telecurso ensaios

201
Quando se adquire um produto qualquer, hÆ sempre uma preocupaçªo com a sua qualidade. Como consumidores conscientes, Ø nosso dever exigir do fabricante a garantia do produto, pois quem fabrica deve assumir a responsabilidade pelo perfeito funcionamento do objeto que produziu, uma vez que este seja usado de acordo com as condiçıes recomendadas. Para poder dar esta garantia, o fabricante precisa ter certeza de que seu produto foi produzido com materiais adequados, em conformidade com as normas tØcnicas estabelecidas, e que apresenta, portanto, características apropriadas ao uso que lhe serÆ dado. É por isso que o fabricante deve realizar testes, tanto dos produtos como de seus componentes, antes de lançÆ-los no mercado. É o que acontece, por exemplo, com os automóveis, que tŒm todos os seus componentes testados, seguindo normas estabelecidas para isto. Desde a pintura atØ o ruído do motor, tudo deve satisfazer aos padrıes internacionais de qualidade. Esses testes, que sªo realizados em condiçıes rigidamente controladas, sªo chamados de ensaios de materiais, assunto que serÆ tratado neste módulo. Este módulo compreende 25 aulas. A primeira aula apresenta uma visªo geral sobre ensaios tecnológicos e destaca as principais propriedades dos materiais que podem ser avaliadas por meio de ensaios. As demais aulas aparecem organizadas em dois blocos - ensaios destrutivos e ensaios nªo destrutivos - e tratam das características dos principais ensaios de materiais. Apresentaçªo

Upload: vinicius-terna-machado

Post on 22-Sep-2015

253 views

Category:

Documents


9 download

DESCRIPTION

ensaios mecanicos

TRANSCRIPT

  • Quando se adquire um produto qualquer,h sempre uma preocupao com a sua qualidade. Como consumidoresconscientes, nosso dever exigir do fabricante a garantia doproduto, pois quem fabrica deve assumir a responsabilidade peloperfeito funcionamento do objeto que produziu, uma vez que esteseja usado de acordo com as condies recomendadas.

    Para poder dar esta garantia, o fabricante precisa ter certezade que seu produto foi produzido com materiais adequados, emconformidade com as normas tcnicas estabelecidas, e que apresenta,portanto, caractersticas apropriadas ao uso que lhe ser dado.

    por isso que o fabricante deve realizar testes, tanto dosprodutos como de seus componentes, antes de lan-los no mercado. o que acontece, por exemplo, com os automveis, que tm todos osseus componentes testados, seguindo normas estabelecidas paraisto. Desde a pintura at o rudo do motor, tudo deve satisfazeraos padres internacionais de qualidade.

    Esses testes, que so realizados em condies rigidamentecontroladas, so chamados de ensaios de materiais, assunto que sertratado neste mdulo.

    Este mdulo compreende 25 aulas. A primeira aula apresenta umaviso geral sobre ensaios tecnolgicos e destaca as principaispropriedades dos materiais que podem ser avaliadas por meio deensaios. As demais aulas aparecem organizadas em dois blocos -ensaios destrutivos e ensaios no destrutivos - e tratam dascaractersticas dos principais ensaios de materiais.

    Apresentao

  • Os assuntos so relacionados a situaes prticas, que fazemparte do dia-a-dia dos profissionais da rea de Mecnica, e soapresentados em linguagem simples, sem comprometer o aspectot c n i c o .

    Alm do livro, voc tem tambm as aulas apresentadas nateleviso. Cada aula do livro corresponde a um programa de tev.Procure assistir aula pela tev e depois estude o assuntocorrespondente neste livro. Assim voc ter mais facilidade paraentender o contedo, realizar os exerccios propostos e assimilarnovos conhecimentos ou reforar os que j possui.

    Ao chegar ao final do estudo deste mdulo, voc ter adquiridouma srie de conhecimentos sobre os procedimentos de vrios tiposde ensaios de materiais, e compreender melhor o universo damecnica ao qual os ensaios esto intimamente ligados.

    AutoresIvan CozaciucLus Rodrigues da SilvaMarcos Antonio Togni

    TextoRegina Maria Silva

    ColaboraoAntonio RaimundoArnaldo Abray CastriotoJoel FerreiraJos Soares de Andrade

  • 1A U L A

    1A U L A

    Como voc se sentiria se a chave que acaboude mandar fazer quebrasse ao dar a primeira volta na fechadura? Ou se a jarrade vidro refratrio que a propaganda diz que pode ir do fogo ao freezer trincasseao ser enchida com gua fervente? Ou ainda, se o seu guarda-chuva virasse aocontrrio em meio a um temporal?

    . Hoje em dia ningum se contenta com objetos que apresentem essesresultados. Mas por longo tempo essa foi a nica forma de avaliar a qualidadede um produto!

    Nos sculos passados, como a construo dos objetos era essencialmenteartesanal, no havia um controle de qualidade regular dos produtos fabricados.

    Avaliava-se a qualidade de uma lmina de ao, a dureza de um prego,a pintura de um objeto simplesmente pelo prprio uso.

    Um desgaste prematuro que conduzisse rpida quebra da ferramenta erao mtodo racional que qualquer um aceitava para determinar a qualidade daspeas, ou seja, a anlise da qualidade era baseada no comportamento do objetodepois de pronto.

    O acesso a novas matrias-primas e o desenvolvimento dos processos defabricao obrigaram criao de mtodos padronizados de produo, em todoo mundo. Ao mesmo tempo, desenvolveram-se processos e mtodos de controlede qualidade dos produtos.

    Atualmente, entende-se que o controle de qualidade precisa comear pelamatria-prima e deve ocorrer durante todo o processo de produo, incluindoa inspeo e os ensaios finais nos produtos acabados.

    Nesse quadro, fcil perceber a importncia dos ensaios de materiais: pormeio deles que se verifica se os materiais apresentam as propriedades que ostornaro adequados ao seu uso.

    Que propriedades so essas, que podem ser verificadas nos ensaios? possvel que voc j tenha analisado algumas delas ao estudar o mduloMateriais ou mesmo em outra oportunidade.

    Ensaiar preciso!

    Introduo

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 1A U L AMesmo assim, bom refrescar a memria, para entender com mais

    facilidade os assuntos que viro. Ao terminar o estudo desta aula, vocconhecer algumas propriedades fsicas e qumicas que os materiais preci-sam ter para resistirem s solicitaes a que sero submetidos durante seutempo de vida til. Saber quais so os tipos de ensaios simples que podemser realizados na prpria oficina, sem aparatos especiais. E ficar conhecendotambm como se classificam os ensaios em funo dos efeitos que causam nosmateriais testados.

    Para que servem os ensaios

    Se voc parar para observar crianas brincando de cabo-de-guerra, ou umadona de casa torcendo um pano de cho, ou ainda um ginasta fazendo acrobaciasnuma cama elstica, ver alguns exemplos de esforos a que os materiais estosujeitos durante o uso.

    Veja a seguir a representao esquemtica de alguns tipos de esforos queafetam os materiais.

    evidente que os produtos tm de ser fabricados com as caractersticasnecessrias para suportar esses esforos. Mas como saber se os materiais apre-sentam tais caractersticas?

    Realizando ensaios mecnicos! Os ensaios mecnicos dos materiais soprocedimentos padronizados que compreendem testes, clculos, grficose consultas a tabelas, tudo isso em conformidade com normas tcnicas.Realizar um ensaio consiste em submeter um objeto j fabricado ou ummaterial que vai ser processado industrialmente a situaes que simulam osesforos que eles vo sofrer nas condies reais de uso, chegando a limitesextremos de solicitao.

    Nossa aula

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 1A U L A Onde so feitos os ensaios

    Os ensaios podem ser realizados na prpria oficina ou em ambientesespecialmente equipados para essa finalidade: os laboratrios de ensaios.

    Os ensaios fornecem resultados gerais, que so aplicados a diversos casos,e devem poder ser repetidos em qualquer local que apresente as condiesadequadas.

    So exemplos de ensaios que podem ser realizados na oficina:

    Ensaio por lima - utilizado para veri-ficar a dureza por meio do corte do cavaco.Quanto mais fcil retirar o cavaco, maismole o material. Se a ferramenta desliza eno corta, podemos dizer que o material duro.

    Ensaio pela anlise da centelha - utilizado para fazer a classificao doteor de carbono de um ao, em funo da forma das centelhas que o materialemite ao ser atritado num esmeril.

    Por meio desses tipos de ensaios no se obtm valores precisos, apenasconhecimentos de caractersticas especficas dos materiais.

    Os ensaios podem ser realizados em prottipos, no prprio produto finalou em corpos de prova e, para serem confiveis, devem seguir as normastcnicas estabelecidas.

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 1A U L AImagine que uma empresa resolva produzir um novo tipo de tesoura, com

    lmina de ao especial. Antes de lanar comercialmente o novo produto, ofabricante quer saber, com segurana, como ser seu comportamento na prtica.

    Para isso, ele ensaia as matrias-primas, controla o processo de fabricao eproduz uma pequena quantidade dessas tesouras, que passam a ser os protti-pos. Cada uma dessas tesouras ser submetida a uma srie de testes queprocuraro reproduzir todas as situaes de uso cotidiano. Por exemplo, o corteda tesoura pode ser testado em materiais diversos, ou sobre o mesmo materialpor horas seguidas. Os resultados so analisados e servem como base parao aperfeioamento do produto.

    Os ensaios de prottipos so muito importantes, pois permitem avaliar se oproduto testado apresenta caractersticas adequadas sua funo. Os resultadosobtidos nesses testes no podem ser generalizados, mas podem servir de basepara outros objetos que sejam semelhantes ou diferentes.

    J os ensaios em corpos de provas, realizados de acordo com as normastcnicas estabelecidas, em condies padronizadas, permitem obter resultadosde aplicao mais geral, que podem ser utilizados e reproduzidos em qualquerlugar.

    Propriedades dos materiais

    Todos os campos da tecnologia, especialmente aqueles referentes constru-o de mquinas e estruturas, esto intimamente ligados aos materiais e s suaspropriedades.

    Tomando como base as mudanas que ocorrem nos materiais, essas propri-edades podem ser classificadas em dois grupos:

    fsicas;

    qumicas.

    Se colocamos gua fervente num copo descartvel de plstico, o plsticoamolece e muda sua forma. Mesmo mole, o plstico continua com sua composi-o qumica inalterada. A propriedade de sofrer deformao sem sofrer mudan-a na composio qumica uma propriedade fsica.

    Por outro lado, se deixarmos uma barra de ao-carbono (ferro + carbono)exposta ao tempo, observaremos a formao de ferrugem (xido de ferro: ferro+ oxignio). O ao-carbono, em contato com o ar, sofre corroso, com mudanana sua composio qumica. A resistncia corroso uma propriedade qumica.

