CESOL 2015 - RESIST. DOS MAT.S E JUNTAS SOLD.S

Marca Instituição

Ensino

P rof. : M.S c. Antonio Fernando de Carval ho Mota

REVISÃO DE

RESISTÊNCIA DOS

MATERIAS

TIPOS DE ESFORÇOS QUE AFETAM OS MATERIAIS

Entre os esforços axiais temos a tração, a compressão e a flexão,

MEDIÇÃO DA ÁREA TRANSVERSAL

4

Área do círculo =  r

 fórmula correta?

Área do círculo = d

/4

Tensão de Cisalhamento

5

Tensão de Cisalhamento

t = Fc/Sc

t

= 1/2

Círculo de Mohr

Tração :

Compressão:

Torção:

Cisalhamento:

Flexão:

Avaliação: Quais os tipos de solicitações que dependem do

Momento de Inércia?

7

Menor momento de inércia Maior flexão

Maior momento de inércia Menor flexão x2 y2 Momento de Inércia: J_x = y2dA J_y = x2_dA A = área

Para a mesma área transversal o tubo tem muito mais

momento de inércia,

portanto maior resistência á compressão, flexão e torção

MOMENTO DE INÉRCIA

Momento de Inércia:

J

=

y

dA



= M

.y = M

= M

I I/y W

Estruturas tubulares – Momento de Inércia

9

Ligações em

sistemas treliçados com perfis tubulares

(aumento do Momento de Inércia)

Perfis I

Momento de Inércia:

J

=

y

dA

J

=

x

dA

O tubo tem a mesma área da barra, mas maior Momento Inércia.

Telhas Autoportantes Planas

10

A TELAPORT leva a fábrica até a sua obra tecnologia 100% brasileira, também utilizada na Europa, África e América do Sul, chegando a cobrir mais de 7.000.000 m2

Cobertura com Tecnologia de ponta a seu serviço Suportando sobrecargas de até 140 kg/m2

Cobertura com Tecnologia de ponta a seu serviço Suportando sobrecargas de até 140 kg/m2

Perfis Laminados

APLICAÇÃO EM VIGAS: n = 3 (Partes)

W

= b(hn)

6

ou

W

= n bh

6

(Resistência 9 vezes)

Rebitadas

Soldadas

Coladas

(Resistência 3 vezes)

Partes Soltas

O MOMENTO DE INÉRCIA

APLICADO NA FLEXÃO É O

MESMO PLICADO NA TORÇÃO?

VAMOS PENSAR UM POUCO!

Momento de Inércia Polar e Áxial

J

=

r

ds =

(x

+y

)ds

J

= J

+ J

se

J

=

J

J

= 2J

Momento de Inércia Áxial (Flexão)

dA

x

y

r

r

_{= x}

_{+ y}

Momento de Inércia Polar (Torção)

VIGA SUBMETIDA À FLEXÃO

15

FLEXÃO PURA RETA

A FLEXÃO é uma solicitação transversal em que o corpo sofre uma deformação que tente modificar seu eixo longitudinal

Módulo de Resistência à Flexão, W_f = (Momento de Inércia à Flexão)

(Distância do eixo neutro à extremidade)

Tensão à Flexão: (Momento Fletor) (Módulo de Resistência à Flexão)

Sem Flexão _{Com Flexão}

TORÇÃO PURA

17

t = F.d = Mt

J

/y Wt

Wt = ,D

16

Seção circular cheia

Wt = Módulo de Resistência a Torção

Montantes de Treliças

Distância do Vão x Momento de Inércia

18

COMPRESSÃO DE PILARES - FLAMBAGEM

19

Fórmula de Euller, para o cálculo da Carga crítica, acima da qual ocorre colapso

Fórmula de Euller, para o cálculo da Carga crítica, acima da qual ocorre colapso

Pcr. = Carga crítica

E = Módulo de Elasticidade I = Momento de Inércia L = Altura

20 Ponte aérea na Malásia Pilar composto Compressão Flambagem Momento de inércia Pilar composto Compressão Flambagem Momento de inércia Cabo de aço Tração Cabo de aço Tração Aço inoxidável Duplex Aço inoxidável Duplex x2 y2 Momento de Inércia: J_x =





Ensaios de solicitação monotônica são ensaios normalizados onde

a aplicação de cargas nos materiais se dá de forma uniaxial,

contínua e crescente até a ruptura, buscando a coleta de dados que

caracterizem as propriedades mecânicas dos correspondentes

materiais, as quais serão utilizadas para projeto mecânico.

