Propriedades dos Materiais

INTRODUÇÃO

Vários tipos de materiais são utilizados diariamente em diversos tipos de construções ao redor do mundo. Para o engenheiro civil, ou para qualquer outra área das engenharias, o conhecimento dos materiaisa serem usados é de fundamental importância para a execução correta do projeto, a fim de garantir segurança, eficiência e economia de recursos.

Durante muito tempo a qualidade de um produto era avaliado apenas em seu uso, não havia meios para controlar a qualidade dos materiais que compunham o produto, sendo assim, o produto poderia apresentar falhas durante o uso, podendo causar danos, até mesmo irreversíveis. Por essa razão, hoje os materiais precisam passar por testes de qualidade,que simulam as condições reais de usos e são padronizados por normas.Esses testes são realizados a partir da obtenção da matéria-prima, nos processos de produção e no produto final.

São muitos os tipos existentes de procedimentos experimentais para a realização destes testes. Para a engenharia civil, onde a capacidade de resistência à tração e compressão do material é de suma importância, o experimento mais comumente utilizado é o ensaio de tração e compressão.

Hibbeler (2010, p. 57) reitera que

aresistência de um material depende de sua capacidade de suportar uma carga sem deformação excessiva ou ruptura. Essa propriedade é inerente ao próprio material e deve ser determinada por métodos experimentais. Um dos testes mais importantes nesses casos é o ensaio de tração ou compressão.

Através do ensaio de tração e compressão é possível analisar o material sob influência de várias cargas aplicadas e determinar suas propriedades. Esse tipo de ensaio é bastante utilizado nas industrias, por proporcionar dados quantitativos das características mecânicas dos materiais.

OBJETIVOS

Apresentar as principais propriedades mecânicas dos materiais.

Relacionar as propriedades mecânicas dos materiais com sua aplicação na engenharia civil.

Capítulo 1 – O ensaio de tração e compressão

Hibbeler (2010, p. 63) aponta que, “o ensaio de tração e compressão primariamente é usado para determinar a relação entre a tensão normal média e a compressão normal média em muitos materiais utilizados na engenharia, como cerâmicas, metais e polímeros.”

Para realizar o teste, um corpo de prova de um material é escolhido e preparado com forma e tamanho padronizados (Figura 1.1), contendo duas marcas de referência, com distancia L0uma da outra. A distância é conhecida como comprimento de referência do corpo de prova.

Figura 1.1

O corpo de prova é colocado em uma máquina de teste (Figura 1.2), que aplica uma carga (P) centrada no material. À medida que essa carga aumenta, a distância L entre as duas marcas de referência também aumenta. Essa distância é medida, e seu alongamento, ϐ = L – L0, é registrado para cada carga aplicada.

Beer et al. (2008, p. 71) afirma que

Para cada par de leituras P e ϐ é calculada a tensão σ dividindo-se P pela área original A0 da seção transversal do corpo de prova, e a deformação ε é obtida dividindo-se o alongamento ϐ pela distância original L0 [...]. O diagrama tensão-deformação pode então ser obtido colocando-se ε como abcissa e σcomo ordenada.

Figura 1.2

São vários os tipos de diagramas encontrados, tanto que, sob condições diferentes, como temperatura e velocidade de aplicação da carga, um mesmo material pode apresentar resultados diferentes.Uma característica importante desse tipo de diagrama é que a forma geométrica do material experimentado é desconsiderada, sendo assim, há apenas a utilidade de um diagrama para um determinado tipo de material.

Mesmo havendo vários gráficos para um mesmo material, é possível encontrar características semelhantes entre os diagramas de tensão e deformação. Essas características dividem em dois os grupos de materiais que as possuem. Esses são os materiais dúcteis e frágeis.

Melconian (2000, p. 66) define material dúctil como o material que, “quando submetido a ensaio de tração, apresenta deformação plástica, precedida por uma deformação elástica, para atingir o rompimento. ”A figura1.3 abaixo é um exemplo de diagrama tensão x deformaçãopara um material dúctil genérico.

Figura 1.3

A parte inicial do diagrama é uma linha reta com inclinação considerada acentuada, devido a aplicação de carga de maneira crescente, aumentando linearmente o comprimento do material e consequentemente sua deformação. Após alcançar uma certa tensão (σE), o material inicia sua fase de escoamento, podendo ser observado a ocorrência de uma grande deformação mesmo sem grandes aumentos de tensão. Beer et al. (2008) explica que depois de alcançar uma tensão máxima, o diâmetro de uma parte do corpo começa a diminuir, motivado por uma instabilidade local. Esse fenômeno se chama estricção (Figura 1.4, lado esquerdo).

Após a estricção, mesmo cargas mais baixas são suficientes para o contínuo alongamento do material, até que, finalmente, ocorre o rompimento do material (σR).Beer et al.(2008) complementa que o cisalhamento é o maior responsável pela falha em materiais dúcteis (Figura 1.4, lado direito).

Figura 1.4

Segundo Melconian (2000, p. 67) o material é classificado como frágil, “quando submetido a ensaio de tração não apresenta deformação plástica, passando da deformação elástica para o rompimento. ”(Figura 1.5).

Figura 1.5

Os materiais frágeis não apresentam escoamento, visto que não possuem uma etapa de deformação plástica, portanto a estricção não é uma característica desses materiais. Sua fratura ocorre ao longo de uma área perpendicular à carga aplicada, evidenciando