    Entre as propriedades fsicas, destacam-se as propriedades mecnicas, quese referem forma como os materiais reagem aos esforos externos, apresentan-do deformao ou ruptura.

    Quando voc solta o pedal da embreagem do carro, ele volta posio deorigem graas elasticidade da mola ligada ao sistema acionador do pedal.

    Prottipo a verso preliminarde um produto,produzida empequenaquantidade, eutilizada durante afase de testes.

    Corpo deprova umaamostra do materialque se desejatestar, comdimenses e formaespecificadas emnormas tcnicas.

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 1A U L A A elasticidade um exemplo de propriedade mecnica. Pode ser definida como

    a capacidade que um material tem de retornar sua forma e dimenses originaisquando cessa o esforo que o deformava.

    A estampagem de uma chapa de ao para fabricao de um cap deautomvel, por exemplo, s possvel em materiais que apresentem plasticidadesuficiente. Plasticidade a capacidade que um material tem de apresentardeformao permanente aprecivel, sem se romper.

    Uma viga de uma ponte rolante deve suportar esforos de flexo sem seromper. Para tanto, necessrio que ela apresente resistncia mecnica sufi-ciente. Resistncia mecnica a capacidade que um material tem de suportaresforos externos (trao, compresso, flexo etc.) sem se romper.

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 1A U L A

    Para determinar qualquer dessas propriedades necessrio realizar umensaio especfico.

    Tipos de ensaios mecnicos

    Existem vrios critrios para classificar os ensaios mecnicos. A classificaoque adotaremos neste mdulo agrupa os ensaios em dois blocos:

    ensaios destrutivos; ensaios no destrutivos.

    Ensaios destrutivos so aqueles que deixam algum sinal na pea ou corpode prova submetido ao ensaio, mesmo que estes no fiquem inutilizados.

    Os ensaios destrutivos abordados nas prximas aulas deste mdulo so:

    trao compresso cisalhamento dobramento flexo embutimento toro dureza fluncia fadiga impacto

    Ensaios no destrutivos so aqueles que aps sua realizao no deixamnenhuma marca ou sinal e, por conseqncia, nunca inutilizam a pea ou corpode prova. Por essa razo, podem ser usados para detectar falhas em produtosacabados e semi-acabados.

    Os ensaios no destrutivos tratados nas aulas deste mdulo so:

    visual lquido penetrante partculas magnticas ultra-som radiografia industrial

    Nas prximas aulas voc receber informaes detalhadas sobre cada umdesses tipos de ensaio. Por ora, resolva os exerccios a seguir, para verificar se osassuntos aqui tratados ficaram bem entendidos.

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 1A U L A Exerccio 1

    Complete as frases com a alternativa que as torna corretas:a) A propriedade fsica ............................. mudana na composio qumica

    do material. acarreta no acarreta

    b) Resistncia mecnica uma propriedade ............................. fsica qumica

    c) Resistncia corroso uma propriedade ............................. qumica mecnica

    d) forma como os materiais reagem aos esforos externos chamamosde propriedade ............................. qumica mecnica

    Exerccio 2Marque com um X a resposta correta.Cessando o esforo, o material volta sua forma original. Dizemos que estapropriedade mecnica se chama:( ) resistncia mecnica;( ) elasticidade;( ) plasticidade.

    Exerccio 3Voc estudou que os ensaios podem ser: destrutivos e no destrutivos.Relacione corretamente os exemplos com os ensaios:

    Exerccios

    Ensaio por ultra-somEnsaio visual

    Ensaio de traoEnsaio por lima

    Ensaio de dureza

    Ensaio destrutivoEnsaio no destrutivo

    12

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 2A U L A

    Voc com certeza j andou de elevador,j observou uma carga sendo elevada por um guindaste ou viu, na sua empresa,uma ponte rolante transportando grandes cargas pra l e pra c. Alm dasgrandes cargas movimentadas nessas situaes, um outro fato certamentechama a sua ateno: so os cabos de ao usados nesses equipamentos!

    Voc faz idia do esforo que esses cabos tm de agentar ao deslocar estascargas? Sabe como se chama esse esforo e como ele calculado? Sabe que adeterminao deste tipo de esforo e a especificao das dimenses de cabos estoentre os problemas mais freqentemente encontrados no campo da Mecnica?

    Tanto o superdimensionamento como o subdimensionamento de produtospodem trazer conseqncias graves: o primeiro porque gera desperdciode material, maior consumo de energia e baixo desempenho; o segundoporque o produto vai falhar e, alm do prejuzo, pode causar srios acidentes,com danos irreparveis.

    Essas consideraes servem para ilustrar o quanto importante conhecera resistncia dos materiais, que pode ser avaliada pela realizao de ensaiosmecnicos. O ensaio mecnico mais importante para a determinao da resistn-cia dos materiais o ensaio de trao.

    Se voc est interessado em aprofundar seus conhecimentos sobre essesassuntos, est no caminho certo. Nesta aula voc ter oportunidade de conheceras unidades de medida usadas nos ensaios mecnicos de trao. Ficar sabendoo que se entende por tenso e deformao. E aprender a frmula para calculara tenso a que esto submetidos os materiais durante o uso. Fique com a gente!

    Para que servem os ensaios de trao

    Como voc j sabe, as propriedades mecnicas constituem uma das caracte-rsticas mais importantes dos metais em suas vrias aplicaes na engenharia,visto que o projeto e a fabricao de produtos se baseiam principalmente nocomportamento destas propriedades.

    Ensaio de trao:clculo da tenso

    Introduo

    2A U L A

    Nossa aula

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 2A U L A A determinao das propriedades mecnicas dos materiais obtida por

    meio de ensaios mecnicos, realizados no prprio produto ou em corpos deprova de dimenses e formas especificadas, segundo procedimentos padroniza-dos por normas brasileiras e estrangeiras.

    Fique por dentro

    O corpo de prova preferencialmente utilizado quando o resultado doensaio precisa ser comparado com especificaes de normas internacionais.

    O ensaio de trao consiste em submeter o material a umesforo que tende a along-lo at a ruptura. Os esforos oucargas so medidos na prpria mquina de ensaio.

    No ensaio de trao o corpo deformado por alongamen-to, at o momento em que se rompe. Os ensaios de traopermitem conhecer como os materiais reagem aos esforos detrao, quais os limites de trao que suportam e a partir de quemomento se rompem.

    Antes da ruptura, a deformao

    Imagine um corpo preso numa dasextremidades, submetido a uma fora, comona ilustrao ao lado. Quando esta fora aplicada na direo do eixo longitudinal,dizemos que se trata de uma fora axial.Ao mesmo tempo, a fora axial perpendi-cular seo transversal do corpo.

    Observe novamente a ilustrao anterior. Repare que a fora axial estdirigida para fora do corpo sobre o qual foi aplicada. Quando a fora axialest dirigida para fora do corpo, trata-se de uma fora axial de trao.

    A aplicao de uma fora axial de traonum corpo preso produz uma deformaono corpo, isto , um aumento no seu compri-mento com diminuio da rea da seotransversal.

    Este aumento de comprimento recebe o nome de alongamento. Veja o efeitodo alongamento num corpo submetido a um ensaio de trao.

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 2A U L A

    Na norma brasileira, o alongamento representado pela letra A e calcu-lado subtraindo-se o comprimento inicial do comprimento final e dividindo-seo resultado pelo comprimento inicial.

    Em linguagem matemtica, esta afirmao pode ser expressa pela seguinteigualdade:

    sendo que Lo representa o comprimento inicial antes do ensaio e Lf representao comprimento final aps o ensaio.

    Suponha que voc quer saber qual o alongamento sofrido por um corpo de12 mm que, submetido a uma fora axial de trao, ficou com 13,2 mmde comprimento.

    Aplicando a frmula anterior, voc fica sabendo que:

    A unidade mm/mm indica que ocorre uma deformao de 0,1 mm por 1 mmde dimenso do material.

    Pode-se tambm indicar a deformao de maneira percentual. Para obtera deformao expressa em porcentagem, basta multiplicar o resultado ante-rior por 100.

    No nosso exemplo: A = 0,1 mm/mm 100 = 10%.

    E agora, que tal voc tentar?

    Verificando o entendimento

    Escreva na forma percentual o valor da deformao correspondente a 0,2 cm/cm.

    Resposta: ..............................................

    A = Lf - LoLo

    A = A = A = = 0,1 mm/mmLf - LoLo

    13,2 - 1212

    1,212

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 2A U L A A resposta correta 20%. Voc deve ter chegado a este valor multiplicando

    0,2 por 100.

    H dois tipos de deformao, que se sucedem quando o material subme-tido a uma fora de trao: a elstica e a plstica.

    Deformao elstica: no perma-nente. Uma vez cessados os esforos,o material volta sua forma original.

    Deformao plstica: permanente.Uma vez cessados os esforos, omaterial recupera a deformaoelstica, mas fica com uma deformaoresidual plstica, no voltando mais sua forma original.

    Tenso de trao: o que e como medida

    A fora de trao atua sobre a rea da seo transversal do material. Tem-seassim uma relao entre essa fora aplicada e a rea do material que est sendoexigida, denominada tenso. Neste mdulo, a tenso ser representada pelaletra T.

    Em outras palavras:

    Tenso (T) a relao entre uma fora (F) e uma unidade de rea (S):

    Dica

    Para efeito de clculo da tenso suportada por um material,considera-se como rea til da seo deste material a soma dasreas de suas partes macias. Por exemplo: um cabo metlico paraelevao de pesos, cuja rea da seo de 132,73 mm2, compostopor 42 espiras de 1,2 mm2, tem como rea til 50,4 mm2.

    T = FS

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 2A U L AA unidade de medida de fora adotada pelo Sistema Internacional de

    Unidades (SI) o newton (N).

    Fique por dentro

    A unidade quilograma-fora (kgf) ainda usada no Brasil porque a maioriadas mquinas disponveis possui escalas nesta unidade. Porm, aps a realiza-o dos ensaios, os valores de fora devem ser convertidos para newton (N).

    A unidade de medida de rea o metro quadrado (m2). No caso damedida de tenso, mais freqentemente usado seu submltiplo, o milmetroquadrado (mm2).

    Assim, a tenso expressa matematicamente como:

    Fique por dentro

    Durante muito tempo, a tenso foi medida em kgf/mm2 ou em psi(pound square inch, que quer dizer: libra por polegada quadrada).

    Com adoo do Sistema Internacional de Unidades (SI) pelo Brasil,em 1978, essas unidades foram substitudas pelo pascal (Pa). Um mltiplodessa unidade, o megapascal (MPa), vem sendo utilizado por um nmerocrescente de pases, inclusive o Brasil.

