Departamento de www.civ.pucrio.br Relatório do Laboratório de Materiais de Construção Nº8
Ensaio de Tração do Aço
- Antonio Celes - Fábio Walan - Gabriel eitel - Lu!as Fi"ueira
Tur#a $%& 'onti()!ia *ni+ersidade Católi!a , Rio de aneiro. &e/arta#ento de En"en0aria Ci+il. Rua Mar1u2s de 3ão %i!ente. 455. 44657-99. Rio de aneiro , R. :rasil Rio de aneiro. 77 de ;un0o de 4975
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7< =ntrodução
A determinação da resistência de determinados materiais a compressão e a tração são de suma importância na engenharia. Sem estas propriedades, não existiriam parâmetros suficientes para a escolha de um material em detrimento do outro. Assim sendo, a determinação da resistência a tração do aço é parte crucial de seu controle tecnológico. Tendo os equipamentos e maquinas necessrias para a mensuração dessa resistência, foi poss!"el notar que a resistência a tração do aço é ele"ada e, por conta disso, o aço é um dos insumos mais utili#ados na construção ci"il, se$a reforçando uma "iga de concreto ou até mesmo sendo o %nico componente do sistema estrutura. &este experimento de determinação da resistência a tração do aço, o ensaio ser controlado atra"és da deformação da 'arra. A uma taxa de carregamento de cerca de (mm)min. Além dos *+Ts existentes na mquina de ensaio, serão utili#ados -strain gages externos aplicados na região central da 'arra, para medir tam'ém a deformação desta.
4< >b;eti+o Tendo em mente a importância das propriedades mecânicas do aço, esta experiência tem por o'$eti"o o'ser"ar o comportamento de uma 'arra ner"urada de aço, com seção trans"ersal constante, so' tração. /'tendo assim, "alores importantes, como a resistência em que a 'arra de aço se rompe. A chamada tensão de ruptura. 0sto é, de acordo com a norma &12 3(45)56(7 8 9ateriais 9etlicos 8 :nsaio de tração ; Temperatura Am'iente.
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$< Material e E1ui/a#entos *tili?ados
• • • •
>ma 'arra de aço ner"urada, para ser posta a tração. 9quina de ensaio uni"ersal 9TS para tracionar a 'arra. *+T do tipo ?lip @auge para medir a deformação da 'arra. Sistema de informação para controle do ensaio.
5< 'ro!edi#entos / procedimento experimental pode ser di"idido em três etapas, para cada etapa existem fotos ilustrando como se deu o experimento. / preparo da amostra de aço é feito atra"és da norma &12 3(45)56(7, que por sua "e#, indica a utili#ação da norma internacional 0S/ 7. Após a preparação da amostra, a 'arra de aço pode ser posicionada na mquina de ensaio uni"ersal 9TS, tomando o de"ido cuidado para que ela se$a posta de maneira correta. :ntão, atra"és de um sistema informati#ado a carga de tração começa a ser aplicada até a 'arra romper. Ainda utili#ando sistemas de informação, podemos o'ter grficos e os "alores pertinentes que queremos determinar. Sem os sistemas informati#ados, ter!amos que anotar os "alores de tensão para cada deformação medida no *+T e traçar os diagramas traçãoBdeformação da 'arra. /'ser"ação= de"eBse ter em mente que os parâmetros de ensaio influenciam nos resultados e, neste caso, o ensaio é reali#ado em temperatura am'iente. A seguir estão imagens do processo de posicionamento da 'arra na mquina.
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Figura 1 2
@< Cál!ulos e &is!usses Após o rompimento da carga, o sistema informati#ado gerou um arqui"o do tipo planilha com os "alores do ensaio, em termos de força axial aplicada e deformação em 4
mm. esta planilha, podemos o'ter o módulo de elasticidade do trecho linear elstico da amostra de aço. / grfico tensão x deformação do corpo de pro"a Cmuito importante na engenharia de materiaisD, além dos pontos e regiEes pertinentes do grfico de tensão x deformação. &o entanto, antes de qualquer medida, de"emos tornar coerente as unidades en"ol"idas no ensaio.