No caso deste estudo, o ensaio de

solicitação monotônica realizado é o ensaio de tração (de acordo

com a norma técnica utilizada para materiais metálicos NBR-6152,

da Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT)

Regime Elástico: o material recupera as dimensões

originais quando a carga é retirada.

Regime Plástico: o material fica deformado permanentemente

após a retirada das cargas até o rompimento. deformação tensão Regime Elástico Regime Plástico Limite de escoamento

Deformação Plástica = Deformação permanente que ocorre quando a força externa aplicada sobre o material

ultrapassa seu limite de escoamento.

Ensaio de tração

Def. Plástica X Elástica

Regime Elástico: Lei de Hooke  = E

Onde:  = F/So e  = l/lo

Podemos escrever, l = F.l/So.E E = módulo de Elasticidade Eaço = 210 GPa Ealumínio = 70 GPa l l F F

REGIÃO PLÁSTICA: DEF. ELÁSTICA + DEF. PLÁSTICA

Calculo:

Deformação elástica do aço ASTM A36

= E ;  = /E: Dados: LE = 250MPa; E = 210.000MPa _LE = LE/E = 250MPa/210.000MPa = 0,00119  0,12% ou 1,2mm/m

Comportamento  x :

TENSÃO DE ESCOAMENTO OU LIMITE DE ESCOAMENTO

É o valor de tensão para a qual o material inicia a deformação plástica

AVALIAÇÃO: TODOS OS METAIS APRESENTAM PATAMAR DE ESCOAMENTO?

- Tensão de engenharia:

 (MPa)= P/S

- Deformação de engenharia:  (%)= (l – l

)100

l

TENSÃO E DEFORMAÇÃO - ENSAIO DE TRAÇÃO

Tensões Deformações

 = E

AVALIAÇÃO

26

a- Como se determina a Resistência?

b- Como se determina a Rigidez?

c- Como se determina a Ductilidade?

Resp. a) LE = Q/So e LR = Qmáx./So.

b) E =

/

onde:





LR

PROPRIEDADES MECÂNICAS OBTIDAS NO ENSAIO DE TRAÇÃO:

RESISTÊNCIA

Limite de Escoamento







Alongamento



Módulo de Elasticidade = E





/

LE= Qesc.

So

LE= Qesc.

So

LR= Qmáx.

So

LR= Qmáx.

So

LR = Limite de Resistência á Tração

Unidades: MPa, kgf/mm

e PSI

CÁLCULO DO LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO

LR

LA

CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO

ENSAIO DE TRAÇÃO- AÇO ESTRUTURAL SAE 1020 ou ASTM A 36

LR

LE

LRup,

P

a

ta

m

a

r

d

e

E

sc

o

a

m

e

n

to

E

n

cr

u

a

m

e

n

to

E

st

ri

cç

ã

o

(I

n

st

a

b

il

i

d

a

d

e

)

LR



.



Características do Aço estrutural ASTM A 36:

(American Society for Testing and Materials)

Teor de carbono médio = 0,25 %

LR =limite de resistência à tração (400 – 550 MPa)

LE= limite de escoamento (mínimo 250 MPa)

A = alongamento (mínimo 20% em 200mm)

Aço dúctil de fácil soldagem e baixo custo.

LRup LR LE





*

Máquina de Tração Universal – Ensaios Tecnológicos

Máquina de Tração EMIC DL 60000

Extensômetro eletrônico

usado para maior precisão no ensaio

z z

 = -



= -







 = -



= -







QUALIDADE ESTRUTURAL NAVAL SHIPBUILDING STRUCTURAL QUALITY

Aplicadas em estruturas de navios, são chapas de aço especificadas pelo American Bureau of Shipping, Bureau Veritas, Lloyd’s Register, Germanisgher Lloyd e Det Norke Veritas.

ESPECIFICAÇÃO FAIXA DE PROPRIEDADESMECÂNICAS / MECHANICAL PROPERTIES

SPECIFICATION ESPESSURA AL –Elongation Dobramento (F) THICKNESS LE LR Valor Bend Test RANGE Yield Tensile Espessura Medida Min.