    Veja no quadro de converses a seguir a correspondncia entre essasunidades de medida.

    Que tal parar e aplicar o que foi visto? Ento, resolva o exerccio a seguir.

    Verificando o entendimento

    Sabendo que a tenso sofrida por um corpo de 20 N/mm2, como vocexpressa esta mesma medida em MPa?

    Para dar sua resposta, consulte o quadro de converses, se achar necessrio.

    Resposta: ..............................................

    T = Nmm2

    1 N = 0,102 kgf1 kgf = 0,454 lb = 9,807 N1 MPa = 1 N/mm2 = 0,102 kgf/mm2

    1 kgf/mm2 = 1422,27 psi = 9,807 MPa = 9,807 N/mm2

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 2A U L A Se voc interpretou corretamente o quadro de converses, sua resposta deve

    ter sido 20 MPa.

    Para matar a curiosidade, veja a converso desta mesma medida para:

    kgf/mm2 fi se 1 MPa = 0,102 kgf/mm2, ento: 20 MPa = 2,04 kgf/mm2

    e para:

    psi fi se 1 kgf/mm2 = 1422,27 psi, ento 2,04 kgf/mm2 = 2901,4308 psi

    Calculando a tenso

    Um amigo, que est montando uma oficina de manuteno mecnica, pediusua ajuda para calcular a tenso que deve ser suportada por um tirante de ao de4 mm2 de seo, sabendo que o material estar exposto a uma fora de 40 N.

    Simples, no mesmo? Sabendo qual a fora aplicada (F = 40 N) e qual a reada seo do tirante (S = 4 mm2), basta aplicar a frmula:

    Portanto, a tenso que o cabo dever suportar de 10 N/mm2. Mas, se seuamigo quiser saber a resposta em megapascal, o resultado ser 10 MPa.

    Muito bem! Por ora, se todos os assuntos apresentados ficaram claros, j estmais que bom. Antes de passar para o estudo da prxima aula, resolva osexerccios a seguir para ter certeza de que tudo que foi visto nesta aula noapresenta mais mistrios para voc.

    Exerccio 1Assinale com um X a(s) resposta(s) que completa(m) a frase corretamente:O ensaio de trao tem por finalidade(s) determinar:a) ( ) o limite de resistncia trao;b) ( ) a impresso causada por um penetrador;c) ( ) o dimetro do material ensaiado;d) ( ) o alongamento do corpo ensaiado.

    Exerccio 2Quando se realiza ensaio de trao, podem ocorrer duas deformaes.Assinale com um X quais so elas, na seqncia em que os fenmenosocorrem no material.a) ( ) plstica e elstica;b) ( ) plstica e normal;c) ( ) plstica e regular;d) ( ) elstica e plstica.

    10 Nmm2

    T = T = T =FS

    40 N4 mm2

    Exerccios

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 2A U L AExerccio 3

    Calcule a deformao sofrida por um corpo de 15 cm, que aps um ensaio detrao passou a apresentar 16 cm de comprimento. Expresse a resposta deforma percentual.

    Exerccio 4Sabendo que a tenso de um corpo igual a 12 N/mm2, a quanto correspon-de essa tenso em kgf/mm2? (Consulte o quadro de converses, se neces-srio).

    Exerccio 5Qual a tenso, em MPa, sofrida por um corpo com 35 mm2 que est sobefeito de uma fora de 200 kgf? (Consulte o quadro de converses, senecessrio).

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 3A U L A

    3A U L A

    Nos tempos em que moleque que era mole-que brincava com estilingue, qualquer um sabia, na prtica, como escolhero material para fazer a atiradeira. Mas se voc no for daquela poca, arranje umelstico, desses comuns, e siga os procedimentos sugeridos a seguir.

    Segure o elstico com as duas mos, uma em cada ponta, como mostraa ilustrao.

    Depois, mantendo um dos lados fixos, v aplicando, vagarosamente, umafora de trao do lado oposto. Pare de aplicar a fora por um instante. Observecomo o elstico tende a retornar sua forma original quando a fora aliviada.Volte a tracionar um dos lados. Veja que, ao mesmo tempo em que o elsticovai se alongando, sua seo se estreita. Agora no tem mais jeito! Mesmo quevoc pare de tracionar, o elstico no volta mais forma original. Continuetracionando mais um pouco. Epa! O elstico se rompeu. Voc est com doispedaos, um em cada mo. Juntando os dois pedaos voc notar que eles estomaiores que o pedao original.

    Isso que voc acabou de fazer pode ser considerado uma forma rudimentarde ensaio de trao. Quando o ensaio de trao realizado num laboratrio,com equipamento adequado, ele permite registrar informaes importantespara o clculo de resistncia dos materiais a esforos de trao e, conseqen-temente, para projetos e clculos de estruturas. Algumas informaes soregistradas durante a realizao do ensaio e outras so obtidas pela anlise dascaractersticas do corpo de prova aps o ensaio.

    Os dados relativos s foras aplicadas e deformaes sofridas pelo corpode prova at a ruptura permitem traar o grfico conhecido como diagramatenso-deformao.

    Ensaio de trao:propriedadesmecnicas avaliadas

    Introduo

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 3A U L ANesta aula voc aprender a interpretar o diagrama tenso-deformao e

    ficar sabendo quais as propriedades determinadas no ensaio de trao: limiteelstico ou de proporcionalidade, limite de escoamento, limite de resistncia,limite de ruptura e estrico.

    Esquea o estilingue. Jogue fora seu elstico, se que j no o fez, e estiqueo olho nesta aula. Voc vai ficar sabendo muita coisa interessante!

    Diagrama tenso-deformao

    Quando um corpo de prova submetido a um ensaio de trao, a mquinade ensaio fornece um grfico que mostra as relaes entre a fora aplicada e asdeformaes ocorridas durante o ensaio.

    Mas o que nos interessa para a determinao das propriedades do materialensaiado a relao entre tenso e deformao.

    Voc j sabe que a tenso (T) corresponde fora (F) dividida pela rea daseo (S) sobre a qual a fora aplicada. No ensaio de trao convencionou-se quea rea da seo utilizada para os clculos a da seo inicial (So).

    Assim, aplicando a frmula

    podemos obter os valores de tenso para montar um grfico que mostre asrelaes entre tenso e deformao.

    Este grfico conhecido por diagrama tenso-deformao.

    Os valores de deformao, representados pela letra grega minscula e(epslon), so indicados no eixo das abscissas (x) e os valores de tenso soindicados no eixo das ordenadas (y).

    A curva resultante apresenta certas caractersticas que so comuns a diver-sos tipos de materiais usados na rea da Mecnica.

    Analisando o diagrama tenso-deformao passo a passo, voc vai ficarconhecendo cada uma das propriedades que ele permite determinar. A primeiradelas o limite elstico.

    Nossa aula

    T = ,FSo

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 3A U L A Limite elstico

    Observe o diagrama a seguir. Note que foi marcado um ponto A no final daparte reta do grfico. Este ponto representa o limite elstico.

    O limite elstico recebe este nome porque, se o ensaio for interrompidoantes deste ponto e a fora de trao for retirada, o corpo volta sua formaoriginal, como faz um elstico.

    Na fase elstica os metais obedecem lei de Hooke. Suas deformaes sodiretamente proporcionais s tenses aplicadas.

    Exemplificando: se aplicarmos uma tenso de 10 N/mm2 e o corpo deprova se alongar 0,1%, ao aplicarmos uma fora de 100 N/mm2 o corpode prova se alongar 1%.

    Dica

    Em 1678, sir Robert Hooke descobriu que uma mola tem semprea deformao (e) proporcional tenso aplicada (T), desenvolvendo assima constante da mola (K), ou lei de Hooke, onde K = T/e.

    Mdulo de elasticidade

    Na fase elstica, se dividirmos a tenso pela deformao, em qualquer ponto,obteremos sempre um valor constante.

    Este valor constante chamado mdulo de elasticidade.

    A expresso matemtica dessa relao : , onde E a constanteque representa o mdulo de elasticidade.

    O mdulo de elasticidade a medida da rigidez do material. Quanto maiorfor o mdulo, menor ser a deformao elstica resultante da aplicao de umatenso e mais rgido ser o material. Esta propriedade muito importante naseleo de materiais para fabricao de molas.

    E =Te

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 3A U L ALimite de proporcionalidade

    Porm, a lei de Hooke s vale at umdeterminado valor de tenso, denominadolimite de proporcionalidade, que o pontorepresentado no grfico a seguir por A,a partir do qual a deformao deixa de serproporcional carga aplicada.

    Na prtica, considera-se que o limite deproporcionalidade e o limite de elasticidadeso coincidentes.

    Escoamento

    Terminada a fase elstica, tem incio afase plstica, na qual ocorre uma deformaopermanente no material, mesmo que se retirea fora de trao.

    No incio da fase plstica ocorre um fen-meno chamado escoamento. O escoamentocaracteriza-se por uma deformao perma-nente do material sem que haja aumento decarga, mas com aumento da velocidade dedeformao. Durante o escoamento a cargaoscila entre valores muito prximos uns dosoutros.

    Limite de resistncia

    Aps o escoamento ocorre o encruamento,que um endurecimento causado pela quebrados gros que compem o material quandodeformados a frio. O material resiste cada vezmais trao externa, exigindo uma tensocada vez maior para se deformar.

    Nessa fase, a tenso recomea a subir, atatingir um valor mximo num ponto chamadode limite de resistncia (B).

    Para calcular o valor do limite de resistncia (LR), basta aplicar a frmula:

    LR = FmaxSo

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 3A U L A Limite de ruptura

    Continuando a trao, chega-se ruptura domaterial, que ocorre num ponto chamado limitede ruptura (C).

    Note que a tenso no limite de ruptura menor que no limite de resistncia, devido diminuio da rea que ocorre no corpo deprova depois que se atinge a carga mxima.

    Agora voc j tem condies de analisar todos esses elementos representa-dos num mesmo diagrama de tenso-deformao, como na figura a seguir.

    Estrico

    a reduo percentual da rea da seo transversal do corpo de provana regio onde vai se localizar a ruptura.

    A estrico determina a ductilidade do material. Quanto maior for a porcen-tagem de estrico, mais dctil ser o material.

    Por ora suficiente. Que tal descansar um pouco para assentar as idiase depois retomar o estudo resolvendo os exerccios propostos a seguir? Se tiveralguma dificuldade, faa uma reviso dos assuntos tratados nesta aula antesde prosseguir.

