Telecurso 2000. Ensaio de Materiais. - ensaio de materiais - cap. 08
Imagine-se sentado à beira de uma piscina, numa bela tarde ensolarada, completamente relaxado, apenas observando o movimento. De repente, você vê alguém dando um salto do trampolim.
Se você prestar atenção, vai observar que a prancha se deforma sob o peso do atleta e depois volta à sua forma original. Sem dúvida, um dos fatores que contribuem para a beleza do salto é a capacidade da prancha do trampolim de suportar o esforço aplicado.
Da flexão ao dobramento
Observe as duas figuras a seguir: a da esquerda mostra um corpo apoiado em suas duas extremidades e a da direita mostra um corpo preso de um lado, com a extremidade oposta livre. Os dois corpos estão sofrendo a ação de uma força F, que age na direção perpendicular aos eixos dos corpos.
A força F leva uma região dos corpos a se contrair, devido à compressão, enquanto que outra região se alonga, devido à tração. Entre a região que se contrai e a que se alonga fica uma linha que mantém sua dimensão inalterada - a chamada linha neutra. Em materiais homogêneos, costuma-se considerar que a linha neutra fica a igual distância das superfícies externas inferior e superior do corpo ensaiado.
Quando se trata de materiais dúcteis, é mais importante conhecer como o material suporta o dobramento. Nesses casos, é feito diretamente o ensaio de dobramento, que fornece apenas dados qualitativos.
dois roletes, com diâmetros determinados em função do corpo de prova, que funcionam como apoios, afastados entre si a uma distância preestabelecida;
um cutelo semicilíndrico, ajustado à parte superior da máquina de ensaios.
Embora possam ser feitos no mesmo equipamento, na prática esses dois ensaios não costumam ser feitos juntos. É por isso que, nesta aula, abordaremos cada um deles separadamente. Que tal começar pelo ensaio de dobramento, que é menos complicado?
O ensaio consiste em dobrar um corpo de prova de eixo retilíneo e seção circular (maciça ou tubular), retangular ou quadrada, assentado em dois apoios afastados a uma distância especificada, de acordo com o tamanho do corpo de prova, por meio de um cutelo, que aplica um esforço perpendicular ao eixo do corpo de prova, até que seja atingido um ângulo desejado.
Ao se atingir o ângulo especificado, examina-se a olho nu a zona tracionada, que não deve apresentar trincas, fissuras ou fendas. Caso contrário, o material não terá passado no ensaio.
Há dois processos de dobramento: o dobramento livre e o dobramento semiguiado. Veja, a seguir, as características de cada um.
Dobramento livre -É obtido pela aplicação de força nas extremidades do corpo de prova, sem aplicação de força no ponto máximo de dobramento.
Dobramento semiguiado -O dobramento vai ocorrer numa região determinada pela posição do cutelo.
Barras de aço usadas na construção civil são exemplos de materiais que, além de apresentarem resistência mecânica, devem suportar dobramentos severos durante sua utilização, e por isso são submetidos a ensaio de dobramento. Esta característica é tão importante que é normalizada e classificada em normas técnicas.
Neste caso, o ensaio consiste em dobrar a barra até se atingir um ângulo de 180º com um cutelo de dimensão especificada de acordo com o tipo de aço da barra - quanto maior a resistência do aço, maior o cutelo. O dobramento normalmente é do tipo semiguiado.
Agora que você já aprendeu algumas noções sobre o ensaio de dobramento, que tal conhecer algumas características do ensaio de flexão? Este é o assunto que será tratado a seguir.
Nos materiais frágeis, as flexas medidas são muito pequenas. Conseqüentemente, para determinar a tensão de flexão, utilizamos a carga que provoca a fratura do corpo de prova.
Mas, para entender como é calculada a tensão de flexão, é necessário saber o que vem a ser momento fletor. Isso não será difícil se você acompanhar o exemplo a seguir.
O produto da força pela distância do ponto de aplicação da força ao ponto de apoio origina o que chamamos de momento, que no caso da flexão é o momento fletor (Mf).
