DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA E ENGENHARIASUNIVERSIDADE DA MADEIRA

Ensaio de Tracção(Relatório da visita ao LREC)

Grupo de Trabalho:André Jardim nº2050306

João Vítor Faria nº2032506Marco Camacho nº2023605

Rúben Lopes nº2060705

INTRODUÇÃO

No dia 4 de Abril de 2008, no âmbito da cadeira Mecânica dos Materiais I, foi realizada uma visita ao Laboratório Regional de Engenharia Civil (LREC). Nesta visita foi-nos possível assistir a um ensaio de tracção com um provete

de diâmetro φ = 20mm, o qual iremos analisar neste relatório.Para o estudo da resistência de um material é fundamental a realização de ensaios mecânicos e/ou tecnológicos. Estes ensaios consistem na observação do comportamento físico de um material quando submetido a acções de agentes exteriores, tais como a tracção, a compressão, a torção, a flexão ou o corte. Geralmente, são ensaios destrutivos pois provocam a inutilização do material ensaiado de modo a testar o seu limite.A escolha da metodologia de ensaio é feita em função da propriedade mecânica que se deseja conhecer, do tipo de solicitação a que a peça vai estar sujeita e/ou das especificações a que o produto fabricado deve obedecer.Os ensaios mecânicos e tecnológicos são fundamentais no controlo da qualidade de produção e na comparação de características dos materiais.Existe um vasto leque de ensaios, proporcionando uma forma de obter propriedades mecânicas importantes e geralmente necessárias para a realização de projectos. Uma excelente forma de testar um material de modo a obter resultados mais significativos seria a realização de ensaios na peça idêntica à que está, por exemplo, descrita num projecto. Mas como raramente é possível ensaiar na própria peça, são disponibilizadas amostras, denominadas de provetes ou corpos de provas. Consideram-se deformáveis por serem submetidas a carregamentos diversos e sofrerem deformações.A execução do procedimento está normalizada de modo a reproduzir com fidelidade as principais características do material em estudo.As normas de ensaio especificam o método correcto e torna os resultados obtidos, para um mesmo material, reprodutíveis onde quer que o ensaio seja realizado. As normas existentes são rigorosas e elaboradas por associações técnicas responsáveis pelos serviços de normalização.

ENSAIO DE TRACÇÃO

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O ensaio de tracção é bastante utilizado em investigações e em processos industriais, como meio de quantificação de propriedades mecânicas para selecção de materiais e como meio de controlo de qualidade. Como é considerado um ensaio de boa reprodutibilidade de resultados e sendo facilmente executável, torna-se numa das técnicas de ensaio mais universais.

Máquina de ensaio

As máquinas de ensaio de tracção podem ser electro-mecânicas ou hidráulicas. São prensas com um sistema de duas maxilas, sendo uma delas, móvel e outra fixa, às quais se prendem os provetes para a realização do respectivo ensaio. A força de tracção é medida por uma célula de carga em série com o provete e as deformações/extensões são medidas através de extensómetros directamente montados.

No ensaio observado no LREC, o ensaio de tracção foi realizado numa máquina hidráulica.

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Propriedades dos metais

Nos projectos de estruturas metálicas e na sua execução é fundamental analisar as propriedades dos metais escolhidos. As máquinas de ensaio de tracção têm bastante influência na obtenção das propriedades mecânicas dos materiais. Por isso, é necessário conhecer detalhadamente as características de rigidez do sistema que aplica a tensão. A partir dos ensaios de tracção, podemos chegar a conclusões e definir as propriedades dos metais:

Material frágil: aquele que apresenta deformações mínimas antes de romper-se. É um material que não denuncia previamente a sua ruptura (exemplo: Ferro fundido).

Material dúctil: aquele que apresenta grandes deformações antes de romper-se, constituindo um aviso prévio anterior à sua ruptura (exemplo: Aço);

Elasticidade: quando um alongamento é reversível até à sua forma original;

Plasticidade: quando um alongamento é irreversível, deformando o material;

Resiliência: é a capacidade que um corpo tem de armazenar energia mecânica durante o regime elástico;

Tenacidade: é a energia total que o corpo absorve até se dar a ruptura;

Fadiga: quando um material rompe após esforços repetidos e cíclicos. A ruptura por fadiga é sempre considerada uma ruptura frágil, mesmo que o material seja dúctil;

Dureza: É a resistência que um material apresenta após ter sido penetrado por outro material de maior dureza ou após a abrasão;

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Ruptura

Os modos de ruptura estão condicionados pela capacidade que um material tem de armazenar energia de deformação plástica até ao fim do ensaio. Há dois modos de ruptura, a dúctil e a frágil.As rupturas dúcteis iniciam-se, geralmente, no centro do provete mas quando o aço é de extrema ductilidade, a ruptura pode ocorrer por corte ao longo dos planos de deslizamento fazendo com que as duas partes do provete sejam separadas por uma região muito pequena. Estes planos de deslizamento, a que correspondem às tensões tangenciais máximas, acontecem, muitas vezes, a 45º em relação ao eixo do provete, pois o aço, após ao regime elástico, sofre deformação plástica onde não há variação de volume. As rupturas frágeis ocorrem por um processo dito de “corte aparente”.Os modos de ruptura são muito relativos pois a maior parte das fracturas são consideradas intermédias, condicionadas pela temperatura e velocidade do ensaio, etc. Por vezes, isso leva a que um material dúctil apresente uma ruptura frágil.Temos alguns exemplos, na Fig. 5, de fracturas que ocorrem em materiais metálicos.

a) ruptura dúctil;b) ruptura completamente dúctil;c) ruptura por corte dúctil;d) ruptura frágil.

