Ensaio de Cisalhamento

Ensaio de Cisalhamento

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Apresentação

Ensaiar é preciso!

Como você se sentiria se a chave que acabou de mandar fazer quebrasse ao dar a primeira volta na fechadura? Ou se a jarra de vidro refratário que a propaganda diz que pode ir do fogão ao freezer trincasse ao ser enchida com água fervente? Ou ainda, se o seu guarda-chuva virasse ao contrário em meio a um temporal?

É. Hoje em dia ninguém se contenta com objetos que apresentem esses resultados. Mas por longo tempo essa foi a única forma de avaliar a qualidade de um produto!

Nos séculos passados, como a construção dos objetos era essencialmente artesanal, não havia um controle de qualidade regular dos produtos fabricados.

Avaliava-se a qualidade de uma lâmina de aço, a dureza de um prego, a pintura de um objeto simplesmente pelo próprio uso.

Um desgaste prematuro que conduzisse à rápida quebra da ferramenta era o método racional que qualquer um aceitava para determinar a qualidade das peças, ou seja, a análise da qualidade era baseada no comportamento do objeto depois de pronto.

O acesso a novas matérias-primas e o desenvolvimento dos processos e fabricação obrigaram à criação de métodos padronizados de produção, em todo o mundo. Ao mesmo tempo, desenvolveram-se processos e métodos de controle de qualidade dos produtos.

Atualmente, entende-se que o controle de qualidade precisa começar pela matéria-prima e deve ocorrer durante todo o processo de produção, incluindo a inspeção e os ensaios finais nos produtos acabados.

Nesse quadro, é fácil perceber a importância dos ensaios de materiais: é por meio deles que se verifica se os materiais apresentam as propriedades que os tornarão adequados ao seu uso.

Que propriedades são essas, que podem ser verificadas nos ensaios?

É bom refrescar a memória, para entender com mais facilidade os assuntos que virão. Ao terminar desta apresentação, você conhecerá algumas propriedades físicas e químicas que os materiais precisam ter para resistirem às solicitações a que serão submetidos durante seu tempo de vida útil. Saberá quais são os tipos de ensaios simples que podem ser realizados na própria oficina, sem aparatos especiais.

Para que servem os ensaios

Se você parar para observar crianças brincando de cabo-de-guerra, ou uma dona de casa torcendo um pano de chão, ou ainda um ginasta fazendo acrobacias numa cama elástica, verá alguns exemplos de esforços a que os materiais estão sujeitos durante o uso.

Veja a seguir a representação esquemática de alguns tipos de esforços que afetam os materiais.

É evidente que os produtos têm de ser fabricados com as características

necessárias para suportar esses esforços. Mas como saber se os materiais presentam tais características?

Realizando ensaios mecânicos! Os ensaios mecânicos dos materiais são procedimentos padronizados que compreendem testes, cálculos, gráficos e consultas a tabelas, tudo isso em conformidade com normas técnicas.

Realizar um ensaio consiste em submeter um objeto já fabricado ou um material que vai ser processado industrialmente a situações que simulam os esforços que eles vão sofrer nas condições reais de uso, chegando a limites extremos de solicitação.

Onde são feitos os ensaios

Os ensaios podem ser realizados na própria oficina ou em ambientes

especialmente equipados para essa finalidade: os laboratórios de ensaios.

Os ensaios fornecem resultados gerais, que são aplicados a diversos casos, e devem poder ser repetidos em qualquer local que apresente as condições adequadas.

Um exemplo que pode se feito na oficina:

Ensaio por lima - É utilizado para verificar a dureza por meio do corte do cavaco. Quanto mais fácil é retirar o cavaco, mais mole o material. Se a ferramenta desliza e não corta, podemos dizer que o material é duro.

Por meio desse tipo de ensaio não se obtêm valores precisos, apenas conhecimentos de características específicas do material.

Os ensaios podem ser realizados em protótipos, no próprio produto final ou em corpos de prova e, para serem confiáveis, devem seguir as normas técnicas estabelecidas.

Imagine que uma empresa resolva produzir um novo produto. Antes de lançar comercialmente o novo produto, o fabricante quer saber, com segurança, como será seu comportamento na prática.

Para isso, ele ensaia as matérias-primas, controla o processo de fabricação e produz uma pequena quantidade desse produto, que passam a ser os protótipos.

Cada um desses produtos será submetido a uma série de testes que procurarão reproduzir todas as situações de uso cotidiano. Pode ser testado em materiais diversos, ou sobre o mesmo material por horas seguidas. Os resultados são analisados e servem como base para o aperfeiçoamento do produto.

Os ensaios de protótipos são muito importantes, pois permitem avaliar se o produto testado apresenta características adequadas à sua função. Os resultados obtidos nesses testes não podem ser generalizados, mas podem servir de base para outros objetos que sejam semelhantes ou diferentes.

Já os ensaios em corpos de provas, realizados de acordo com as normas técnicas estabelecidas, em condições padronizadas, permitem obter resultados de aplicação mais geral, que podem ser utilizados e reproduzidos em qualquer lugar.