    Exerccio 1Analise o diagrama de tenso-deformao de um corpo de prova de aoe indique:a) o ponto A, que representa o limite de elasticidadeb) o ponto B, que representa o limite de resistncia

    Exerccios

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 3A U L A

    Marque com um X a resposta correta.

    Exerccio 2Compare as regies das fraturas dos corpos de prova A e B, apresentados aseguir. Depois responda: qual corpo de prova representa material dctil?

    Exerccio 3Analise o diagrama tenso-deformao abaixo e assinale qual a letra querepresenta a regio de escoamento.A ( )B ( )C ( )D ( )

    Exerccio 4A frmula permite calcular:

    a) ( ) o limite de escoamento;b) ( ) a estrico;c) ( ) o limite de resistncia;d) ( ) o limite de ruptura.

    Exerccio 5Dois materiais (A e B) foram submetidos a um ensaio de trao e apresenta-ram as seguintes curvas de tenso-deformao:

    Qual dos materiais apresentamaior deformao permanente?

    A ( )B ( )

    LR = FmaxSo

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 4A U L A

    4A U L A

    Hoje em dia comum encontrar uma grandevariedade de artigos importados em qualquer supermercado e at mesmo empequenas lojas de bairro: so produtos eletrnicos japoneses, panelasantiaderentes francesas, utilidades domsticas com o inconfundvel design ita-liano e uma infinidade de quinquilharias fabricadas pelos chineses. Isso semcontar os veculos americanos, coreanos, russos etc., que de uma hora para outrainvadiram nossas ruas e estradas. Por outro lado, os setores exportadoresbrasileiros tambm vm conquistando espao no comrcio internacional.

    A crescente internacionalizao do comrcio de produtos pe em destaque aimportncia da normalizao dos ensaios de materiais. Qualquer que seja aprocedncia do produto, os testes pelos quais ele passou em seu pas de origemdevem poder ser repetidos, nas mesmas condies, em qualquer lugar do mundo.

    por isso que essa aula ser dedicada ao estudo da normalizao direcionadapara o ensaio de trao. Voc ficar sabendo quais so as principais entidadesinternacionais e nacionais que produzem e divulgam as normas tcnicas maisutilizadas pelos laboratrios de ensaios. E saber tambm o que dizem algumasnormas que fornecem especificaes sobre corpos de prova.

    Confiabilidade dos ensaios

    Os ensaios no indicam propriedades de uma maneira absoluta, porque noreproduzem totalmente os esforos a que uma pea submetida, em servio.

    Quando realizados no prprio produto, os ensaios tm maior significadopois procuram simular as condies de funcionamento do mesmo. Mas naprtica isso nem sempre realizvel. Alm disso, os resultados assim obtidosteriam apenas uma importncia particular para aquele produto.

    Para determinarmos as propriedades dos materiais, independentementedas estruturas em que sero utilizados, necessrio recorrer confeco decorpos de prova.

    Ensaio de trao:procedimentosnormalizados

    Introduo

    Nossa aula

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 4A U L AOs resultados obtidos dependem do formato do corpo de prova e do mtodo

    de ensaio adotado. Por exemplo, no ensaio de trao de um corpo de prova deao, o alongamento uma medida da sua ductilidade. Este valor afetado pelocomprimento do corpo de prova, pelo seu formato, pela velocidade de aplicaoda carga e pelas imprecises do mtodo de anlise dos resultados do ensaio.

    Portanto, os resultados dos ensaios, quando no so suficientemente repre-sentativos dos comportamentos em servio, exigem na fase de projeto dasestruturas a introduo de um fator multiplicativo chamado coeficiente desegurana, o qual leva em considerao as incertezas, no s provenientes dadeterminao das propriedades dos materiais, mas tambm da preciso dashipteses tericas referentes existncia e ao clculo das tenses em todaa estrutura.

    Normas tcnicas voltadas para ensaios de trao

    Quando se trata de realizar ensaios mecnicos, as normas mais utilizadasso as referentes especificao de materiais e ao mtodo de ensaio.

    Um mtodo descreve o correto procedimento para se efetuar um determina-do ensaio mecnico.

    Desse modo, seguindo-se sempre o mesmo mtodo, os resultados obtidospara um mesmo material so semelhantes e reprodutveis onde quer queo ensaio seja executado.

    As normas tcnicas mais utilizadas pelos laboratrios de ensaios provmdas seguintes instituies:

    ABNT - Associao Brasileira de Normas TcnicasASTM - American Society for Testing and MaterialsDIN - Deutsches Institut fr NormungAFNOR - Association Franaise de NormalisationBSI - British Standards InstitutionASME - American Society of Mechanical EngineerISO - International Organization for StandardizationJIS - Japanese Industrial StandardsSAE - Society of Automotive EngineersCOPANT - Comisso Panamericana de Normas Tcnicas

    Alm dessas, so tambm utilizadas normas particulares de indstriasou companhias governamentais.

    Equipamento para o ensaio de trao

    O ensaio de trao geralmente realizado na mquina universal, que temeste nome porque se presta realizao de diversos tipos de ensaios. Analisecuidadosamente a ilustrao a seguir, que mostra os componentes bsicos deuma mquina universal de ensaios.

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 4A U L A Fixa-se o corpo de prova na

    mquina por suas extremidades,numa posio que permite ao equi-pamento aplicar-lhe uma fora axialpara fora, de modo a aumentar seucomprimento.

    A mquina de trao hidrulica,movida pela presso de leo, e estligada a um dinammetro que medea fora aplicada ao corpo de prova.

    A mquina de ensaio possui um registrador grfico que vai traandoo diagrama de fora e deformao, em papel milimetrado, medida em queo ensaio realizado.

    Corpos de prova

    O ensaio de trao feito em corpos de prova com caractersticas especificadasde acordo com normas tcnicas. Suas dimenses devem ser adequadas capacidade da mquina de ensaio.

    Normalmente utilizam-se corpos de prova de seo circular ou de seoretangular, dependendo da forma e tamanho do produto acabado do qual foramretirados, como mostram as ilustraes a seguir.

    A parte til do corpo de prova, identificada no desenho anterior por Lo, aregio onde so feitas as medidas das propriedades mecnicas do material.

    Dinmometro um equipamento

    utilizado para medirforas.

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 4A U L AAs cabeas so as regies extremas, que servem para fixar o corpo de prova

    mquina de modo que a fora de trao atuante seja axial. Devem ter seomaior do que a parte til para que a ruptura do corpo de prova no ocorra nelas.Suas dimenses e formas dependem do tipo de fixao mquina. Os tipos defixao mais comuns so:

    Entre as cabeas e a parte til h um raio de concordncia para evitar quea ruptura ocorra fora da parte util do corpo de prova (Lo).

    Segundo a ABNT, o comprimento da parte til dos corpos de provautilizados nos ensaios de trao deve corresponder a 5 vezes o dimetro da seoda parte til.

    Por acordo internacional, sempre que possvel um corpo de prova deve ter10 mm de dimetro e 50 mm de comprimento inicial. No sendo possvela retirada de um corpo de prova deste tipo, deve-se adotar um corpo comdimenses proporcionais a essas.

    Corpos de prova com seo retangular so geralmente retirados de placas,chapas ou lminas. Suas dimenses e tolerncias de usinagem so normalizadaspela ISO/R377 enquanto no existir norma brasileira correspondente. A normabrasileira (NBR 6152, dez./1980) somente indica que os corpos de prova devemapresentar bom acabamento de superficie e ausncia de trincas.

    Dica

    Para obter informaes mais detalhadas sobre corpos de provas, consultea norma tcnica especfica.

    Em materiais soldados, podem ser retirados corpos de prova com a soldano meio ou no sentido longitudinal da solda, como voc pode observar nasfiguras a seguir.

    cunha flangerosca

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 4A U L A Os ensaios dos corpos de prova soldados normalmente determinam apenas

    o limite de resistncia trao. Isso porque, ao efetuar o ensaio de trao de umcorpo de prova com solda, tensiona-se simultaneamente dois materiais depropriedades diferentes (metal de base e metal de solda). Os valores obtidos noensaio no representam as propriedades nem de um nem de outro material, poisumas so afetadas pelas outras. O limite de resistncia trao tambm afetadopor esta interao, mas determinado mesmo assim para finalidades prticas.

    Preparao do corpo de prova para o ensaio de trao

    O primeiro procedimento consiste em identificar o material do corpo deprova. Corpos de prova podem ser obtidos a partir da matria-prima ou de partesespecficas do produto acabado.

    Depois, deve-se medir o dimetro do corpo de prova em dois pontos nocomprimento da parte til, utilizando um micrmetro, e calcular a mdia.

    Por fim, deve-se riscar o corpo de prova, isto , traar as divises nocomprimento til. Num corpo de prova de 50 mm de comprimento, as marcaesdevem ser feitas de 5 em 5 milmetros.

    Assim preparado, o corpo de prova estar pronto para ser fixado mquinade ensaio. E voc deve estar igualmente preparado para resolver os exercciosapresentados a seguir.

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 4A U L AExerccio 1

    Escreva V se a frase for verdadeira ou F se for falsa:( ) O formato do corpo de prova e o mtodo adotado afetam os resultados

    do ensaio de trao.

    Exerccio 2Analise o desenho a seguir e assinale com um X a letra que identifica a partetil do corpo de prova.

    a) ( )b) ( )c) ( )d) ( )

    Exerccio 3Assinale com um X a alternativa que completa a frase corretamente:Segundo a ABNT, o comprimento da parte til dos corpos de prova utiliza-dos nos ensaios de trao deve ser:

    a) ( ) 5 vezes maior que o dimetro;b) ( ) 6 vezes maior que o dimetro;c) ( ) 8 vezes maior que o dimetro;d) ( ) o dobro do dimetro.

    Exerccio 4Analise as figuras abaixo e assinale com um X a que mostra fixao do corpode prova por flange.

    a) ( ) b) ( ) c) ( )

    Exerccio 5Assinale com um X a nica frase falsa sobre ensaios de corpos de provacom solda.a) ( ) possvel retirar corpos de prova de materiais soldados para ensaios

    de trao;b) ( ) Nos ensaios de corpos de prova de materiais soldados so tensionados,

    ao mesmo tempo, dois materiais com propriedades diferentes;c) ( ) Os valores obtidos nos ensaios de trao de materiais soldados so

    vlidos apenas para o metal de base;d) ( ) O limite de resistncia trao, nos ensaios de trao de materiais

    soldados, afetado pela interao do metal de base e do metal desolda.

    Exerccios

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 5A U L A

    5A U L A

    Introduo A mquina de ensaio est pronta para come-ar seu trabalho: o corpo de prova fixado, a velocidade de aplicao da foraajustada, a escala selecionada! S falta ligar o equipamento e acompanhar seufuncionamento.