Ruptura observada no LREC:

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Módulo de Elasticidade

y = 1956,2x + 38,581

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

400,00

450,00

500,00

-0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25

deformação

Tens

ão (M

Pa)

Resultados

Dados:

Devido a serem muito extensos não é possível mostrá-los, mas podem ser consultados em umalec.wordpress.com, assim como os cálculos efectuados.

Metodologia para obtenção dos resultados:

Os valores obtidos são relativos ao provete com diâmetro φ = 20mm.

Módulo de elasticidade ou módulo de Young:

Este baseia-se na Lei de Hooke, que representa a fase de comportamento elástico linear do ferro:

Em que é a tensão, é a deformação e E o declive da recta, representando uma constante característica de cada material. O gráfico relativo à fase elástica do diagrama - obtido, a partir do qual calculou-se a constante E, foi o seguinte:

Assim, através da equação da recta obtivemos o declive, ou seja, o valor de E, que neste caso foi de 1,96 GPa.

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Resiliência A resiliência é calculada através da área do gráfico Tensão/deformação correspondente ao regime elástico, como mostra a seguinte figura:

O valor obtido foi de 40,41 MPa

Tenacidade:

A tenacidade pode ser calculada de duas maneiras, uma é pela área do gráfico total Tensão/Deformação (fig.A). Outra maneira é pela seguinte equação:

Onde, T , R, , , são tenacidade, resiliência, deformação máxima e tensão máxima, deformação máxima, deformação máxima no regime elástico, respectivamente. Através desta equação obtivemos o valor de 1,45 GPa

Tensão / Deformação(%)

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

-0,0

0120

0,07

975

0,18

448

0,87

520

2,48

314

4,52

359

6,56

500

8,60

545

10,6

4638

12,6

8730

14,7

2823

16,7

6869

18,8

0961

20,8

5054

22,8

9147

24,9

3240

26,9

7333

29,0

1378

deformação(%)

Tens

ão

fig.A

Valor de tenacidade calculado pela área do gráfico foi de 1,35GPa.

Tabela de resultados:

Módulo de Tenacidade (MPa) 13505,6239

Módulo de Elasticidade (MPa) 1956,2000

Tensão Máxima (Mpa) 190,0970Tensão de Ruptura à

tracção(Mpa) 605,0975

Módulo de Resiliência (MPa) 40,4079

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Conclusão

Este trabalho teve como principal objectivo determinar as características principais do aço, através de um ensaio de tracção. Com o propósito de estudar os comportamentos e as respostas dos materiais aos esforços aplicados, os ensaios de tracção de um provete de aço (tensão – deformação) embora destrutivos, são indispensáveis na construção civil.

As principais propriedades dos materiais dúcteis como o aço e outros metais, podem ser observadas através da análise de um ensaio de tracção ou alongamento. Após a observação do gráfico I, o módulo de Young obtido foi de 1956,2000 MPa (resultado muito aproximado ao esperado). Os valores obtidos para a resiliência (40,41 MPa) e para a tenacidade (13505,6239 MPa), confirmam que o material usado no ensaio é dúctil, pois o valor da tenacidade nos materiais dúcteis é muito superior ao da resiliência.

Assim sabemos que este material rompe por corte com grandes deformações, e neste caso o valor da tensão de ruptura foi de 605,0975 MPa.

Verificou-se que após a ruptura, houve um aumento da extensão do varão de aço. Após uma análise, verifica-se que o aço em questão era um aço macio, porque possui um patamar de cedência notável e uma elevada extensão final que são características deste tipo de aço e a partir dos valores das tabelas fornecidas pelo LREC, podemos concluir que os varões com maior diâmetro têm uma tensão de ruptura e tensão final superior aos varões com diâmetro inferior.

Os valores obtidos no ensaio foram admissíveis, a finalidade do ensaio foi cumprida e ficou-se assim a conhecer melhor as características e comportamentos deste material.

Conclui-se por fim, que este tipo de material é mais seguro para a construção, por fornecer o “aviso” característico da fase de cedência, evitando eventuais acidentes construtivos.

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Bibliografia consultada

Ferdinand P. Beer, E. Russell Johnston Jr, John T. DeWolf, “Mecânica dos Materiais”, 3ª edição. Editora McGraw-Hill.

Resumos teóricos da cadeira de Mecânica dos Materiais I, leccionada pelo Professor Artur Portela.

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