(mm) Strenght Strenght Thickness Gauge Value Diâmetro (N/mm2_{) (N/mm}2_{) (mm) Length (%)}

A-607 50 2,0 < E < 5,0 > 34O > 450 E < 2,46 50 20 2E (T) E > 2,46 22

DIMENSIONAMENTO



ABNT-NBR-8800 Cálculo e execução de estruturas de aço _adm = LE/CS, onde CS (coeficiente de segurança) vale 1,7



= LE/1,7



_



Para

Vasos de Pressão

, código ASME-American Society of

Mechenical Engineens, materiais dúcteis e temperaturas dentro

da faixa de fluência

Temp. de trabalho ≥ ½ Temp. de fusão do material, o menor dos

seguintes valores:

 LR/4

 LE/1,6

 Tensão que causa uma deformação de 1% em 100.000 h

Turbina a vapor

Esfera

DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS À

TRAÇÃO DE MATERIAIS METALICOS NBR- 6152

37

Deslocamento (l) - Alongamento

Deformação(l/l₀) Deformation Alongamento Percentual

Alongamento (A) Elongation Alongamento Percentual após a

ruptura

Limite de Escoamento (LE) ou _r Yield Strength Limite de Escoamento

Efeito do encruamento no limite de escoamento de um material metálico







Diagrama tensão versus deformação

Com carregamento e descarregamento = ?

Efeito do encruamento no limite de escoamento de um material metálico

RESILIÊNCIA E TENACIDADE

41

 x  =

Material dúctil Material frágil  (M p a)  (%)

 Um material dúctil com a mesma resistência de um material frágil irá

requerer maior energia para ser rompido e portanto é mais tenaz.

 Resistência mecânica é a tensão necessária para romper o material

 Tenacidade é a energia necessária para romper o material

43

Variação das Propriedades Mecânicas com o teor

de carbono e com os tratamentos térmicos

Variação das Propriedades Mecânicas com o teor

de carbono e com os tratamentos térmicos

FRATURA DÚCTIL E FRÁGIL

44

Dúctil Frágil

Aço dúctil

Materiais frágeis

(ferro fundido e concreto Ensaio de compressão

Exigências básicas para um material estrutural

Tenacidade

O material deve ter uma boa tenacidade para resistir aos

choques/impactos que pode ocorrem durante o serviço.

Ensaio de tração em material Frágil

46 CONCRETO

(Frágil) Ferro fundido cinzento

ENSAIO DE TRAÇÃO EM JUNTAS SOLDADAS

Ensaios em Juntas Soldadas

Avaliar as propriedades da junta soldada.

Necessários para qualificar procedimentos de soldagem.

Avaliar a sanidade de uma solda

ENSAIO DE TRAÇÃO EM JUNTA SOLDADA

ORIENTAÇÃO DO CORPO DE PROVA

CP TRANSVERSAL CP LONGITUDINAL Zona fundida Zona afetada pelo calor Metal de base

CORPO DE PROVA TRANSVERSAL

MB

ZAT

ZF

ZAT

MB

Retirada do CP

na chapa de teste

Cordão de solda

Exercícios - Inspetor de Soldagem

Que propriedades mecânicas são determinadas em

uma junta soldada?

( ) Limite de Escoamento

( ) Limite de Resistência à Tração

( ) Alongamento





Por que não se avalia o LE e o A neste ensaio?

Resp,: O MB e o MS podem ter composição

química e microestrutura diferentes.

AVALIAÇÃO

Uma Junta Soldada pode ser mais resistente do que o

Metal de Base?

Pense em usar um Metal de Adição mais resistente ou

em aumentar a altura do reforço

.

51

EFICÊNCIA DE JUNTA

Eficiência de junta é a relação entre a resistência de

uma junta e a resistência do metal de base:

EJ = Resistência da junta (ZF+ZL+ZAT+MB)

Resistência do Metal de Base (MB)

Eficiência de junta é a relação entre a resistência de

uma junta e a resistência do metal de base:

EJ = Resistência da junta (ZF+ZL+ZAT+MB)

Resistência do Metal de Base (MB)

EJ ≤ 1

Ensaio de Tração

Avalia a Resistência Mecânica e ductilidade da junta

soldada.