    Terminado o ensaio, vem uma etapa muito importante: a anlise dosresultados.

    Nesta etapa determinam-se as principais propriedades que podem serobtidas no ensaio de trao.

    Nesta aula voc ficar sabendo como so determinadas essas propriedadese qual a sua importncia no dia-a-dia e nas aplicaes na rea de mecnica.

    Como calcular o alongamento

    Imagine que voc v produzir uma pea por estamparia ou dobramento, porexemplo. Voc precisar obter uma deformao maior que a desejada, porqueaps aliviar a fora aplicada o material sofrer uma recuperao nas suasdimenses, igual ao alongamento elstico.

    Se o alongamento elstico for conhecido, isto ser fcil. Se no, s na tentativae a imagine o prejuzo em retrabalhar as ferramentas.

    O alongamento elstico pode sermedido de forma direta por meio deum aparelho chamado extensmetro,que acoplado ao corpo de prova.

    Ensaio de trao:anlise dos resultados

    Nossa aula

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 5A U L AVoc j viu que o alongamento plstico define a ductilidade do material:

    quanto maior o alongamento plstico, maior a facilidade de deformar o material.Pelo alongamento, podemos saber para que tipo de processo de produo ummaterial indicado (forja a frio, laminao, estamparia profunda, etc.).

    A frmula para calcular o alongamento voc j aprendeu na Aula 2 destemdulo:

    O comprimento inicial (Lo) foi medido antes de se submeter o corpo deprova ao ensaio. Portanto, para calcular o alongamento, resta saber qualo comprimento final (Lf).

    Voc est lembrado daqueles riscos transversais que foram feitos napreparao do corpo de prova? Pois ! A parte til do corpo de prova ficoudividida em certo nmero (n) de partes iguais. Agora voc vai saber para queserve essa marcao.

    A primeira coisa a fazer juntar, da melhor forma possvel, as duas partesdo corpo de prova.

    Depois, procura-se o risco mais prximo da ruptura e conta-se a metadedas divises (n/2) para cada lado. Mede-se ento o comprimento final, quecorresponde distncia entre os dois extremos dessa contagem.

    Este o mtodo para determinar o comprimento final quando a rupturaocorre no centro da parte til do corpo de prova.

    Mas, se a ruptura ocorrer fora do centro, de modo a no permitir a contagemde n/2 divises de cada lado, deve-se adotar o seguinte procedimentonormalizado:

    Toma-se o risco mais prximo da ruptura.

    Conta-se n/2 divises de um dos lados.

    Acrescentam-se ao comprimento do lado oposto quantas divises foremnecessrias para completar as n/2 divises.

    A medida de Lf ser a somatria de L+ L, conforme mostra a figura a seguir.

    A = Lf - LoLo

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 5A U L A

    Determinao do limite elstico ou de proporcionalidade

    Para sentir a importncia desta propriedade, imagine-se dentro de umelevador, que funciona preso por um cabo de ao. O que aconteceria se o cabo sealongasse um pouquinho toda vez que o elevador subisse ou descesse?

    O cabo de ao iria ficar cada vez mais fino, at que a sua espessura se tornassetal que no suportaria mais o peso da cabine (e com voc l dentro!).

    No seria nada agradvel uma queda do vigsimo andar. , mas istoaconteceria se a solicitao ultrapassasse o limite elstico, porque qualquersolicitao acima do limite elstico causa deformao permanente.

    Portanto, o limite elstico a mxima tenso a que uma pea pode sersubmetida. Por isso, o conhecimento de seu valor fundamental para qualqueraplicao.

    A rigor, a determinao do limite elstico deveria ser feita por carregamen-tos e descarregamentos sucessivos, at que se alcanasse uma tenso quemostrasse, com preciso, uma deformao permanente.

    Este processo muito trabalhoso e no faz parte dos ensaios de rotina.Porm, devido importncia de se conhecer o limite elstico, em 1939 umcientista chamado Johnson props um mtodo para determinar um limiteelstico aparente, que ficou conhecido como limite Johnson.

    O limite Johnson corresponde tenso na qual a velocidade de deformao 50% maior que na origem.

    Veja como determinar o limite Johnson na prtica, acompanhando os passosexplicados a seguir.

    1. Trace uma reta perpendicular aoeixo das tenses, fora da regio dacurva tenso-deformao (F-D).

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 5A U L A2. Prolongue a reta da zona elstica, a

    partir do ponto O, at que ela cortea reta FD no ponto E.

    3. Remarque o ponto D de modoque a medida do segmento FDseja igual a uma vez e meia osegmento FE.

    4. Trace a reta OD.

    5. Trace a reta MN paralela a OD,tangenciando a curva tenso-de-formao.

    O limite Johnson o valor de tenso do ponto tangencial (A).

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 5A U L A Limite de escoamento: valores convencionais

    O limite de escoamento , em algumas situaes, alternativa ao limite elstico,pois tambm delimita o incio da deformao permanente (um pouco acima).

    Ele obtido verificando-se a para-da do ponteiro na escala da fora du-rante o ensaio e o patamar formado nogrfico exibido pela mquina. Com essedado possvel calcular o limite deescoamento do material.

    Entretanto, vrios metais no apre-sentam escoamento, e mesmo nas ligasem que ocorre ele no pode ser obser-vado, na maioria dos casos, porqueacontece muito rpido e no possveldetect-lo.

    Por essas razes, foram convencionados alguns valores para determinareste limite.

    O valor convencionado (n) corresponde a um alongamento percentual.Os valores de uso mais freqente so:

    n = 0,2%, para metais e ligas metlicas em geral;

    n = 0,1%, para aos ou ligas no ferrosas mais duras;

    n = 0,01%, para aos-mola.

    Graficamente, o limite de escoa-mento dos materiais citados pode serdeterminado pelo traado de uma li-nha paralela ao trecho reto do diagra-ma tenso-deformao, a partir doponto n. Quando essa linha intercep-tar a curva, o limite de escoamentoestar determinado, como mostraa figura ao lado.

    Tenso no limite de resistncia

    Este valor de tenso utilizado para a especificao dos materiais nasnormas, pois o unico resultado preciso que se pode obter no ensaio de traoe utilizado como base de clculo de todas as outras tenses determinadasneste ensaio.

    Por exemplo, um ao 1080 apresenta um limite de resistncia de aproxima-damente 700 MPa. Ao produzirmos novos lotes desse ao, devemos executarseu ensaio para verificar se ele realmente possui esta resistncia. Ou seja,esta especificao utilizada para comparar a resistncia de um ao produzidocom o valor referencial da norma.

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 5A U L AConhecer o limite de resistncia tambm til para comparar materiais.

    Por exemplo, um ao 1020 apresenta aproximadamente 400 MPa de resistncia trao. Este valor nos demonstra que o ao 1080 tem uma resistncia 300 MPamaior que o 1020. Apesar de no se utilizar este valor para dimensionarestruturas, ele servir de base para o controle de qualidade dessas ligas.

    Dificuldades com a tenso de ruptura

    difcil determinar com preciso o limite de ruptura, pois no h forma deparar o ponteiro da fora no instante exato da ruptura. Alm disso, o limitede ruptura no serve para caracterizar o material, pois quanto mais dctil ele ,mais se deforma antes de romper-se.

    Calculando a estrico

    Como voc j estudou na Aula 3 deste mdulo, a estrico tambm umamedida da ductilidade do material. representada pela letra Z, e calculada pelaseguinte frmula:

    onde So a rea de seo transversal inicial e Sf a rea de seo final, conhecidapela medio da regio fraturada.

    Exemplo de relatrio de ensaio de trao

    Interessado(a): JJAData: 22/12/95Material ensaiado (descrio): Ao 1020Equipamento: Mquina universalNorma(s) seguida(s): ABNT - NBR 6152

    E ento? Com todos os conceitos j aprendidos, a interpretao do relatrio relativamente simples, no mesmo? Para cada corpo de prova ensaiado soregistrados os dados iniciais e depois o comportamento da fora de traodurante o ensaio. assim que se obtm os dados necessrios para oferecer maiorsegurana ao consumidor, desde o projeto ao produto final.

    Z = So - SfSo

    C.P.

    n

    1

    Mdio

    mm

    10

    Comprimento

    til

    mm

    50

    `rea

    da seo

    inicial

    mm2

    78,54

    Limite de

    escoamento

    Limite de

    resistncia

    N

    21991

    MPa

    280

    N

    32987

    MPa

    420

    mmLf62

    %

    24

    mmDf6

    %

    64 Executante: Visto:

    Alongamento Estrico

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 5A U L A Exerccio 1

    Sabendo que o nmero de divises (n) do corpo de prova a seguir 10,represente o comprimento final (Lf).

    Exerccio 2Que propriedade mais importante determinar na prtica: o limite elsticoou o limite de ruptura? Justifique sua resposta.

    Exerccio 3O limite Johnson serve para determinar:a) ( ) o limite de resistncia efetiva;b) ( ) o limite elstico aparente;c) ( ) o limite de ruptura;d) ( ) o limite de escoamento.

    Exerccio 4Escreva V se a frase a seguir for verdadeira ou F se for falsa:( ) Em alguns casos, em vez de determinar o limite elstico, podemos

    recorrer ao limite de escoamento para saber qual a carga mximasuportada por um corpo.

    Exerccio 5Complete a frase com a alternativa que a torna verdadeira:O conhecimento do limite de resistncia importante porque ..........a) o valor utilizado para dimensionar estruturas.b) o nico resultado preciso que se pode obter no ensaio de trao.

    Exerccios

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 6A U L A

    Podemos observar o esforo de compressona construo mecnica, principalmente em estruturas e em equipamentoscomo suportes, bases de mquinas, barramentos etc.

    s vezes, a grande exigncia requerida para um projeto a resistncia compresso. Nesses casos, o projetista deve especificar um material que possuaboa resistncia compresso, que no se deforme facilmente e que assegure boapreciso dimensional quando solicitado por esforos de compresso.

    O ensaio de compresso o mais indicado para avaliar essas caractersticas,principalmente quando se trata de materiais frgeis, como ferro fundido, madei-ra, pedra e concreto. tambm recomendado para produtos acabados, comomolas e tubos.

    Porm, no se costuma utilizar ensaios de compresso para os metais.Estudando os assuntos desta aula, voc ficar sabendo quais as razes queexplicam o pouco uso dos ensaios de compresso na rea da mecnica, analisaras semelhanas entre o esforo de compresso e o esforo de trao, j estudadonas aulas anteriores, e ficar a par dos procedimentos para a realizao do ensaiode compresso.

    O que a compresso e a trao tm em comum

    De modo geral, podemos dizer que a compresso um esforo axial,que tende a provocar um encurtamento do corpo submetido a este esforo.

