Faculdade de Engenharia - Licenciatura em Engenharia Civil
AULA 4
Materiais de Construção II
Capítulo Aula 4 (Teórica/Prática)
II – Aços para Construção Introdução — Ensaios sobre os aços: 1) Ensaio de Tracção; 2) Ensaio de Dobragem.
Designação dos aços
Introdução
Para a construção, as propriedades que interessam considerar aos metais são várias, concretamente, a aparência, densidade, dilatação e condutibilidade térmica, condutibilidade eléctrica, resistência à tracção, resistência ao choque, dureza, fadiga, corrosão e durabilidade.
No entanto, para designar o aço para betões, recorre-se comummente a resistência à tracção a partir dos ensaios de tracção e dobragem.
— Ensaio de Tracção
Quando se submete uma barra à tracção axial, aparecem tensões internas. A tensão de tracção é obtida dividindo-se a força aplicada pela área da secção transversal da barra. Essa tensão determina uma deformação notada pelo aumento do comprimento da barra denominada
extensão oualongamento.
Tensão é dada por:
] [m l transversa secção
da Área
[KN] aplicada Força
A P
2
Extensão é dada por: 100[%]
L L -L
0
0
,
Onde: L0 é a base de medida marcada no corpo-de-prova ou o comprimento inicial da barra;
L é a distância entre as marcas, após a rotura e uma vez reajustadas as duas partes da barra rompida da melhor maneira possível ou o comprimento final da barra.
Estricção é dada por: 100[%] S
S -S
0
0
S
,
Onde: S0 é a secção inicial da barra e S é a secção estricta.
A relação entre a tensão aplicada e a deformação resultante pode ser acompanhada pelo diagrama tensão-extensão que é representado por um sistema de coordenadas com as deformações no eixo das abcissas e respectivas tensões no das ordenadas. Os valores para a construção deste diagrama são obtidos submetendo o material ao ensaio de tracção, sendo a deformação medida com o auxílio de um aparelho denominado extensômetro, acoplado à máquina de ensaio.
As propriedades mecânicas dependem da composição química, processo de laminação e tratamento térmico do aço. Outros factores podem influenciar, tais como: técnica de ensaio, temperatura, geometria do corpo de prova, etc. Portanto, verificou-se que os aços apresentam dois tipos de diagramas.
Os aços naturais (laminados a quente ou macios) apresentam um diagrama com a forma seguinte:
Após o escoamento, ainda na fase plástica, a estrutura interna do aço se rearranja e o material passa pelo encruamento, em que se verifica novamente a variação da tensão com a deformação, porém não-linearmente. O valor máximo da tensão é chamado de limite de resistência do aço.
O limite de escoamento de um material é calculado dividindo-se a carga máxima que ele suporta, antes de escoar, pela área da secção transversal inicial do corpo de prova. Em materiais como os aços, o limite de escoamento é bem definido, pois a determinada tensão aplicada o material escoa, isto é, ocorre deformação plástica sem haver praticamente aumento da tensão.
O limite de resistência de um material é calculado dividindo-se a carga máxima que ele suporta, antes da ruptura, pela área da secção transversal inicial do corpo de prova. Este limite, como os demais, é expresso em unidade de tensão (kgf/cm2 ou kN/cm2 ou MPa).
Observa-se que o limite de resistência é calculado em relação à área inicial, o que é particularmente importante para os materiais dúcteis, uma vez que estes sofrem uma redução de área quando solicitados pela carga máxima. Embora, a tensão verdadeira que solicita o material seja calculada considerando-se a área real, a tensão tal como foi definida anteriormente é mais importante para o engenheiro, pois os projectos devem ser feitos com base nas dimensões inicias.
Em um ensaio de compressão, sem a ocorrência de flambagem (dobra ou encurvadura), obtém-se um diagrama tensão-deformação similar ao do ensaio de tracção, porém com tensões sempre crescentes após o escoamento; ocorre um aumento da área da secção transversal, sem que seja atingida a ruptura propriamente dita.
Durante o alongamento da barra, há uma contracção lateral (é a estricção), e não têm nenhum efeito no diagrama tensão-extensão imediatamente após o limite de escoamento, porém deste ponto em diante a diminuição da área afecta de maneira apreciável o cálculo da tensão na barra (Fig. 1).
O patamar de escoamento costuma apresentar uma tensão de escoamento máxima seguida de uma tensão de escoamento mínima. Genericamente, refere-se à tensão superior como tensão de escoamento à qual corresponde a deformação (εy).
Resumidamente, os parâmetros a determinar no ensaio de tracção são:
1) Tensão limite de proporcionalidade.
É o valor da tensão correspondente ao final da recta de proporcionalidade.
2) Módulo de elasticidade ou módulo de Young (E).
3) Módulo de elasticidade transversal (G).
É a razão entre as deformações transversais e as tensões cisalhantes na zona de
proporcionalidade. Pode ser determinada através da equação:
) 2(1 E G ,
Onde: admite-se μ para o aço com valor situando-se entre 0,25 e 0,33 na zona elástica.
4) Tensão limite de escoamento ou de cedência (σe).
É a tensão máxima verificada no patamar no patamar de escoamento ou a convencional à 0,2% da deformação.
] [m incial l transversa secção da Área [KN] escoamento de limite Força A F 2 y e
5) Tensão de ruptura ou Limite de Resistência (σr).
É o valor máximo da tensão que se obtém na peça. Corresponde ao ápice da curva tensão-extensão. ] [m incial l transversa secção da Área [KN] a resistênci de limite Força A F 2 Re r
6) Resistência à fadiga.
É definida como a tensão para o qual o aço rompe depois de repetidas aplicações de carga, está relacionada com o número de ciclos de carga e com a amplitude da variação das cargas.
— Ensaio de Dobragem
Há dois tipos de ensaios de dobragem: a dobragem simples e a dobragem alternada.
O ensaio de dobragem simples, também muito importante não tem relação com a fadiga. Só tem por finalidade verificar a capacidade do metal em ser dobrado até um determinado ângulo sem fissurar nem romper. Nesse ensaio o metal é dobrado em torno de um pino cilíndrico de diâmetro dado até ficarem paralelas as duas pontas (da barra ou chapa), é a dobragem a 180o.
No ensaio de dobragem alternada, não normalizado, a amostra, sujeita a um torno, é levada a dobragens alternadas num ângulo de 90o para acada lado até haver fissuração ou ruptura. A máquina de ensaios deve aplicar esforços progressivamente, sem golpes, e permitir regular a velocidade de aplicação.
Designação dos Aços