Corpo de prova Transversal à Solda

(A) Preparação do CP tração:

(B) Rompeu fora da solda:

Avaliar o LR

(C) Rompeu na solda:

Avaliar o LR

Juntas Sujeitas a Carregamento Estático Axial

Juntas de Topo: A resistência das soldas deve

ser igual ou superior à do metal de base.

Juntas de Filete Sujeitas a Cisalhamento Direto

• Tanto para carregamento paralelo quanto

transversal considera-se a tensão cisalhante

na seção mais estreita (altura t).

Juntas Sujeitas a Cisalhamento Direto

•

No caso de cisalhamento direto (carregamento

transversal) uma das chapas tende a cisalhar a solda

enquanto que a outra a traciona (ou comprime).

Ensaio de Dobramento em junta soldada

Qual a propriedade mecânica determinada

no Ensaio de Dobramento?

ENSAIOS MECÂNICOS – PROPRIEDADES MECÂNICAS -

FINALIDADES:

•

_{SOLDA – Assegurar a qualidade mínima da solda}

em termos de Propriedades Mecânicas;

- Qualificação do Metal de Adição;

- Qualificação do Procedimento de

Soldagem;

Influências das inclusões alongadas na direção z (espessura)

60

Solução : Mudar a geometria da junta

Exame Macrográfico Inclusões

Tricas

Influências das inclusões alongadas na direção z (espessura)

•

_{Se existir a suspeita de que o aço possa ser suscetível à}

decoesão lamelar,as juntas devem ser projetadas para evitar

ao máximo a contração que ocorre na direção da espessura

•

_{Almofadar para proteger áreas sensíveis é útil antes da solda}

SIGNIFICADO DOS ENSAIOS MECÂNICOS



DESTRUTIVOS:

(Propriedades Mecânicas)

Resultados numéricos

Resultados qualitativos



NÃO-DESTRUTIVOS:

(Propriedades Físicas)

Detectar falhas internas

Certificação Internacional

Exemplos de Ensaios Destrutivos

EXEMPLOS DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS

65

ARQUITETURA EM AÇO – PERFIS PARAFUSADOS OU SOLDADOS?

66

Tensões em diferentes planos de corte

Planos principais

No plano principal A₁:

₁= F/A₁ t₁ =0 (cisalhamento nulo) Da trigonometria: Cos2 = Cos2 + 1 2 Sen.(2)= 2Sen.Cos

No plano A:  = F cos = F cos = F cos



A A

/cos A

 = 

cos

 = 

1

( 1 + cos2) (eq. 1.8)

2

t = F sen = F sen = F sen.cos

A A

/cos A

t = 

.sen.cos = ½.

.sen2 (eq. 1.9)

APLICAÇÃO DO CÍRCULO DE MOHR

ESTADO TRIAXIAL: 





t

t

t

b

a

c

Eixos principais:

Representação:

Tensões principais:







_





a,b e c

Disciplina: Resistência dos Materiais II Professora Orientadora: Eliane Maria www.uff.br/resmatcivil/Downloads/ResMatII/esta

CÍRCULO DE MOHR





b

t

=



-



c



t

0

a







(b)

A adição de ₂ não altera a t máx. (a resistência a deformação plástica fica inalterada)



t

t







_



t

t







Já a adição de uma tensão ₃ de compressão aumenta drasticamente

t máx.



t



t

Exemplos de círculo de Mohr para diferentes estados de tensão







t



t



t

_

ANALISE DE DEFORMAÇÕES -

STRAIN GAGES

Ao se analisar o comportamento elástico dos materiais, buscando estabelecer relações de causa e efeito entre forças (tensões) e deformações (deformações especificas), deve-se reconhecer que são as deformações as ações mecânicas que produzem, como consequências, as tensões despertadas no material, e não o inverso (tensões como causadoras de deformações).

A medição das deformações específicas longitudinais é feita através de pequenos aparelhos denominados extensômetros (strain gages), constituídos por uma fita suporte aderente à superfície do corpo na qual é fixado um fino fio condutor em forma sanfonada. O aparelho é colado à superfície do corpo quando descarregado, orientado segundo uma direção que se quer medir a deformação e, após a aplicação da carga, O corpo se deforma, reduzindo sua área de secção

e gerando um aumento de sua resistência ôhmica. Através de uma fonte de tensão elétrica previamente calibrada, e medida a variação da corrente

ANALISES DE TENSÕES E DEFORMAÇÕES

Arranjo de extensômetros denominado “roseta”