LISTA 06 - MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I

Prévia do material em texto

Universidade Federal de Campina Grande 
Centro de Tecnologia e Recursos Naturais 
Unidade Acadêmica de Engenharia Civil 
Disciplina: Materiais de Construção I 
Professora: Lêda Christiane Lucena. 
Aluno (a): 
 
1) A dureza é uma propriedade mecânica largamente utilizada em estudos e 
pesquisas mecânicas e metalúrgicas, e principalmente na especificação e 
comparação de materiais. Quais os principais métodos de determinação de 
dureza de um material? Disserte sobre cada um deles. 
Os principais métodos utilizados são os ensaios de determinação de dureza dos 
materiais, que são os seguintes: Brinell, Rockwell, Vickers e Knoop. 
 Brinell: É empregado principalmente em materiais metálicos. O teste típico 
consiste na utilização de um penetrador de formato esférico com 10 mm de 
diâmetro (dependendo do material podem ser utilizados diâmetros iguais a 1; 2,5 
e 5 mm) confeccionadas em aço temperado ou em carboneto de tungstênio. A 
carga aplicada durante o ensaio de dureza Brinell varia entre 1 a 3000 kgf e é 
mantida por um período entre 10 ou 15 segundos, no caso de ferro fundido ou aço, 
e pelo menos durante 30 segundos em outros materiais. A carga aplicada é função 
do grau de carga (que varia de acordo com o material que será submetido ao 
ensaio) e do diâmetro do penetrador; 
 Rockwell: É um método de medição direta da dureza e um dos mais utilizados 
para determinação dessa propriedade. O valor de dureza (HR) é determinado pela 
diferença entre a profundidade de penetração resultante da aplicação de uma 
pequena carga (pré-carga), seguida por outra de maior intensidade. Uma vez que 
os resultados são lidos diretamente na máquina de ensaio, elimina-se a 
probabilidade de erros humanos e não requer habilidades especiais do operador, 
conferindo agilidade e rapidez ao método; 
 Vickers: Utiliza um único tipo de penetrador que consiste em uma pirâmide de 
diamante de base quadrada e com ângulo entre as faces opostas igual a 136°. O 
valor da dureza Vickers (HV), assim como no método Brinell é determinado pela 
razão entre a carga aplicada (kgf) e a área superficial da impressão (mm2). Desse 
modo, também é necessária a habilidade do operador para determinação do 
tamanho das diagonais impressas no metal analisado, que é feita com o auxílio de 
lentes objetivas. 
 Knoop: É um ensaio de microdureza em que se é produzida uma impressão 
microscópica e utiliza-se de penetradores de diamante e cargas menores que 1 kgf. 
A área da impressão obtida neste ensaio é de cerca de 15% da área que 
corresponde ao ensaio Vickers, enquanto que a sua profundidade da impressão é 
menor que a metade. O ensaio Knoop permite a determinação da dureza de 
materiais frágeis, como por exemplo: vidros, camadas finas (películas de tinta ou 
camadas eletrodepositadas), entre outros. 
2) A Fadiga é observada em estruturas com estado de tensões bem abaixo da 
tensão de ruptura quando se pode desenvolver um acúmulo do dano com 
cargas cíclicas continuadas conduzindo a uma falha do componente ou 
estrutura. Os materiais apresentam um comportamento em função do 
número de ciclos, conforme o gráfico a seguir. 
 
