Relatorio de materiais de construcao ii traca e dobragem doo aco

FACULDADE DE ENGENHARIA

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Curso de Licenciatura em Engenharia Civil

Disciplina de Materiais de Construção 2

ENSAIO MECÂNICO DO AÇO

(Ensaios de Tração e Dobragem do Aço)

CIDADE DE MAPUTO, MARÇO DE 2016

Autores:

Juma, Juma Mussagy

Meque, Ericson Mantrujar

Supete, Supete Ali

Vawa, Braiton Carlos

Corpo Docente:

Prof. Dr. Eng o. Daniel Fumo

Raj Apopaptilal

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ENSAIO MECÂNICO DO AÇO: ENSAIO DE TRAÇÃO E ENSAIO DE DOBRAGEM

Materiais de construção 2. Grupo-VIII UEM-Faculdade de Engenharia-DECi,2016

Índice

1. INTRODUÇÃO .............................................................................................................. - 6 -

2. OBJECTIVOS ................................................................................................................ - 7 -

2.1. Geral ........................................................................................................................ - 7 -

2.2. Específicos ............................................................................................................... - 7 -

3. EQUIPAMENTO ............................................................................................................ - 7 -

4. METODOLOGIA DE ENSAIO ...................................................................................... - 7 -

4.1. Método de ensaio de tração do aço (à temperatura ambiente): ...................................... - 7 -

4.2. Interpretação de resultados .......................................................................................... - 8 -

5. DEFORMAÇÕES ........................................................................................................... - 9 -

5.1. Deformações dúctil .................................................................................................. - 9 -

5.2. Deformação frágil .................................................................................................. - 10 -

6. IMPORTÂNCIA DO ENSAIO. .................................................................................... - 10 -

7. RESULTADOS DO ENSAIO DE TRAÇÃO DO AÇO ................................................ - 12 -

7.1. Designação do aço ensaiado ................................................................................... - 12 -

8. ENSAIO DE DOBRAGEM DO AÇO ........................................................................... - 13 -

8.1. Características do aço ensaiado .............................................................................. - 13 -

8.2. Metodologia de ensaio ........................................................................................... - 13 -

8.3. Resultados do ensaio de dobragem ......................................................................... - 14 -

9. CONCLUSÃO .............................................................................................................. - 15 -

10. BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................... - 16 -

11. ANEXO .................................................................................................................... - 17 -

11.1. Anexo 1: diagrama real de tensão versus extensão do aço ensaiado..................... - 17 -

11.2. Anexo 2: diagrama hipotético de tensão versus extensão do aço A235NR........... - 17 -

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Siglas & Abreviaturas

REBAP- regulamento de estruturas de betão armado e pré-esforçado;

fsyk- tensão de cedência característica;

fspk- tensão limite de proporcionalidade característica;

fsuk- tensão limite de Resistência característica,

E- módulo de elasticidade do aço;

Ao-secção transversal resistente;

LEM- Laboratório de Engenharia de Moçambique;

Lista de tabelas e gráficos Pag.

Tabela 1: características do aço a ser ensaiado 11

Tabela 2: Tipos correntes de armaduras ordinárias 11

Tabela 3: características mecânicas do aço ensaiado (resultados) 11

Tabela 4: diâmetro de mandril utilizado no ensaio de dobragem 12

Gráfico 1: diagramas hipotético e real de tensão versus extensão 09

Lista de figuras Pag.

Figura 1: corpo de prova (provete) 08

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1. Introdução

O ensaio de tração consiste na aplicação de uma carga de tração uniaxial em um corpo de

prova, geralmente padronizado, onde se pode afirmar que as deformações são uniformemente

distribuídas ao longo de todo um corpo de prova específico até a ruptura. (Souza, 1982)

A uniformidade da deformação permite ainda obter medições precisas da variação dessa

deformação em função da força aplicada. Essa variação é de extrema importância para o

engenheiro, que por meio de pontos ou de uma reta dada pela máquina determina a curva tensão

versus deformação do material. Porém ao se alcançar o ponto de tensão máxima suportada pelo

material, a uniformidade na deformação termina devido ao aparecimento do fenômeno de

estricção, ou diminuição da seção do corpo de prova, para metais co m certa ductilidade. A ruptura

se dá na faixa estreita do material, menos que defeitos internos promovam a ruptura em algum

ponto fora dessa região, o que é de rara ocorrência.