    Nos ensaios de compresso, os corpos deprova so submetidos a uma fora axial paradentro, distribuda de modo uniforme emtoda a seo transversal do corpo de prova.

    Introduo

    6A U L A

    Ensaio de compresso

    Nossa aula

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 6A U L A Do mesmo modo que o ensaio de trao, o ensaio de compresso pode ser

    executado na mquina universal de ensaios, com a adaptao de duas placaslisas - uma fixa e outra mvel. entre elas que o corpo de prova apoiadoe mantido firme durante a compresso.

    As relaes que valem para a trao valem tambm para a compresso. Issosignifica que um corpo submetido a compresso tambm sofre uma deformaoelstica e a seguir uma deformao plstica.

    Na fase de deformao elstica, o corpo volta ao tamanho original quandose retira a carga de compresso.

    Na fase de deformao plstica, o corpo retm uma deformao residualdepois de ser descarregado.

    Nos ensaios de compresso, a lei de Hooke tambm vale para a fase elsticada deformao, e possvel determinar o mdulo de elasticidade para diferentesmateriais.

    Na compresso, as frmulas para clculo da tenso, da deformao e domdulo de elasticidade so semelhantes s que j foram demonstradas em aulasanteriores para a tenso de trao. Por isso, sero mostradas de maneira resumi-da, no quadro a seguir.

    RELAES V`LIDAS PARA OS ESFOROS DE COMPRESSOFRMULA SIGNIFICADO

    T fi tenso de compressoF fi fora de compressoS fi rea da seo do corpoe fi deformaoLo - Lf fi variao do comprimento do corpoLo fi comprimento inicial do corpoE fi mdulo de elasticidadeT fi tensoe fi deformao

    T = FS

    e = Lo - LfLo

    E = Te

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 6A U L AEst na hora de resolver um exerccio para testar seu entendimento do

    assunto. Consulte as frmulas, se necessrio.

    Verificando o entendimento

    Um corpo de prova de ao com dimetro d = 20 mm e comprimentoL = 60 mm ser submetido a um ensaio de compresso. Se for aplicada umafora F de 100.000 N, qual a tenso absorvida pelo corpo de prova (T) e quala deformao do mesmo (e)? O mdulo de elasticidade do ao (E) iguala 210.000 MPa.

    Respostas: T = ............................... e e = .............................

    Que tal conferir? Compare seus procedimentos com os apresentados a seguir.

    Em primeiro lugar, voc deve ter calculado a rea da seo do corpo de provaaplicando a frmula:

    Conhecendo a rea da seo, possvel calcular a tenso de compressoaplicando a frmula:

    Para calcular a deformao sofrida pelo corpo de prova aplicando a frmula,

    precisamos do comprimento inicial (60 mm) e do comprimento final, que aindano conhecemos.

    Mas sabemos que o mdulo de elasticidade deste ao de 210.000 MPa.Ento podemos calcular a deformao isolando esta varivel na frmula domdulo de elasticidade:

    Para obter a deformao em valor percentual, basta multiplicar o resultadoanterior por 100, ou seja: 0,0015165 100 = 0,15165%.

    Isso significa que o corpo sofrer uma deformao de 0,15165% em seucomprimento, ou seja, de 0,09099 mm. Como se trata de um ensaio de compres-so, esta variao ser no sentido do encurtamento. Portanto, o comprimentofinal do corpo de prova ser de 59,909 mm.

    Muito bem! Agora que voc j viu as semelhanas entre os esforos de traoe de compresso, que tal ir mais fundo para saber por que este tipo de ensaio nemsempre recomendvel?

    S = fi S = = = 3,14 100 = 314 mm2p D2

    43,14 (20)2

    43,14 400

    4

    T = fi T = fi 318,47 N/mm2 = 318,47 MPaFS

    100.000 N314 mm2

    e = Lo - LfLo

    E = fi e = fi e = = 0,0015165Te

    TE

    318,47 MPa210.000 MPa

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 6A U L A Limitaes do ensaio de compresso

    O ensaio de compresso no muito utilizado para os metais em razo dasdificuldades para medir as propriedades avaliadas neste tipo de ensaio.Os valores numricos so de difcil verificao, podendo levar a erros.

    Um problema que sempre ocorre no ensaio de compresso o atrito entreo corpo de prova e as placas da mquina de ensaio.

    A deformao lateral do corpo de prova barrada pelo atrito entre assuperfcies do corpo de prova e da mquina. Para diminuir esse problema, necessrio revestir as faces superior e inferior do corpo de prova com materiaisde baixo atrito (parafina, teflon etc).

    Outro problema a possvel ocorrnciade flambagem, isto , encurvamento do cor-po de prova. Isso decorre da instabilidade nacompresso do metal dctil. Dependendodas formas de fixao do corpo de prova, hdiversas possibilidades de encurvamento,conforme mostra a figura ao lado.

    A flambagem ocorre principalmente em corpos de prova com comprimentomaior em relao ao dimetro. Por esse motivo, dependendo do grau deductilidade do material, necessrio limitar o comprimento dos corposde prova, que devem ter de 3 a 8 vezes o valor de seu dimetro. Em algunsmateriais muito dcteis esta relao pode chegar a 1:1 (um por um).

    Outro cuidado a ser tomado para evitar a flambagem o de garantiro perfeito paralelismo entre as placas do equipamento utilizado no ensaio decompresso. Deve-se centrar o corpo de prova no equipamento de teste, paragarantir que o esforo de compresso se distribua uniformemente.

    Ensaio de compresso em materiais dcteis

    Nos materiais dcteis a compresso vai provocando uma deformao lateralaprecivel. Essa deformao lateral prossegue com o ensaio at o corpo de provase transformar num disco, sem que ocorra a ruptura.

    por isso que o ensaio de compresso de materiais dcteis fornece apenasas propriedades mecnicas referentes zona elstica.

    As propriedades mecnicas mais avaliadas por meio do ensaio so: limitede proporcionalidade, limite de escoamento e mdulo de elasticidade.

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 6A U L AEnsaio de compresso em materiais frgeis

    O ensaio de compresso mais utilizado para materiais frgeis. Uma vez quenesses materiais a fase elstica muito pequena, no possvel determinar compreciso as propriedades relativas a esta fase.

    A nica propriedade mecnica que avaliada nos ensaios de compressode materiais frgeis o seu limite de resistncia compresso.

    Do mesmo modo que nos ensaios de trao, o limite de resistncia compresso calculado pela carga mxima dividida pela seo originaldo corpo de prova.

    Relembrando

    Frmula matemtica para clculo do limite de resistncia:

    onde Fmax corresponde carga mxima atingida aps o escoamentoe So corresponde rea inicial da seo.

    Com essa informao, fica fcil resolver o prximo exerccio. Vamos tentar?

    Verificando o entendimento

    Qual o limite de resistncia compresso (LR) de um material quetem 400 mm2 de rea da seo transversal e que se rompeu com uma cargade 760 kN?

    Resposta: LR = ....................................

    Confira. Sabendo que a frmula para clculo do limite de resistncia tensode compresso :

    basta substituir os termos da frmula pelos valores conhecidos:

    Na prtica, considera-se que o limite de resistncia compresso cercade 8 vezes maior que o limite de resistncia trao. No sendo vivel arealizao do ensaio de compresso, esta relao tomada como base para oclculo da resistncia compresso.

    LR = FmaxSo

    LR = FmaxSo

    LR = = 1.900 N/mm2 = 1.900 MPa760.000 N400 mm2

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 6A U L A Ensaio de compresso em produtos acabados

    Ensaios de achatamento em tubos - Consiste em colocar uma amostra deum segmento de tubo deitada entre as placas da mquina de compressoe aplicar carga at achatar a amostra.

    A distncia final entre as placas, que varia conforme a dimenso do tubo,deve ser registrada. O resultado avaliado pelo aparecimento ou no de fissuras,ou seja, rachaduras, sem levar em conta a carga aplicada.

    Este ensaio permite avaliar qualitativamente a ductilidade do material,do tubo e do cordo de solda do mesmo, pois quanto mais o tubo se deformarsem trincas, mais dctil ser o material.

    Ensaios em molas - Para determinar a constante elstica de uma mola,ou para verificar sua resistncia, faz-se o ensaio de compresso.

    Para determinar a constante da mola, constri-se um grfico tenso-defor-mao, obtendo-se um coeficiente angular que a constante da mola, ou seja,o mdulo de elasticidade.

    Por outro lado, para verificar a resistncia da mola, aplicam-se cargaspredeterminadas e mede-se a altura da mola aps cada carga.

    Fim da aula! Hora de rever a matria e se preparar para resolver os exercciosapresentados a seguir. Pelos resultados, voc ter uma medida do seu progresso.

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 6A U L AMarque com um X a resposta correta:

    Exerccio 1Garantir o paralelismo entre as placas da mquina de ensaio e limitar ocomprimento dos corpos de prova, nos ensaios de compresso, so cuidadosnecessrios para evitar ................................................... .a) ( ) a flambagem;b) ( ) o atrito;c) ( ) a ruptura;d) ( ) o achatamento.

    Exerccio 2Na compresso de metais dcteis no possvel determinar:a) ( ) o limite elstico;b) ( ) o limite de escoamento;c) ( ) a deformao;d) ( ) o limite de ruptura.

    Exerccio 3Nos ensaios de compresso de materiais frgeis, a propriedade mecnicaavaliada :a) ( ) limite de proporcionalidade;b) ( ) limite de elasticidade;c) ( ) limite de resistncia;d) ( ) limite de escoamento.

    Exerccio 4Ensaios de compresso costumam ser realizados em produtos acabados,tais como:a) ( ) barras e chapas;b) ( ) tubos e molas;c) ( ) molas e mancais;d) ( ) tubos e discos.

    Exerccio 5Sabendo que um ferro fundido apresenta 200 MPa de resistncia trao,qual o valor aproximado da resistncia compresso deste material?

    Exerccios

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 7A U L A

    7A U L A

    Introduo Pode ser que voc no tenha se dado conta,mas j praticou o cisalhamento muitas vezes em sua vida. Afinal, ao cortar umtecido, ao fatiar um pedao de queijo ou cortar aparas do papel com umaguilhotina, estamos fazendo o cisalhamento.

    No caso de metais, podemos praticar o cisalhamento com tesouras, prensasde corte, dispositivos especiais ou simplesmente aplicando esforos que resul-tem em foras cortantes. Ao ocorrer o corte, as partes se movimentam paralela-mente, por escorregamento, uma sobre a outra, separando-se. A esse fenmenodamos o nome de cisalhamento.