a) Explique quais os fatores que podem influenciar a resistência a fadiga dos 
materiais e determine quais as medidas que podem ser tomadas para 
aumentar essa resistência. 
A exposição alternada aos diferentes tipos de esforços existentes – como os de 
tração, compressão, flexão e torção – podem ocasionar a fadiga para um determinado 
material. As medidas tomadas para o aumento da resistência à fadiga de um material são 
as seguintes: redução do nível médio de tensões; eliminação de descontinuidades e cantos 
vivos; polimento de superfícies; imposição de tensões residuais compressivas; e 
enrijecimento da superfície por nitretação. 
b) Explique o que é a vida em fadiga e as diferenças da curva do alumínio e do 
aço 1045 e comente sobre os limites de resistência à fadiga nos dois casos. 
A vida em fadiga é o número de ciclos suportados até que ocorra a ruptura do 
material. Esta se relaciona aos dois primeiros processos (iniciação e propagação), já que 
a contribuição do terceiro (falha) é negligível. No caso de materiais como o aço, o gráfico 
apresenta curva crescente. No caso da maioria dos materiais, principalmente para os 
metais não ferrosos, como é o caso do alumínio, a curva do diagrama S–N apresentada é 
decrescente. Por isso a importância da definição correta do número de ciclos (N) 
correspondente ao seu limite ou resistência à fadiga. No caso do alumínio, o ensaio pode 
levar até 50 milhões de ciclos para definir a sua resistência à fadiga. 
c) Explique detalhadamente as diferenças entre fadiga, fluência e fratura. 
 Fadiga: É a ruptura de componentes sobre uma carga bem abaixo da carga 
máxima suportada pelo material. Este fenômeno ocorre pelas solicitações cíclicas 
repetitivas, que podem ser exemplificadas como vibrações ou impactos. A ruptura 
acontece a partir de uma pequena falha superficial que se propaga no material e 
que vai crescendo pela ação das solicitações cíclicas sobre o mesmo; 
 Fluência: É a deformação plástica que ocorre em um material que recebe uma 
tensão constante, ou quase, em função do tempo. Ele é influenciado pela 
temperatura do material. Esta deformação ocorre pela movimentação das falhas 
que existem na estrutura cristalina dos metais. Muito metais podem exibir este 
fenômeno em temperaturas normais (ambiente) enquanto outros podem resistir a 
seus efeitos mesmo expostos a altas temperaturas; 
 Fratura: A fratura consiste na separação de um material, em duas ou mais partes, 
devido a aplicação de uma carga (constante ou não) às temperaturas baixas em 
relação ao ponto de fusão do material em questão. As fraturas produzidas devido 
a uma carga podem ser frágeis ou dúcteis, onde a primeira apresenta aspecto 
cristalino já as dúcteis têm aparência fibrosa. 
3) Pontes de aço normalmente estão sujeitas a carregamentos cíclicos de 
amplitude variável com tipo e frequência de tráfego ao acaso. Devido a 
defeitos como trincas, porosidades, inclusões, defeitos de soldagem e 
pormenores inadequados inerentes ao material, ao processo de fabricação ou 
ao projeto, podem ser produzidas grandes concentrações de tensões nestes 
locais e consequentemente o processo de fadiga pode iniciar-se até mesmo 
numa fase bastante inicial de uso da estrutura. Explique quais os fatores que 
podem influenciar a resistência à fadiga dos materiais e determine quais as 
medidas que podem ser tomadas para aumentar essa resistência. 
Os fatores que influenciam a resistência à fadiga são: 
a) Acabamento superficial (revestimento): as irregularidades, defeitos na superfície, 
funcionam como um entalhe que aumenta as concentrações de tensões gerando 
tensões residuais na superfície da peça que tendem a diminuir a resistência à 
fadiga; 
b) Geometria e tamanho da peça: a resistência à fadiga é muito afetada pela 
descontinuidade das peças ou materiais; 
c) Concentrações de tensões: os níveis de concentração médios interferem nas 
condições normais de resistência dos materiais; 
d) Estado de tensões: Os estados das tensões afetam diretamente nas condições de 
resistência; 
e) Meio ambiente: as condições térmicas de um ambiente e o seu nível de 
corrosividade afetam a resistência dos materiais; 
f) Temperatura: a temperatura do material afeta nas condições de resistência à 
fadiga; 
g) Material e tratamento térmico: Um tratamento inadequado adotado para um 
material também influencia suas condições. 
As medidas tomadas para o aumento da resistência à fadiga de um material são as 
seguintes: redução do nível médio de tensões; eliminação de descontinuidades e cantos 
vivos; polimento de superfícies; imposição de tensões residuais compressivas; e 
enrijecimento da superfície por nitretação. 
4) Explique a importância do ensaio de fratura para a construção civil.No ramo da construção civil, se torna necessário que os materiais utilizados 
possam ser avaliados de acordo com as características e propriedades conhecidas destes 
materiais. Dito isso, se faz necessário a existência métodos que forneçam dados sobre 
material utilizado. Dentre esses métodos, pode-se citar o ensaio de fratura. O ensaio de 
fratura fornece informações sobre a resistência do material, o metal, como por exemplo 
algumas circunstancias como: o limite de resistência à tração, o limite de escoamento, o 
módulo de elasticidade, a resiliência, a tenacidade e a ductilidade. Além de ser um ensaio 
de fácil execução e reprodução, ele fornece um controle maior acerca das especificações 
dos materiais.