O ensaio de tração é de usual utilização em engenharia a fim de obterem-

se informações básicas sobre as propriedades dos materiais. Neste ensaio

um corpo de prova, que pode possuir diferentes geometrias, é submetido à

aplicação de uma carga uniaxial crescente, onde são obtidas informações

simultaneamente sobre seu comportamento durante o tempo de ensaio, no

qual o produto desse ensaio é uma curva tensão versus deformação. (Nery,

2012).

Para o caso em análise, ensaiou-se um aço Macio de superfície rugosa com 12mm de diâmetro.

Os ensaios realizados consistiram em ensaio de tração e ensaio de dobragem e desdobrarem do

aço. Para este aço serão determinadas todas características de importância na engenharia.

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2. Objectivos

2.1.Geral

Ensaiar o aço mecanicamente;

2.2.Específicos

Determinar as tensões de cedência, de rotura, limite de proporcionalidade;

Determinar a extensão após rotura;

Designar e classificar o aço ensaiado segundo REBAP;

Determinar o módulo de elasticidade do aço a partir do diagrama de tensão versos extensão;

Determinar a capacidade dos materiais para suportar a deformação plástica imposta por

dobragem.

3. Equipamento

a) Prensa universal

b) Riscador

c) Régua

d) Mandril

4. Metodologia de ensaio

O procedimento de cada ensaio está geralmente normalizado. A norma do ensaio especifica o

método correto que torna os resultados obtidos, para o mesmo material, reprodutíveis, para onde

quer que se faça o ensaio. Para o aço ensaiado no LEM, usou-se a norma Portuguesa, NP.

4.1.Método de ensaio de tração do aço (à temperatura ambiente):

Após marcado o corpo de prova, fixou-se o provete na Prensa universal1 que aplica esforços

crescentes na sua direção axial. Os esforços ou cargas são medidas na própria máquina, e os

valores lidos são registados pelo técnico de laboratório, ate a amostra sofrer a ruptura.

1 Prensa universal refere-se a prensa onde se pode fazer distintos ensaios, exemplos: ensaio de tração do aço, ensaio de

compressão do betão, entre outros.

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Após o ensaio, mediu-se o comprimento final do corpo de prova, a fim de conhecer o alongamento

final do mesmo. Com esse tipo de ensaio, pode-se afirmar que as deformações promovidas no

material são uniformemente distribuídas em todo o seu corpo, pelo menos até ser atingida uma

carga máxima próxima do final do ensaio e, como é possível fazer com que a carga cresça

numa velocidade razoavelmente lenta durante todo o teste, o ensaio de tração permite medir

satisfatoriamente a resistência do material.

Para o início do ensaio, observou-se que a máquina universal de ensaios trabalha com uma escala

de 20 toneladas.

Na Fig.1 é representado o corpo de prova e suas fases durante o ensaio de tração e o corpo de

prova ensaiado com o surgimento do fenômeno estricção.

Fig.1: a). Corpo de prova e suas fases durante o ensaio de tração. b). Corpo de prova ensaiado com o surgimento do

fenômeno estricção.

Realizou-se no provete, uma marcação com distância de 10mm para a verificação do

alongamento.

4.2.Interpretação de resultados

Os ensaios mecânicos permitem a compreensão do comportamento dos materiais quando são

sujeitos a esforços. Existem dois tipos de ensaios mecânicos a saber:

a) Ensaios destrutivos: provocam a inutilização do aço ensaiado, ou seja, a amostra é

deformada até a ruptura; e

b) Ensaio Não destrutivo: o aço ensaiado ainda e utilizável.

O diagrama obtido no laboratório é real, apresenta uma extensão menor comparado ao diagrama

hipotético do mesmo aço.

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Gráfico 1:Diagrama real e diagrama hipotético do aço: características.

Do gráfico 1, pode-se concluir que a extensão real e relativamente menor a extensão nominal, no

entanto possuindo maior tensão real de ruptura. Isso acontece pois no diagrama real considera-se

a estricção e no diagrama hipotético considera-se a área constante.

5. Deformações

5.1.Deformações dúctil

Diz-se que o material sofre uma deformação dúctil quando submetido a um ensaio de tração,

apresenta a deformação plástica precedida de deformação elástica para atingir a ruptura. Esta

ocorre apenas apos extensa deformação plástica e se caracteriza pela propagação de trincas

resultantes da nucleação e crescimento de microcavidades. A observação delatada da superfície de

fractura causada por esse mecanismo revela presença de alvéolos que são remanescentes das

cavidades nucleadas.

