o
tgE =
Exercício 4: Determinar a o módulo de elasticidade dos materiais
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
0 0.05 0.1 0.15 0.2
Car
ga
(N)
Deformação – ΔL (mm)
Aço
Alumínio
Corpo de prova de aço
tem seção circular com
8 mm de diâmetro.
Corpo de prova do
alumínio tem seção
retangular com 15 mm
por 5 mm.
Comprimento do
extensômetro 25 mm
Exercício 4: resolução
• Área da seção transversal do cp de aço:
• As = π.42 = 50,3 mm2
• Tensão fs = 25.000 N÷50,3mm2 = 497 MPa
• Deformação específica: ΔL÷Lo = 0,06 ÷ 25 = 0,0024m/m
• E = 497 MPa ÷ 0,0024m/m = 207.083 MPa = 207 GPa
• Área da seção transversal do cp de alumínio:
• As = 5x15 = 75 mm2
• Tensão fa = 13.000N÷75mm2 = 173,3 MPa
• Deformação específica: ΔL÷Lo = 0,06 ÷ 25 = 0,0024m/m
• E = 173,3 MPa ÷ 0,0024m/m = 72.208 MPa = 72,2 GPa
• Qual dos materiais de construção abaixo é
mais flexível? Justifique.
EXERCÍCIO 5
Material Carga
(N)
Area
(mm2)
εL
(mm/mm)
Fibra de vidro 80.000 78,54 x
102
0,00028
Borracha 0,51
RESPOSTA
Material Carga
(N)
Area
(mm2)
Tensão
(MPa)
εL
(mm/mm)
E
(MPa)
Fibra de
vidro
80.000 78,54 x
102
10,2 0,00028 36.428
Borracha 0,51 20
E fibra de vidro > E borracha
Borracha é mais flexível do que o vidro ou
O vidro é mais rígido do que a borracha.
Deformação específica
Ten
são
Material menos
deformável (E1)
Material mais
Deformável (E2)
MÓDULO DE ELASTICIDADE
E1>E2
Exercício 6• Você foi encarregado de controlar a execução de uma
protensão em sistema de estacas pré-moldadas de 8 m de comprimento que irá utilizar fios aderentes ao concreto, conforme a figura abaixo. Foi selecionado um aço CP 150 RN 7 (fio de 7 mm de diâmetro e tensão nominal de ruptura de 1500 MPa) para esta aplicação e a tensão de trabalho especificada para o aço foi de 500 MPa.
• Sabendo-se que o comprimento total do fio entre os suportes é de 10 m e seu módulo de elasticidade é de 210 GPa, defina qual é carga de protensão (a ser controlada pelo macaco) e a deformação imposta ao fio durante a sua aplicação.
Exercício 6 – resolução
• Área do fio: 𝜋.3,52 = 38,5 mm2.
• Carga de protensão: 500N/mm2 . 38,5mm2 = 19,2 kN = 1,92 Tf
• Deformação específica: 500MPa÷210000MPa = 0,0024m/m
• Deformação no fio: 10m . 0,0024m/m = 0,024 m = 24 mm
Materiais não cristalinos
• Polímeros – apresentam alinhamento das cadeias
• Elastômeros (borrachas) – cadeias espiraladas são
alinhadas à direção do esforço inicialmente
s s s vulcanização
Elastômeros
Deformação Plástica
• Alteração permanente da posição dos átomos
ou moléculas (ou seus grupos) na
microestrutura - ESCORREGAMENTO
• Materiais cristalinos: escorregamentos segundo
os planos cristalográficos
• Materiais amorfos: escorregamentos de
moléculas (distribuídos aleatoriamente pelo
material)
COMPORTAMENTO NA RUPTURA
Ruptura frágil
(brittle)
(sem “aviso”)
Ruptura ductil
(ductile)
(com “aviso”)
Material frágil→ deformação plástica < 0,01%, antes da ruptura.
Material dúctil→ deformação plástica > 1%, antes da ruptura.
Ductilidade→ deformação total até a ruptura.
Pergunta: um material frágil é menos resistente do que um
dúctil?
ε
σfs
fs
Exercício 7: Classifique os
materiais de construção
em frágeis ou dúcteis
FRÁGIL X DÚCTIL
• Concreto, argamassa, cerâmica, rochas são
materiais com comportamento frágil na
ruptura.
• Metais (aço) são materiais com comportamento
dúctil na ruptura.
• Concreto armado ou com fibras são pseudo-
dúcteis.
• Plásticos podem apresentar comportamento
frágil ou dúctil, dependendo da temperatura.
CARGA X DESLOCAMENTO
Resiliência Energia associada à
capacidade do material de deformar elasticamente.
Tenacidade: Energia associada à
capacidade do material de deformar plásticamentel.
Áreas abaixo da curva tensão-deformação.
R
esil
iênci
a
Tenacidade
Mensuração da ductilidade
Gráfico σ x ε: tenacidade específica
Exercício 8: Estimar a resiliência e a tenacidade dos dois materiais
Corpo de prova de aço
tem seção circular com
8 mm de diâmetro.
Corpo de prova do
alumínio tem seção
retangular com 15 mm
por 5 mm.
Comprimento do
extensômetro 25 mm
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
0 0.05 0.1 0.15 0.2
Car
ga
(N)
Deformação (mm)
Material 1
Material 2
Exercício 8: resolução
• Área do gráfico do aço no trecho elástico:
• Resiliência = 40.000N x 0,0001m ÷ 2 = 2 J
• Área do gráfico do aço no trecho elástico e plástico:
• Tenacidade = 40.000N x0,0001m + 2 J = 6 J
• Área do gráfico do alumínio no trecho elástico:
• Resiliência = 20.000N x 0,0001m ÷ 2 = 1 J
• Área do gráfico do alumínio no trecho elástico e plástico:
• Tenacidade = 20.000N x0,0001m + 1 J = 3 J
Para estudar…
• Tensão, Deformação, Módulo de elasticidadehttps://www.youtube.com/watch?v=JA5nTvEU3MA
• Teste de Resistencia a tração
– Tração diretahttps://vimeo.com/102293805https://www.youtube.com/watch?v=I28m4FZzqro
– Tração por compressão “Brazilian Test” https://www.youtube.com/watch?v=6lkZIrLp_mE
– Tração por flexãohttps://www.youtube.com/watch?v=zijlwXjhkH0
• Módulo de elasticidadehttps://www.youtube.com/watch?v=JA5nTvEU3MA