    Todo material apresenta certa resistncia ao cisalhamento. Saber at ondevai esta resistncia muito importante, principalmente na estamparia, queenvolve corte de chapas, ou nas unies de chapas por solda, por rebites ou porparafusos, onde a fora cortante o principal esforo que as unies vo terde suportar.

    Nesta aula voc ficar conhecendo dois modos de calcular a tensode cisalhamento: realizando o ensaio de cisalhamento e utilizando o valorde resistncia trao do material. E ficar sabendo como so feitos os ensaiosde cisalhamento de alguns componentes mais sujeitos aos esforos cortantes.

    A fora que produz o cisalhamento

    Ao estudar os ensaios de trao ede compresso, voc ficou sabendo que,nos dois casos, a fora aplicada sobreos corpos de prova atua ao longo doeixo longitudinal do corpo.

    Ensaio de cisalhamento

    Nossa aula

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 7A U L A

    No caso do cisalhamento, a fora aplicada ao corpona direo perpendicular ao seu eixo longitudinal.

    Esta fora cortante, aplicada no plano da seo transversal (plano de tenso),provoca o cisalhamento.

    Como resposta ao esforo cortante, o material desenvolve em cada um dospontos de sua seo transversal uma reao chamada resistncia ao cisalhamento.

    A resistncia de um material ao cisalhamento, dentro de uma determinadasituao de uso, pode ser determinada por meio do ensaio de cisalhamento.

    Como feito o ensaio de cisalhamento

    A forma do produto final afeta sua resistncia ao cisalhamento. por essarazo que o ensaio de cisalhamento mais freqentemente feito em produtosacabados, tais como pinos, rebites, parafusos, cordes de solda, barras e chapas.

    tambm por isso que no existem normas para especificao dos corpos deprova. Quando o caso, cada empresa desenvolve seus prprios modelos, emfuno das necessidades.

    Do mesmo modo que nos ensaios de trao e de compresso, a velocidadede aplicao da carga deve ser lenta, para no afetar os resultados do ensaio.

    Normalmente o ensaio realizado na mquina universal de ensaios, qualse adaptam alguns dispositivos, dependendo do tipo de produto a ser ensaiado.

    Para ensaios de pinos, rebites e parafusos utiliza-se um dispositivo comoo que est representado simplificadamente na figura a seguir.

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 7A U L A O dispositivo fixado na mquina de ensaio e os rebites, parafusos ou pinos

    so inseridos entre as duas partes mveis.

    Ao se aplicar uma tenso de trao ou compresso no dispositivo, transmite-se uma fora cortante seo transversal do produto ensaiado. No decorrer doensaio, esta fora ser elevada at que ocorra a ruptura do corpo.

    No caso de ensaio de solda, utilizam-se corpos de prova semelhantes aosempregados em ensaios de pinos. S que, em vez dos pinos, utilizam-se junessoldadas.

    Para ensaiar barras, presas ao longo de seu comprimento, com uma extremi-dade livre, utiliza-se o dispositivo abaixo:

    No caso de ensaio de chapas, emprega-se um estampo para corte, como o que mostrado a seguir.

    Neste ensaio normalmente determina-se somente a tenso de cisalhamento,isto , o valor da fora que provoca a ruptura da seo transversal do corpoensaiado. Quer saber mais sobre a tenso de cisalhamento? Ento, estudeo prximo tpico.

    Tenso de cisalhamento

    A tenso de cisalhamento ser aqui identificada por TC. Para calculara tenso de cisalhamento, usamos a frmula:

    onde F representa a fora cortante e S representa a rea do corpo.

    Esta frmula permite resolver o problema a seguir. Vamos tentar?

    FS

    TC =

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 7A U L AVerificando o entendimento

    Observe o desenho a seguir. Ele mostra um rebite de 20 mm de dimetroque ser usado para unir duas chapas de ao, devendo suportar um esforocortante de 29400 N. Qual a tenso de cisalhamento sobre a seo transversaldo rebite?

    Resposta: ..............................................

    Vamos conferir?

    O primeiro passo consiste em calcular a rea da seo transversal do rebite,que dada pela frmula:

    Ento, a rea da seo do rebite :

    Agora, basta aplicar a frmula para o clculo da tenso de cisalhamento:

    Deste modo:

    A realizao de sucessivos ensaios mostrou que existe uma relao constanteentre a tenso de cisalhamento e a tenso de trao. Na prtica, considera-sea tenso de cisalhamento (TC) equivalente a 75% da tenso de trao (T).

    Em linguagem matemtica isto o mesmo que: TC = 0,75 T.

    por isso que, em muitos casos, em vez de realizar o ensaio de cisalhamento,que exige os dispositivos j vistos, utilizam-se os dados do ensaio de trao,mais facilmente disponveis.

    S = p D2

    4

    3,14 202

    41.256 mm2

    4S = = = 314 mm2

    FS

    TC =

    TC = = 93,63 MPa29400 N314 mm2

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 7A U L A Uma aplicao prtica

    O conhecimento da relao entre a tenso de cisalhamento e a tensode trao permite resolver inmeros problemas prticos, como o clculo donmero de rebites necessrios para unir duas chapas, sem necessidade derecorrer ao ensaio de cisalhamento.

    Como fazer isso? Preste ateno.

    Imagine que precisemos unir duas chapas, como mostra a ilustrao a seguir.

    Sabemos que a tenso de cisalhamento que cada rebite suporta igual a:

    Ainda no sabemos qual o nmero de rebites necessrios, por isso vamoscham-lo de n. A tenso de cisalhamento ser ento distribuda pela rea de cadarebite, multiplicada pelo nmero de rebites (S n).

    Conseqentemente, a frmula para clculo da tenso de cisalhamento sobreas chapas ser expressa por:

    Isolando o n, que o fator que nos interessa descobrir, chegamos frmulapara o clculo do nmero de rebites:

    No exemplo que estamos analisando, sabemos que:

    as chapas suportaro uma fora cortante (F) de 20.000 N

    o dimetro (D) de cada rebite de 4 mm

    a tenso de trao (T) suportada por cada rebite 650 MPa

    Portanto, j temos todos os dados necessrios para o clculo do nmero derebites que devero unir as chapas. Basta organizar as informaes disponveis.

    No temos o valor da tenso de cisalhamento dos rebites, mas sabemos que elaequivale a 75% da tenso de trao, que conhecida. Ento, podemos calcular:

    TC = 0,75 T TC = 0,75 650 TC = 487,5 MPa

    FS

    TC =

    TC = FS n

    n = FTC S

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 7A U L AConhecendo o dimetro de cada rebite, podemos calcular a rea da sua seo

    transversal:

    Agora, basta transportar os valores conhecidos para a frmula:

    Como igual a MPa, podemos cancelar estas unidades.

    Ento, o nmero de rebites ser:

    n = 3,266 rebites

    Por uma questo de segurana, sempre aproximamos o resultado paramaior. Assim, podemos concluir que precisamos de 4 rebites para unir as duaschapas anteriores.

    Muito bem! hora de dar uma paradinha, rever o que foi estudado e fazermais alguns exerccios para reforar o aprendizado.

    Exerccio 1No cisalhamento, as partes a serem cortadas se movimentam paralelamentepor ......................... uma sobre a outra.

    Exerccio 2A fora que faz com que ocorra o cisalhamento chamada de fora.........................

    Exerccio 3Os dispositivos utilizados no ensaio de cisalhamento, normalmente soadaptados na mquina .........................

    Exerccio 4Um rebite usado para unir duas chapas de ao. O dimetro do rebite de 6 mm e o esforo cortante de 10.000 N. Qual a tenso de cisalhamentono rebite?

    Exerccio 5Duas chapas de ao devero ser unidas por meio de rebites. Sabendo queessas chapas devero resistir a uma fora cortante de 30.000 N e queo nmero mximo de rebites que podemos colocar na juno 3, qualdever ser o dimetro de cada rebite? (A tenso de trao do material dorebite de 650 MPa).

    Exerccios

    S = S = S = S = 12,56 mm2p D2

    43,14 42

    450,24 mm2

    4

    n = n = n =FTC S

    20.000 N487,5 MPa 12,56 mm2

    20.000 N6.123 MPa mm2

    Nmm2

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 8A U L A

    8A U L A

    Introduo Imagine-se sentado beira de uma piscina,numa bela tarde ensolarada, completamente relaxado, apenas observandoo movimento. De repente, voc v algum dando um salto do trampolim.

    Se voc prestar ateno, vai observar que a prancha se deforma sob o pesodo atleta e depois volta sua forma original. Sem dvida, um dos fatores quecontribuem para a beleza do salto a capacidade da prancha do trampolim desuportar o esforo aplicado.

    Agora, pense no que aconteceria se a prancha do trampolim se dobrasse emvez de voltar sua forma original. Seria catastrfico!

    Neste caso e em muitos outros, importante conhecer o comportamento dosmateriais frente a esse tipo de esforo.

    Por exemplo, j lhe aconteceu de estar parado sobre uma ponte, numcongestionamento, sentindo o cho tremer sob as rodas do seu carro enquantoos veculos ao seu lado se movem? Sorte sua o fato de a ponte balanar. Issosignifica que a estrutura estava suportando o esforo produzido pelo peso dosveculos.

    So situaes como essas que mostram a importncia de saber como oscorpos reagem aos esforos de flexo e dobramento, assuntos que sero tratadosnesta aula. Alm disso, voc ficar conhecendo os procedimentos para a realiza-o dos ensaios de dobramento e flexo e saber identificar as propriedadesavaliadas em cada caso.

    Da flexo ao dobramento

    Observe as duas figuras a seguir: a da esquerda mostra um corpo apoiado emsuas duas extremidades e a da direita mostra um corpo preso de um lado, coma extremidade oposta livre. Os dois corpos esto sofrendo a ao de uma foraF, que age na direo perpendicular aos eixos dos corpos.

    Dobramento e flexo

    Nossa aula

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 8A U L AA fora F leva uma regio dos corpos a se contrair, devido compresso,

    enquanto que outra regio se alonga, devido trao. Entre a regio que secontrai e a que se alonga fica uma linha que mantm sua dimenso inalterada -a chamada linha neutra. Em materiais homogneos, costuma-se considerar quea linha neutra fica a igual distncia das superfcies externas inferior e superiordo corpo ensaiado.

    Quando esta fora provoca somente uma deformao elstica no material,dizemos que se trata de um esforo de flexo. Quando produz uma deformaoplstica, temos um esforo de dobramento.

    Isso quer dizer que, no fundo, flexo e dobramento so etapas diferentesda aplicao de um mesmo esforo, sendo a flexo associada fase elsticae o dobramento fase plstica.

    Em algumas aplicaes industriais, envolvendo materiais de alta resistn-cia, muito importante conhecer o comportamento do material quando subme-tido a esforos de flexo. Nesses casos, o ensaio interrompido no final da faseelstica e so avaliadas as propriedades mecnicas dessa fase.