Nos ensaios de flexão, a força é sempre aplicada na região média do corpo de prova e se distribui uniformemente pelo corpo. Na fórmula para calcular o momento fletor, considera-se a metade do valor da força
e a metade do comprimento útil do corpo de prova
A fórmula matemática para calcular o momento fletor é:
Outro elemento que você precisa conhecer é o momento de inércia da seção transversal. Um exemplo o ajudará a entender do que estamos falando.
arranje uma régua de plástico ou de madeira, coloque-a deitada sobre dois pontos de apoio e aplique uma força sobre a régua, como mostra a figura a seguir.
coloque a mesma régua sobre os dois apoios, só que em pé, como mostra a figura seguinte, e aplique uma força equivalente à aplicada antes.
E então? O que aconteceu? No primeiro caso, ocorreu uma grande flexão. No segundo, a flexão foi quase nula. Isso tudo só porque você mudou a forma da superfície sobre a qual estava aplicando a força. Para cada formato existirá um momento de inércia diferente.
momento de inércia para corpos de seção circular:
momento de inércia para corpos de seção retangular:
Falta ainda um elemento para entender a fórmula de cálculo da tensão de flexão: é o módulo de resistência da seção transversal, representado convencionalmente pela letra W. Trata-se de uma medida de resistência em relação a um momento. Este módulo significa para a flexão o mesmo que a área da seção transversal significa para a tração.
Nos corpos de prova de seção circular, de materiais homogêneos, a distância c equivale à metade do diâmetro. Em corpos de seção retangular ou quadrada, considera-se a metade do valor da altura.
Uma vez realizado o ensaio, para calcular a tensão de flexão basta substituir as variáveis da fórmula pelos valores conhecidos. A combinação das fórmulas anteriores, demonstrada a seguir, permite trabalhar diretamente com esses valores.
Outras propriedades que podem ser avaliadas no ensaio de flexão são a flexa máxima e o módulo de elasticidade.
Pode-se medir a flexa máxima diretamente pelo extensômetro, ou calculá-la por meio de fórmula.
A fórmula para o cálculo da flexa máxima (f) é:
Efetuado um ensaio de flexão num corpo de prova de seção circular, com 50mm de diâmetro e 685mm de comprimento, registrou-se uma flexa de 1,66mm e a carga aplicada ao ser atingido o limite elástico era de 1.600N.
1	-	tensão de flexão
2	-	módulo de elasticidade
Conhecemos o valor de F (1.600N), o valor de L (685mm) e o valor de c (25mm). Mas só poderemos aplicar esta fórmula depois de descobrir o valor de J, que pode ser obtido pela fórmula de cálculo do momento de inércia para corpos de seção circular:
Agora sim, podemos calcular a tensão de flexão pela fórmula anterior. Para isso, basta substituir as variáveis da fórmula pelos valores conhecidos e fazer os cálculos. Tente resolver e depois confira suas contas, para ver se chegou ao mesmo resultado apresentado a seguir.
A próxima tarefa é calcular o módulo de elasticidade. Uma vez que todos os valores são conhecidos, podemos partir diretamente para a aplicação da fórmula. Tente fazer isso sozinho, na sua calculadora, e depois confira com a resolução apresentada a seguir.
Não se preocupe em decorar as fórmulas. Consulte-as sempre que necessário. O importante é que você consiga identificar, em cada caso, a fórmula mais adequada para resolver o problema apresentado. Para isso, é necessário analisar bem os dados do problema e verificar quais são os valores conhecidos e qual o valor procurado. O resto pode ficar por conta da calculadora, sob seu comando, é claro!
O esforço de flexão age na direção ............................ ao eixo de corpo de prova.
a)	paralela;
b)	angular;
c)	radial;
d)	perpendicular.
a)	(	)	o limite de proporcionalidade;
b)	(	)	o limite de resistência ao dobramento;
c)	(	)	a ductilidade do material ensaiado;
d)	(	)	tensão máxima no dobramento.
a)	(	)	o alongamento da face da solda;
b)	(	)	o alongamento do corpo de prova;
c)	(	)	o comprimento do cordão de solda;
d)	(	)	o ângulo da solda.
No ensaio de flexão, o extensômetro é utilizado para medir ............................... .
a)	a tensão aplicada;
b)	o tamanho do corpo de prova;
c)	a deformação do corpo de prova;
d)	o alongamento do corpo de prova.
Um corpo de prova de 30mm de diâmetro e 600mm de comprimento foi submetido a um ensaio de flexão, apresentando uma flexa de 2mm sob uma carga de 360N. Determine: