[Ensaios Destrutivos e Não Destrutivos] Aula 05 - Ensaio de Compressão

[Ensaios Destrutivos e Não Destrutivos] Aula 05 - Ensaio de Compressão

Prof. BrennoFerreira de Souza –Engenheiro Metalúrgico

Introdução

Podemos observar o esforço de compressão na construção mecânica, principalmente em estruturas e em equipamentos como suportes, bases de máquinas, barramentos etc.

Às vezes, a grande exigência requerida para um projeto é a resistência à compressão.

Nesses casos, o projetista deve especificar um material que possua boa resistência à compressão, que não se deforme facilmente e que assegure boa precisão dimensional quando solicitado por esforços de compressão.

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Introdução

O ensaio de compressão é o mais indicado para avaliar essas características, principalmente quando se trata de materiais frágeis, como ferro fundido, madeira, pedra e concreto.

É também recomendado para produtos acabados, como molas e tubos.

Porém, não se costuma utilizar ensaios de compressão para os metais.

Serão vistas as razões que explicam o pouco uso dos ensaios de compressão na área da mecânica, serão analisadas as semelhanças entre o esforço de compressão e o esforço de tração, já estudado nas aulas anteriores, e demonstrados os procedimentos para a realização do ensaio de compressão.

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Compressão x Tração

De modo geral, podemos dizer que a compressão é um esforço axial, que tende a provocar um encurtamento do corpo submetido a este esforço.

Nos ensaios de compressão, os corpos de prova são submetidos a uma força axial para dentro, distribuída de modo uniforme em toda a seção transversal do corpo de prova.

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Compressão x Tração

Do mesmo modo que o ensaio de tração, o ensaio de compressão pode ser executado na máquina universal de ensaios, com a adaptação de duas placas lisas - uma fixa e outra móvel.

É entre elas que o corpo de prova é apoiado e mantido firme durante a compressão.

As relações que valem para a tração valem também para a compressão.

Isso significa que um corpo submetido a compressão também sofre uma deformação elástica e a seguir uma deformação plástica.

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Compressão x Tração

Na fase de deformação elástica, o corpo volta ao tamanho original quando se retira a carga de compressão.

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Compressão x Tração

Na fase de deformação plástica, o corpo retém uma deformação residual depois de ser descarregado.

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Compressão x Tração

Nos ensaios de compressão, a lei de Hooke também vale para a fase elástica da deformação, e é possível determinar o módulo de elasticidade para diferentes materiais.

Na compressão, as fórmulas para cálculo da tensão, da deformação e do módulo de elasticidade são semelhantes às que já foram demonstradas em aulas anteriores para a tensão de tração.

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Compressão x Tração 9

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Exercício

Um corpo de prova de aço com diâmetro d =

20mm e comprimento L = 60mm será submetido a um ensaio de compressão.

Se for aplicada uma força F de 100.0 N, qual a tensão absorvida pelo corpo de prova (T) e qual a deformação do mesmo (e) e o comprimento final (Lf)?

• O módulo de elasticidade do aço (E) é igual a 210.0 MPa.

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Ensaios de Compressão

Materiais dúcteis e materiais frágeis, especificamente metais, comportam-se diferentemente no ensaio de compressão.

Enquanto os metais frágeis rompem praticamente sem fase elástica, os metais dúcteis sofrem grande deformação na fase plástica, às vezes sem atingir a ruptura.

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Ensaio de Materiais Dúcteis

Nos materiais dúcteis a compressão vai provocando uma deformação lateral apreciável.

Essa deformação lateral prossegue com o ensaio até o corpo de prova se transformar num disco, sem que ocorra a ruptura.

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Ensaio de Materiais Dúcteis

É por isso que o ensaio de compressão de materiais dúcteis fornece apenas as propriedades mecânicas referentes à zona elástica.

As propriedades mecânicas mais avaliadas por meio do ensaio são:

• limite de proporcionalidade, • limite de escoamento,

• módulo de elasticidade.

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Ensaio de Materiais Dúcteis

A tensão de ruptura depende da geometria do corpo de prova e das condições de lubrificação, portanto não é comparável com resultados obtidos de outra forma.

Em conseqüência, o limite de resistência não pode ser especificado como propriedade do material testado.

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Ensaio de Materiais Dúcteis

O comprimento útil para a medição das deformações deve estar afastado das superfícies de contato do corpo de prova com a máquina de ensaio.

O valor recomendável é de 1 diâmetro para o afastamento.

O comprimento útil deve estar centrado em relação ao centro do corpo de prova.

As relações L/D para os materiais dúcteis ficam usualmente entre 3 e 8.

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Ensaio de Materiais Dúcteis

Valores típicos obtidos nos ensaios de tração e de compressão são mostrados na tabela abaixo, para alguns aços.

Vale observar que os valores das tensões LP e LC na compressão são em geral maiores do que as correspondentes na tração.

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Ensaio de Materiais Frágeis

O ensaio de compressão é mais utilizado para materiais frágeis.

Uma vez que nesses materiais a fase elástica é muito pequena, não é possível determinar com precisão as propriedades relativas a esta fase.