Propriedades dos materiais

Todos os campos da tecnologia, especialmente aqueles referentes à construção de máquinas e estruturas, estão intimamente ligados aos materiais e às suas propriedades.

Tomando como base as mudanças que ocorrem nos materiais, essas propriedades podem ser classificadas em dois grupos:

-físicas;

-químicas.

Se colocamos água fervente num copo descartável de plástico, o plástico amolece e muda sua forma. Mesmo mole, o plástico continua com sua composição química inalterada. A propriedade de sofrer deformação sem sofrer mudança na composição química é uma propriedade física.

Por outro lado, se deixarmos uma barra de aço-carbono (ferro + carbono) exposta ao tempo, observaremos a formação de ferrugem (óxido de ferro: ferro + oxigênio). O aço-carbono, em contato com o ar, sofre corrosão, com mudança na sua composição química. A resistência à corrosão é uma propriedade química.

Entre as propriedades físicas, destacam-se as propriedades mecânicas, que se referem à forma como os materiais reagem aos esforços externos, apresentando deformação ou ruptura.

Quando você solta o pedal da embreagem do carro, ele volta à posição de origem graças à elasticidade da mola ligada ao sistema acionador do pedal.

A estampagem de uma chapa de aço para fabricação de um capô de

automóvel, por exemplo, só é possível em materiais que apresentem plasticidade suficiente. Plasticidade é a capacidade que um material tem de apresentar deformação permanente apreciável, sem se romper.

Ensaio de cisalhamento

Introdução

Pode ser que você não tenha se dado conta, mas já praticou o cisalhamento muitas vezes em sua vida. Afinal, ao cortar um tecido, ao fatiar um pedaço de queijo ou cortar aparas do papel com uma guilhotina, estamos fazendo o cisalhamento.

No caso de metais, podemos praticar o cisalhamento com tesouras, prensas de corte, dispositivos especiais ou simplesmente aplicando esforços que resultem em forças cortantes. Ao ocorrer o corte, as partes se movimentam paralelamente, por escorregamento, uma sobre a outra, separando-se. A esse fenômeno damos o nome de cisalhamento.

Todo material apresenta certa resistência ao cisalhamento. Saber até onde vai esta resistência é muito importante, principalmente na estamparia, que envolve corte de chapas, ou nas uniões de chapas por solda, por rebites ou por parafusos, onde a força cortante é o principal esforço que as uniões vão ter de suportar.

Você ficará conhecendo dois modos de calcular a tensão de cisalhamento: realizando o ensaio de cisalhamento e utilizando o valor de resistência à tração do material. E ficará sabendo como são feitos os ensaios de cisalhamento de alguns componentes mais sujeitos aos esforços cortantes.

A força que produz o cisalhamento

Ao estudar os ensaios de tração e de compressão, você ficou sabendo que, nos dois casos, a força aplicada sobre os corpos de prova atua ao longo do eixo longitudinal do corpo.

No caso do cisalhamento, a força é aplicada ao corpo na direção perpendicular ao seu eixo longitudinal.

Esta força cortante, aplicada no plano da seção transversal (plano de tensão), provoca o cisalhamento.

Como resposta ao esforço cortante, o material desenvolve em cada um dos pontos de sua seção transversal uma reação chamada resistência ao cisalhamento.

A resistência de um material ao cisalhamento, dentro de uma determinada situação de uso, pode ser determinada por meio do ensaio de cisalhamento.

Como é feito o ensaio de cisalhamento

A forma do produto final afeta sua resistência ao cisalhamento. São por essa razão que o ensaio de cisalhamento é mais freqüentemente feito em produtos acabados, tais como pinos, rebites, parafusos, cordões de solda, barras e chapas.

É também por isso que não existem normas para especificação dos corpos de prova. Quando é o caso, cada empresa desenvolve seus próprios modelos, em função das necessidades.

Do mesmo modo que nos ensaios de tração e de compressão, a velocidade de aplicação da carga deve ser lenta, para não afetar os resultados do ensaio.

Normalmente o ensaio é realizado na máquina universal de ensaios, à qual se adaptam alguns dispositivos, dependendo do tipo de produto a ser ensaiado.

Para ensaios de pinos, rebites e parafusos utilizam-se um dispositivo como o que está representado simplificadamente na figura a seguir. Fig.1.

O dispositivo é fixado na máquina de ensaio e os rebites, parafusos ou pinos são inseridos entre as duas partes móveis.

Ao se aplicar uma tensão de tração ou compressão no dispositivo, transmite se uma força cortante à seção transversal do produto ensaiado. No decorrer do ensaio, esta força será elevada até que ocorra a ruptura do corpo.

No caso de ensaio de solda, utilizam-se corpos de prova semelhantes aos empregados em ensaios de pinos. Só que, em vez dos pinos, utilizam-se junções soldadas.

Para ensaiar barras, presas ao longo de seu comprimento, com uma extremidade livre, utiliza-se o dispositivo abaixo:

Fig.1.

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