AULA 4 Materiais de Construção II

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1 Faculdade de Engenharia - Licenciatura em Engenharia Civil UL 4 Materiais de Construção II Capítulo ula 4 (Teórica/Prática) II ços para Construção Introdução Ensaios sobre os aços: 1) Ensaio de Tracção; ) 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. 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 ou alongamento. Tensão é dada por: P Forçaaplicada[KN Áreada secçãotransversal[m L - L Extensão é dada por: 0 100[%, L0 Onde: L 0 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. O alongamento determina uma redução da secção transversal variável ao longo do comprimento. secção que sofre maior redução será também a que terá maior tensão, o que determinará ainda maior diminuição da secção naquele local. Formar-se-á um fenómeno denominado estricção e a zona de menor área será a secção estricta (Fig. 1). Materiais de Construção II ula 4 (Designação dos ços) 1

2 S - S Estricção é dada por: 0 S 100[%, S0 Onde: S 0 é a secção inicial da barra e S é a secção estricta. 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. s 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: Dentro de certos limites (fase elástica), ao tracionar-se uma peça, a sua deformação segue a Lei de Hooke, ou seja, é proporcional ao esforço aplicado (Fig. ). proporcionalidade pode ser observada no trecho rectilíneo do diagrama tensão-extnsão e a constante de proporcionalidade é denominado módulo de elasticidade ou módulo de deformação longitudinal. Ultrapassando o limite de proporcionalidade, tem lugar a fase plástica, na qual ocorrem deformações crescentes sem variação de tensão (patamar de escoamento ou cedência). O valor constante da tensão, nessa fase, é chamado limite de escoamento do aço. Materiais de Construção II ula 4 (Designação dos ços)

3 pós 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/cm ou kn/cm 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. ) Módulo de elasticidade ou módulo de Young (E). É a razão entre tensões e deformações (σ = E. ε), conhecida como Lei de Hooke ; corresponde ao coeficiente angular da recta de proporcionalidade. Para o aço seu valor é dado em cerca de,05x10 5 MPa, na zona elástica. Materiais de Construção II ula 4 (Designação dos ços) 3

4 3) Módulo de elasticidade transversal (G). É a razão entre as deformações transversais e as tensões cisalhantes na zona de E proporcionalidade. Pode ser determinada através da equação: G, (1 ) Onde: admite-se μ para o aço com valor situando-se entre 0,5 e 0,33 na zona elástica. 4) Tensão limite de escoamento ou de cedência (σ e ). É a tensão máxima verificada no patamar no patamar de escoamento ou a convencional à 0,% da deformação. e F y Força limite de escoamento[kn Áreada secçãotransversal incial[m 5) Tensão de ruptura ou Limite de Resistência (σ r ). É o valor máximo da tensão que se obtém na peça. Corresponde ao ápice da curva tensãoextensão. r F Re Força limite de resistênci a[kn Áreada secçãotransversal incial[m 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. Os aços tratados (laminados a frio ou duros) não apresentam patamar de escoamento. tensão de escoamento é obtida com a intersecção de uma recta traçada paralela ao trecho do gráfico a partir de um ponto nos eixos das abcissas correspondente a uma deformação de n%, com o próprio gráfico tensão-deformação, de acordo com o gráfico seguinte: O valor n adoptado normalmente é de 0,% para os aços, e entre 0,1 e 0,55 para os outros metais e representa o limite de elasticidade, até o qual as deformações não são permanentes. O limite de escoamento é a constante física mais importante no cálculo das estruturas de aço. Deve-se impedir que essa tensão seja atingida nas secções transversais das barras, como forma de limitar a sua deformação. Materiais de Construção II ula 4 (Designação dos ços) 4

5 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 180 o. No ensaio de dobragem alternada, não normalizado, a amostra, sujeita a um torno, é levada a dobragens alternadas num ângulo de 90 o para acada lado até haver fissuração ou ruptura. máquina de ensaios deve aplicar esforços progressivamente, sem golpes, e permitir regular a velocidade de aplicação. Designação dos ços Os aços são designados a partir de uma letra (maiúscula), acompanhada do valor característico da tensão de cedência ou tensão limite convencional de proporcionalidade à 0,% e ainda, a esta letra e algarismo, seguem-se ainda as letras N ou E conforme se trata de um aço natural ou tratado e L e R caso o aço seja liso ou rugoso (Tab. 1). Materiais de Construção II ula 4 (Designação dos ços) 5