    Quando se trata de materiais dcteis, mais importante conhecer comoo material suporta o dobramento. Nesses casos, feito diretamente o ensaio dedobramento, que fornece apenas dados qualitativos.

    O ensaio de flexo e o ensaio de dobramento utilizam praticamente a mesmamontagem, adaptada mquina universal de ensaios:

    dois roletes, com dimetros determinados em funo do corpo de prova, quefuncionam como apoios, afastados entre si a uma distncia preestabelecida;

    um cutelo semicilndrico, ajustado parte superior da mquina de ensaios.

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 8A U L A Esses ensaios podem ser feitos em corpos de prova ou em produtos, prepa-

    rados de acordo com normas tcnicas especficas.

    Embora possam ser feitos no mesmo equipamento, na prtica esses doisensaios no costumam ser feitos juntos. por isso que, nesta aula, abordaremoscada um deles separadamente. Que tal comear pelo ensaio de dobramento, que menos complicado?

    O ensaio de dobramento

    Experimente dobrar duas barras de um metal: por exemplo, uma de alu-mnio recozido e outra de alumnio encruado.

    Voc vai observar que a de alumnio recozido dobra-se totalmente, at umaponta encostar na outra. A de alumnio encruado, ao ser dobrada, apresentartrincas e provavelmente quebrar antes de se atingir o dobramento total.

    O ensaio de dobramento isso: ele nos fornece somente uma indicaoqualitativa da ductilidade do material. Normalmente os valores numricosobtidos no tm qualquer importncia.

    Como feito o ensaio de dobramento

    O ensaio consiste em dobrar um corpo de prova de eixo retilneo e seocircular (macia ou tubular), retangular ou quadrada, assentado em dois apoiosafastados a uma distncia especificada, de acordo com o tamanho do corpode prova, por meio de um cutelo, que aplica um esforo perpendicular ao eixodo corpo de prova, at que seja atingido um ngulo desejado.

    O valor da carga, na maioria das vezes, no importa. O ngulo determinaa severidade do ensaio e geralmente de 90, 120 ou 180.

    Ao se atingir o ngulo especificado, examina-se a olho nu a zona tracionada,que no deve apresentar trincas, fissuras ou fendas. Caso contrrio, o materialno ter passado no ensaio.

    Processos de dobramento

    H dois processos de dobramento: o dobramento livre e o dobramentosemiguiado. Veja, a seguir, as caractersticas de cada um.

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 8A U L ADobramento livre - obtido pela aplicao de fora

    nas extremidades do corpo de prova, sem aplicao de forano ponto mximo de dobramento.

    Dobramento semiguiado - O dobramentovai ocorrer numa regio determinada pela posiodo cutelo.

    Ensaio de dobramento em barras para construo civil

    Barras de ao usadas na construo civil so exemplos de materiais que, almde apresentarem resistncia mecnica, devem suportar dobramentos severosdurante sua utilizao, e por isso so submetidos a ensaio de dobramento.Esta caracterstica to importante que normalizada e classificada emnormas tcnicas.

    Neste caso, o ensaio consiste em dobrar a barra at se atingir um ngulode 180 com um cutelo de dimenso especificada de acordo com o tipo de aoda barra - quanto maior a resistncia do ao, maior o cutelo. O dobramentonormalmente do tipo semiguiado.

    A aprovao da barra dada pela ausncia de fissuras ou fendas na zonatracionada do corpo de prova.

    Ensaio de dobramento em corpos de provas soldados

    O ensaio de dobramento em corpos de prova soldados, retirados de chapasou tubos soldados, realizado geralmente para a qualificao de profissionaisque fazem solda (soldadores) e para avaliao de processos de solda.

    Na avaliao da qualidade da solda costuma-semedir o alongamento da face da solda. O resultado servepara determinar se a solda apropriada ou no parauma determinada aplicao.

    Agora que voc j aprendeu algumas noes sobre o ensaio de dobramento,que tal conhecer algumas caractersticas do ensaio de flexo? Este o assunto queser tratado a seguir.

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 8A U L A O ensaio de flexo

    O ensaio de flexo realizado em materiais frgeis e em materiais resisten-tes, como o ferro fundido, alguns aos, estruturas de concreto e outros materiaisque em seu uso so submetidos a situaes onde o principal esforo o de flexo.

    Como j foi dito, a montagem do corpo de prova para o ensaio de flexo semelhante do ensaio de dobramento.

    A novidade que se coloca um extensmetro no centro e embaixo do corpode prova para fornecer a medida da deformao que chamamos de flexa,correspondente posio de flexo mxima.

    Nos materiais frgeis, as flexas medidas so muito pequenas. Conseqente-mente, para determinar a tenso de flexo, utilizamos a carga que provocaa fratura do corpo de prova.

    Propriedades mecnicas avaliadas

    O ensaio de flexo fornece dados que permitem avaliar diversas proprie-dades mecnicas dos materiais.

    Uma dessas propriedades a tenso de flexo.

    Mas, para entender como calculada a tenso de flexo, necessrio sabero que vem a ser momento fletor. Isso no ser difcil se voc acompanharo exemplo a seguir.

    Imagine uma barra apoiada em dois pontos. Se aplicarmos um esforoprximo a um dos apoios, a flexo da barra ser pequena. Mas, se aplicarmoso mesmo esforo no ponto central da barra, a flexo ser mxima.

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 8A U L ALogo, verificamos que a flexo da barra no depende s da fora, mas

    tambm da distncia entre o ponto onde a fora aplicada e o ponto de apoio.

    O produto da fora pela distncia do ponto de aplicao da fora ao pontode apoio origina o que chamamos de momento, que no caso da flexo o momento fletor (Mf).

    Nos ensaios de flexo, a fora sempre aplicada na regio mdia do corpode prova e se distribui uniformemente pelo corpo. Na frmula para calcularo momento fletor, considera-se a metade do valor da fora

    e a metade do comprimento til do corpo de prova

    A frmula matemtica para calcular o momento fletor :

    Outro elemento que voc precisa conhecer o momento de inrcia da seotransversal. Um exemplo o ajudar a entender do que estamos falando.

    A forma do material influencia muito sua resistncia flexo. Voc podecomprovar isso fazendo a seguinte experincia:

    arranje uma rgua de plstico ou de madeira, coloque-a deitada sobre doispontos de apoio e aplique uma fora sobre a rgua, como mostra a figuraa seguir.

    F2

    L2

    L2

    Mf = Mf =F2

    FL4

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 8A U L A coloque a mesma rgua sobre os dois apoios, s que em p, como mostra

    a figura seguinte, e aplique uma fora equivalente aplicada antes.

    E ento? O que aconteceu? No primeiro caso, ocorreu uma grande flexo.No segundo, a flexo foi quase nula. Isso tudo s porque voc mudou a formada superfcie sobre a qual estava aplicando a fora. Para cada formato existirum momento de inrcia diferente.

    O momento de inrcia (J) calculado por frmulas matemticas:

    momento de inrcia para corpos de seo circular:

    momento de inrcia para corpos de seo retangular:

    Falta ainda um elemento para entender a frmula de clculo da tensode flexo: o mdulo de resistncia da seo transversal, representado conven-cionalmente pela letra W. Trata-se de uma medida de resistncia em relao a ummomento. Este mdulo significa para a flexo o mesmo que a rea da seotransversal significa para a trao.

    O valor deste mdulo conhecido dividindo-se o valor do momentode inrcia (J) pela distncia da linha neutra superfcie do corpo de prova (c).

    Em linguagem matemtica:

    Nos corpos de prova de seo circular, de materiais homogneos, a distnciac equivale metade do dimetro. Em corpos de seo retangular ou quadrada,considera-se a metade do valor da altura.

    Agora sim, j podemos apresentar a frmula para o clculo da tensode flexo (TF):

    TF = MfW

    J = p D4

    64

    J = b h3

    12

    W = Jc

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 8A U L AUma vez realizado o ensaio, para calcular a tenso de flexo basta substituir

    as variveis da frmula pelos valores conhecidos. A combinao das frmulasanteriores, demonstrada a seguir, permite trabalhar diretamente com essesvalores.

    O valor da carga obtido no ensaio varia conforme o material seja dctil oufrgil. No caso de materiais dcteis, considera-se a fora obtida no limite deelasticidade. Quando se trata de materiais frgeis, considera-se a fora registradano limite de ruptura.

    Outras propriedades que podem ser avaliadas no ensaio de flexo soa flexa mxima e o mdulo de elasticidade.

    Pode-se medir a flexa mxima diretamente pelo extensmetro, ou calcul-lapor meio de frmula.

    A frmula para o clculo da flexa mxima (f) :

    A frmula para o clculo do mdulo de elasticidade (E) :

    Acompanhe um exemplo prtico de aplicao das frmulas anteriores,participando da resoluo do prximo problema:

    Efetuado um ensaio de flexo num corpo de prova de seo circular, com50 mm de dimetro e 685 mm de comprimento, registrou-se uma flexa de1,66 mm e a carga aplicada ao ser atingido o limite elstico era de 1.600 N.

    Conhecendo estes dados, vamos calcular:

    1 - tenso de flexo2 - mdulo de elasticidade

    Vamos determinar primeiro a tenso de flexo. Para isso devemos recorrer frmula:

    TF = , Mf = e W = TF = TF = TF =MfW

    FL4

    Jc

    FL4Jc

    FL4

    cJ

    FLc4J

    f = 148

    FL3

    E J

    E = 148

    FL3

    f J

    TF = FLc4J

    Edited with the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

    To remove this notice, visit:www.foxitsoftware.com/shopping

  • 8A U L A Conhecemos o valor de F (1.600 N), o valor de L (685 mm) e o valor de c

    (25 mm). Mas s poderemos aplicar esta frmula depois de descobrir o valor deJ, que pode ser obtido pela frmula de clculo do momento de inrcia para corposde seo circular:

    Agora sim, podemos calcular a tenso de flexo pela frmula anterior.Para isso, basta substituir as variveis da frmula pelos valores conhecidos efazer os clculos. Tente resolver e depois confira suas contas, para ver se chegouao mesmo resultado apresentado a seguir.

    A prxima tarefa calcular o mdulo de elasticidade. Uma vez que todosos valores so conhecidos, podemos partir diretamente para a aplicao dafrmula. Tente fazer isso sozinho, na sua calculadora, e depois confira com aresoluo apresentada a seguir.

    No se preocupe em decorar as frmulas. Consulte-as sempre que neces-srio. O importante que voc consiga identificar, em cada caso, a frmulamais adequada para resolver o problema apresentado. Para isso, necessri