Um material dúctil apresenta as seguintes características:

Uma região de deformação elástica (onde verifica-se a lei de Hooke);e

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Uma zona de deformação plástica que se subdivide em: escoamento, recuperação e

estricção2.

5.2.Deformação frágil

Diz-se que um material sofre uma deformação frágil, quando submetido ao ensaio de tração não

apresenta a deformação plástica, passa de deformação elástica para ruptura. Esta ocorre ela

propagação rápida de trincas, acompanhada de pouca ou nenhuma deformação. A fratura frágil em

geral é aproximadamente perpendicular a tensão de tração aplicada e produz uma superfície

relativamente plana e brilhante.

6. Importância do ensaio.

Na indústria permite controlar a qualidade de produção e na área de investigação permite comparar

e selecionar os materiais.

A tensão de engenharia é definida pela relação:

𝐹 = 𝑚 × 𝑔; equação (1)

Onde: F-força [N]; g-aceleração de gravidade (tomado igual a 9,81m*s-1)

𝐴0 =𝜋×𝐷2

4; [𝑚𝑚2]; equação (2)

σ =𝐹

𝐴0; [𝑀𝑃𝑎]; equação (3)

onde:

F = carga instantânea aplicada em uma direção perpendicular à área do corpo-de-prova.

𝐴0 = Área da seção circular original antes da aplicação de qualquer carga.

Onde: D-diâmetro da secção circular em mm

2 No ensaio de tração, à medida que aumenta-se a intensidade de carga normal aplicada, observa-se que a peça apresenta

alongamento na sua direção longitudinal e uma redução na secção transversal.

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Módulo de elasticidade do aço

𝐸[𝑀𝑃𝑎] =∆𝛿

∆= tg 𝛼 ;Equação (4)

𝜀[%] =∆𝐿

𝐿𝑜× 100; equação (5)

Tabela 1: Características do aço ensaiado

Diâmetro [mm] 𝐿03[cm] L [cm] Peso [g]

12 5 × ∅ = 60𝑚𝑚 600mm 440

𝐿0[cm] - Base de medida é o trecho a ser submetido ao ensaio de tração.

Tabela 2: Tipos correntes de armaduras ordinárias

Fonte: REBAP

3 𝐿0 - Base de medida é o trecho a ser submetido ao ensaio de tração.

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7. Resultados do ensaio de tração do aço

Após solicitado o provete com uma forca de tração uniaxial, continuamente crescente a ruptura,

observou-se os seguintes resultados, apresentados na tabela que abaixo se segue:

Da equação (1): força de cedência= 59KN; força de ruptura=76KN

Tabela 2: características mecânicas do aço ensaiado.

Tensão Cedência Ruptura Limite de proporcionalidade

520 𝑀𝑃𝑎 668𝑀𝑃𝑎 341MPa

Fonte: Autores.

Da equação (2): 𝐴𝑜 = 113,1𝑚𝑚2

𝑓𝑠𝑝𝑘4 = 341 𝑀𝑃𝑎

∝ 5 = 87,73°

Da equação (3)𝑓𝑠𝑦𝑘 = 520𝑀𝑃𝑎

𝑓𝑠𝑢𝑘 = 668𝑀𝑃𝑎

Da equação (4): 𝐸 = tg 𝛼 = tg 89,73° = 2,12 × 105𝑀𝑃𝑎

Da equação (5) obteve-se a extensão real do aço ensaiado,

𝜀 = 22%

7.1.Designação do aço ensaiado

Com base nos dados apresentados na tabela 3, sendo a tensão de cedência um valor muito alto, que

não consta na tabela 2, para sua classificação usou-se o parâmetro extensão, sendo

𝜀𝑟𝑒𝑎𝑙 = 22%

Com esse valor da extensão pôde-se classificar como sendo um aço laminado a quente com a

seguinte designação: A2535NR. A superfície deste aço era rugosa, isso foi visualmente verificado.

4 𝑓𝑠𝑝𝑘-Determinada a partir do diagrama real do aço, consta do anexo 1. 5∝ Determinado a partir do diagrama real do aço, costa do anexo 1.

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8. ENSAIO DE DOBRAGEM DO AÇO

Há dois tipos de ensaio de dobragem a saber:

a) Ensaio de dobragem simples, que tem finalidade de verificar a capacidade o metal em ser

dobrado até um determinado angulo sem romper. Nesse ensaio, o metal (no caso em estudo,

aço) e dobrado em torno de um pino cilíndrico de diâmetro dado até ficarem paralelas as

duas pontas, e o designado de dobragem de 180o. A amostra não devera fissurar nem

romper. Esse tipo de ensaio e qualitativo, isto é, ensaio de verificação.

b) Ensaio de dobragem alternada, não normalizado, a amostra, sujeita a um torno, e levada a

dobragens alternados num angulo de 90o para cada lado até haver a fissuração ou ruptura.

A máquina de ensaios deve aplicar esforços progressivamente, sem golpes e permitir

regular a velocidade de aplicação.

O diâmetro do mandril depende do diâmetro nominal do varão (aço). A tabela, relaciona o diâmetro

do mandril e o diâmetro do aço

Tabela 3: diâmetros dos mandris utilizados no ensaio de dobragem simples e Dobragem-

desdobragem

Dobragem simples Dobragem-desdobragem

Diâmetro nominal

[mm] 6; 8; 10 e 12 14; 16 20; 25 32 40

Diâmetro do mandril

[mm] 2 × ∅ (n) 6 × ∅(n) 8 × ∅(n) 10 × ∅(n) 12 × ∅(n)

Fonte: COUTINHO, Sousa

8.1.Características do aço ensaiado

O aço utilizado para o ensaio de dobragem tem características iguais ao aço da tabela 1.(usado para

o ensaio de tração).

8.2.Metodologia de ensaio

Após o ensaio de tração do aço, os dois pedaços do provete, são submetidos ao ensaio de dobragem.

O resultado do ensaio e considerado satisfatório se não se observar a olho nu fendas transversais

na parte convexa do provete ou ruptura parcial ou total do provete.

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8.3.Resultados do ensaio de dobragem

O aço ensaiado não apresentou fissuras ou ruptura parcial do provete. Sabe-se ainda que este tipo

de ensaio é qualitativo, então o aço ensaiado e de boa qualidade.

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9. Conclusão

O ensaio de tração realizado em corpos de prova permitiu de forma clara, identificar e conhecer

as propriedades mecânicas dos materiais dúcteis. O ensaio obteve sucesso e demonstrou de forma

objetiva e didática a ruptura de um material de prova comumente encontrado em diversas áreas

do setor mecânico. Não foram identificadas possíveis fontes de erros nos dados em virtude do

bom resultado obtido.

Além disso, o ensaio de tração permitiu conhecer o comportamento do material, através de um

corpo de prova, durante o ensaio prático, e também foi possível a aplicação de equações para

realizar o cálculo das propriedades mecânicas.

A partir da metodologia utilizada no ensaio de tração, conseguiu-se obter um melhor

entendimento no que diz respeito a ensaios de tração e análise do comportamento do material

por meios de gráficos. Com observações feitas no diagrama de tensão versus extensão pode-se

concluir que tratou-se de aço laminado a quente, A235NR, pois possui uma extensão de cerca de

22%.

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10. Bibliografia

1. BAUER, Falcão L. A; Materiais de construção; 5ª edição; volume 2; Livros técnicos e

científicos editora; rio de Janeiro, Brasil; P.595. 2009

2. CHIAVERENI, Vicente; Tecnologia Mecânica, processo de fabricação e tratamento; Volume

2; 2ª edição; McGraw-Hill; são Paulo -Brasil; 1986.

3. COUTINHO, Sousa; Materiais de construção 1, Metais e ligas metálicas; Portugal; 2006

4. MELCONIAN, Sarkis; Mecânica Técnica e Resistência dos Materiais;17ª edição; editora

érica;

5. NERY, F. V; “Avaliação de Danos via Ensaio de Tração do Aço Inoxidável Ferrítico AISI

444”. Trabalho de Conclusão de Curso em Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas-

Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Universidade Federal de Ouro

Preto. 2012. Acesso em:

http://www.fahor.com.br/publicacoes/sief/2014/Analise_de_ensaios_de_tracao_em.pdf aos

21/03/2016

http://www.fahor.com.br/publicacoes/sief/2014/Analise_de_ensaios_de_tracao_em.pdf

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11. Anexo

11.1. Anexo 1: diagrama real de tensão versus extensão do aço ensaiado.

11.2. Anexo 2: diagrama hipotético de tensão versus extensão do aço A235NR.

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