σ =
P A
Equação 1
/nde F é a tensão normal de tração em
ε=
∆L Li
Equação 2
/nde H é a deformação adimensional da 'arra de aço, I* é a "ariação de comprimento da 'arra e *i é o comprimento inicial. Ja#endo estas alteraçEes na planilha, $ podemos plotar o grfico tensão C9
A'aixo est ilustrado o grfico em questão.
a anlise do grfico, "emos que durante o ensaio, a 'arra Flp, Fle
foi
Flres
de aço
descarregada duas "e#es, uma antes de se plastificar e a
outra $ com a 'arra de aço plastificada. +emos que existem 7 retas paralelas no grfico, a primeira representa a parte elstica da 'arra de aço, a segunda e a terceir a representam o Flrup 5
descarregamento. Kualquer uma dessas 7 retas pode ser utili#ada para determinar o módulo de elasticidade.
Figura 1
AB =360,073044 −0,85214053 =359,22090347 MPa
CA = 0,001775200445 −6,1765605052 ∗1 0
( )
E= tan α
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−
=
0,0001769023884
mm mm
AB =
CA
Equação 3 E=
359,22090347 0,0001769023884
=
203 GPa
+emos, portanto que o módulo de elasticidade da 'arra de aço em questão é de aproximadamente 566 @
6
Além disso, tam'ém é poss!"el destacar alguns pontos not"eis no grfico, tais quais=
- Bl/ e Ble= indicam que a tensão limite de proporcionalidade e a tensão limite de elasticidade coincidem em um mesmo ponto. Tendo um "alor aproximado de LM6 9
- Blres indica a tensão %ltima da 'arra de aço, a tensão mxima atingida pela 'arra durante a estrição, por "alores aproximados, a tensão limite de resistência é da ordem de 4M4 9
- Blru/ indica a tensão de ruptura, ou a tensão com a qual a 'arra de aço atingiu a deformação mxima e rompeu. A tensão limite de ruptura, pelo grfico, gira em torno de L46 9
Lf = Li∗( 1 + ε )
Equação
/u se$a, antes de romper, a 'arra que inicialmente tinha (6 cm de comprimento, passou a ter=
Lf =10∗( 1 + 0,00908 ) ≈ 10,1 cm
+emos, portanto, que o trecho da 'arra com *+T se alongou aproximadamente (mm durante o ensaio. /'ser"ação= no clculo foi utili#ada a deformação mxima. 7
Ainda so're o grfico, deste foram destacadas quatro regiEes, a primeira delas= B 2egião elstica, onde o material mantém o seu comprimento após descarregado. B 2egião de escoamento, onde o material plastifica. B 2egião de endurecimento por deformação B 2egião de estrição, onde a seção trans"ersal da 'arra começa a diminuir, de"ido a tração.
D< Con!luses
Após este ensaio podemos concluir que, de fato, o aço é resistente a tração e pode ser aplicado em in%meras ocasiEes, além disse, sua tenacidade e ductilidade tam'ém são ele"adas, permitindo, assim, que o aço se alongue 'astante, so' tração, antes de se romper. Tam'ém é poss!"el notar a importância deste tipo de ensaio e seus parâmetros. Tendo em "ista que, para cada com'inação de parâmetros, teremos resultados diferentes, todo ensaio que tenha por o'$eti"o determinar propriedade de algum material é normali#ado. /u se$a, existem métodos que permitem determinar estas propriedades sem grandes "ariaçEes destas de um ensaio para outro. /s resultados o'tidos neste experimento explanam e consolidam a posição do aço como um dos principais insumos da construção ci"il e tam'ém de outras reas, como por exemplo, a :ngenharia 9ecânica, na construção de maquinrios e peças.
8< :iblio"ra(ia B N011:*:2. 2esistência dos 9ateriais. B A1&T &12 3(45)56(7 8 9ateriais metlicos 8 :nsaio de tração a temperatura am'iente.
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