A única propriedade mecânica que é avaliada nos ensaios de compressão de materiais frágeis é o seu limite de resistência à compressão.

Do mesmo modo que nos ensaios de tração, o limite de resistência à compressão é calculado pela carga máxima dividida pela seção original do corpo de prova.

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Ensaio de Materiais Frágeis

Relembrando:

Fórmula matemática para cálculo do limite de resistência:

onde Fmax corresponde à carga máxima atingida após o escoamento e So corresponde à área inicial da seção.

O limite de resistência á compressão para materiais frágeis é aproximadamente 8 vezes maior do que o limite correspondente obtido no ensaio de tração.

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Exercícios 2

Qual o limite de resistência à compressão (LR) de um material que tem 400mm² de área da seção transversal e que se rompeu com uma carga de 760 kN?

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Ensaios de Compressão em Produtos Acabados

Ensaios de achatamento em tubos:

• Consistem em colocar uma amostra de um segmento de tubo deitada entre as placas da máquina de compressão e aplicar carga até achatar a amostra.

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Ensaios de Compressão em Produtos Acabados

A distância final entre as placas, que varia conforme a dimensão do tubo, deve ser registrada.

O resultado é avaliado pelo aparecimento ou não de fissuras, ou seja, rachaduras, sem levar em conta a carga aplicada.

Este ensaio permite avaliar qualitativamente a ductilidade do material, do tubo e do cordão de solda do mesmo, pois quanto mais o tubo se deformar sem trincas, mais dúctil será o material.

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Ensaios de Compressão em Produtos Acabados

Ensaios em molas:

• Para determinar a constante elástica de uma mola, ou para verificar sua resistência, faz-se o ensaio de compressão.

Para determinar a constante da mola, constrói-se um gráfico tensão-deformação, obtendo-se um coeficiente angular que é a constante da mola, ou seja, o módulo de elasticidade.

Por outro lado, para verificar a resistência da mola, aplicam-se cargas predeterminadas e mede-se a altura da mola após cada carga.

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Ensaios de Compressão em Produtos Acabados

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Limitações

O ensaio de compressão não é muito utilizado para os metais em razão das dificuldades para medir as propriedades avaliadas neste tipo de ensaio.

Os valores numéricos são de difícil verificação, podendo levar a erros.

Um problema que sempre ocorre no ensaio de compressão é o atrito entre o corpo de prova e as placas da máquina de ensaio.

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Limitações

A deformação lateral do corpo de prova é barrada pelo atrito entre as superfícies do corpo de prova e da máquina.

Para diminuir esse problema, é necessário revestir as faces superior e inferior do corpo de prova com materiais de baixo atrito (parafina, teflon, graxa grafitizada, etc).

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Limitações

Outro problema é a possível ocorrência de flambagem, isto é, encurvamento do corpo de prova.

Isso decorre da instabilidade na compressão do metal dúctil.

Dependendo das formas de fixação do corpo de prova, há diversas possibilidades de encurvamento, conforme mostra a figura ao lado.

A flambagem ocorre principalmente em corpos de prova com comprimento maior em relação ao diâmetro.

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Limitações

Por esse motivo, dependendo do grau de ductilidade do material, é necessário limitar o comprimento dos corpos de prova, que devem ter de 3 a 8 vezes o valor de seu diâmetro.

Em alguns materiais muito dúcteis esta relação pode chegar a 1:1 (um por um).

Outro cuidado a ser tomado para evitar a flambagem é o de garantir o perfeito paralelismo entre as placas do equipamento utilizado no ensaio de compressão.

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Limitações

Deve-se centrar o corpo de prova no equipamento de teste, para garantir que o esforço de compressão se distribua uniformemente.

Em qualquer um dos casos – metais dúcteis ou frágeis - é importante que os corpos de prova tenham uma relação adequada entre comprimento e diâmetro (L/D) para evitar o aparecimento de flambagem e modos de deformação por cisalhamento.

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Exercícios

1. Garantir o paralelismo entre as placas da máquina de ensaio e limitar o comprimento dos corpos de prova, nos ensaios de compressão, são cuidados necessários para evitar a) ( ) a flambagem; b) ( ) o atrito; c) ( ) a ruptura; d) ( ) o achatamento.

2. Na compressão de metais dúcteis não é possível determinar: a) ( ) o limite elástico; b) ( ) o limite de escoamento; c) ( ) a deformação; d) ( ) o limite de ruptura.

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Exercícios

3. Nos ensaios de compressão de materiais frágeis, a propriedade mecânica avaliada é:

a) ( ) limite de proporcionalidade; b) ( ) limite de elasticidade; c) ( ) limite de resistência; d) ( ) limite de escoamento.

4. Ensaios de compressão costumam ser realizados em produtos acabados, tais como:

a) ( ) barras e chapas; b) ( ) tubos e molas; c) ( ) molas e mancais; d) ( ) tubos e discos.

5. Sabendo que um ferro fundido apresenta 200 Mpa de resistência à tração, qual o valor aproximado da resistência à compressão deste material?

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Niquelândia, 2011 brenno.senai@sistemafieg.org.br 31

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