Relatrio_2_Trao_Natalia_Fonseca

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ – UNIFEI 
 
 
 
 
 
 
Natalia Cristina da Fonseca - 2020027856 - T01 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Experimento 2 – Ensaio de Tração 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Itajubá 
2021
 
 
 
Natalia Cristina da Fonseca – 2020027856 – T01 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Experimento 2 – Ensaio de Tração 
 
 
Relatório técnico do experimento 2 – Experimento 
de Ensaio de Tração na disciplina de Resistências 
dos Materiais Experimental no curso de Engenharia 
Ambiental, da Universidade Federal de Itajubá 
 
Prof. Dr. Leonardo Kyo Kabayama. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Itajubá 
2021
 
1 - JUSTIFICATIVA 
 
O experimento 2 consistiu em fazer um ensaio de tração que tem como intuito principal 
determinar o comportamento de tipos de materiais que são solicitados ao carregamento uniaxial 
de tração. Se baseia nas normas técnicas: ASTM E 8M-01 – Tension Testing of Metallic 
Materials (Metric) e NBR 6152. 
O ensaio de tração consiste na aplicação de uma força de tração axial num corpo de 
prova que é padronizado, promovendo assim uma deformação no material na direção do esforço 
e que tende ao seu alongamento até ele se fraturar. Quando estamos tratando do campo de 
engenharia o ensaio de tração é um ensaio extremamente importante para o desenvolvimento 
de um novo produto, também na conferência de matéria prima ou num produto já terminado ele 
vai avaliar se este possui características como segurança e eficiência relacionadas ao seu uso. 
Sendo assim o ensaio de tração é de grande importância, pois viabiliza a obtenção de 
várias características no modo prático e de uma forma padronizada, o que nos permite diversas 
análises comparativas, sempre buscando a melhoria de processos e de produtos. 
 
 
2 - OBJETIVO 
 
Determinar a resistência à tração e também as demais propriedades mecânicas do Aço 
Carbono ABNT 1020, através do experimento 2 que consiste no ensaio de tração realizado 
seguindo a norma NBR 6152/ASTM E8. E assim determinar o comportamento dos materiais 
utilizados quando solicitados pelo carregamento Uniaxial de Tração. E com isso determinar 
para o estudo de caso o valor da carga P capaz de gerar deflexão na barra rígida e o alongamento 
estrutural no corpo de prova. 
 
 
3 - Materiais e Métodos 
 
 Para a realização do experimento foi utilizado o seguinte material e suas respectivas 
medidas: 
 
 3.1 Materiais 
 
● Corpo de Prova de Aço Carbono ABNT 1020; (Figura 1). 
 
 
 Comprimento Inicial ( 𝐿𝑜 ): 60,00 mm 
 Largura (b): 12,67 mm 
 Espessura (t): 3,30 mm 
 
 
 Área da Seção Transversal (𝐴𝑜) : 41,811m𝑚2. 
 
 
 
 
 
 Figura 1 - Corpo de Prova 
 
 Fonte: https://youtu.be/SyVL-nZMuIc 
 
Descrição do material: 
● Aço Carbono ABNT 1020 - É um aço com boa soldabilidade, boa forjabilidade, 
baixa resistência mecânica e baixa usinabilidade. 
 
 
3.2 - Equipamentos: 
 
Para a realização desse experimento foram utilizados alguns equipamentos, são eles: 
 
● Máquina Universal de Ensaios EMIC: Modelo DL-3000, capacidade de 30kN; 
(Figura 2); 
 
● Paquímetro Digital STARRET Modelo 727-8/200 (Figura 3); 
 
● Extensômetro (Figura 4); 
 
● Computador (Figura 2); 
 
● Software Tesc (Figura 2); 
 
 
 
 
 
 
https://youtu.be/SyVL-nZMuIc
 
 
 Figura 2: Máquina Universal de Ensaio 
 
 
Fonte: Slide do Professor 
 
 
 
 
 Figura 3: Paquímetro Digital STARRET Modelo 727-8/200 
 
 Fonte: https://youtu.be/SyVL-nZMuIc 
 
 
 Figura 4: Extensômetro 
 
 Fonte:https://youtu.be/V0Mr3X7oaT8 
 
 
 
https://youtu.be/SyVL-nZMuIc
https://youtu.be/V0Mr3X7oaT8
 
 
 
3.3 - MÉTODOS 
 
 
Inicialmente para a realização do ensaio, foi realizada a seleção do corpo de prova e 
logo em seguida foram feitas as medições que determinaram seu comprimento inicial ( 𝐿𝑖 ), 
largura (b) e espessura (t) por meio do Paquímetro Digital STARRET Modelo 727-8/200. Feito 
isso, o próximo passo foi o de fixar o corpo de prova entre as garras da Máquina Universal de 
Ensaio, e sobre a sua região útil foi fixado o extensômetro, o comprimento inicial do 
extensômetro também é fixo e foi de 50mm. 
Dessa maneira foi aplicado uma carga de tração crescente e com uma velocidade 
constante igual a 5mm/min. Ao decorrer do experimento pode-se observar o surgimento de 
linhas de escoamento que são as linhas esbranquiçadas que aparecem no corpo de prova, essas 
linhas são chamadas de Banda de Lurdes. A força sobre o material foi aplicada até que ele 
alcançasse a sua fratura, levou um tempo aproximado de 7 minutos. 
Após isso, o corpo de prova foi retirado da máquina e dessa maneira foi possível 
visualizar e analisar seu alongamento e sua região fraturada, foram realizadas novas medições. 
Este ensaio de tração ocorreu em condições normais tanto de temperatura quanto de pressão. 
Em resumo foi produzido um deslocamento que produziu o alongamento no corpo de prova. 
Ao decorrer do ensaio a máquina universal de ensaio se comunicou com o computador 
e o software Tesc, e com isso foi possível visualizar a intensidade da força aplicada e o 
deslocamento sofrido pelo corpo de prova ao decorrer do tempo. Com esses valores foram 
realizados os cálculos necessários para que fosse construído um gráfico de Tensão (Mpa) em 
função da Deformação (%). As fórmulas utilizadas para esse cálculos podem ser visualizadas a 
seguir: 
 
𝜎 = 𝐹
𝐴𝑜
 (1) 𝜀 = 𝛿
𝐿𝑜
 (2) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 - RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
 
Por meio dos dados coletados no experimento 2, foi possível realizar a elaboração de 
um gráfico de Tensão (Mpa) x Deformação (mm/mm), os valores demonstrados no gráfico 
correspondem às tensões e deformações atuantes no corpo de prova utilizado nesse ensaio até 
que ele atingisse seu ponto de ruptura, esses dados foram calculados com a ajuda do programa 
Excel e depois esses valores foram enviados para o programa ORIGIN 2018 que foi responsável 
pela criação do gráfico a seguir: 
 Gráfico 1: Tensão x Deformação 
0,0 0,2 0,4
0
100
200
300
400
T
e
n
s
ã
o
 (
M
p
a
)
Deformação (mm/mm)
Tensão x Deformação 
 
 Fonte: Autoria Própria 
 
Com o nosso gráfico já plotado, podemos agora determinar algumas propriedades que 
foram pedidas no estudo de caso, são elas: limite de resistência a tração, tensão de ruptura e 
limite de escoamento, esses dados podem ser visualizados na tabela 3. 
 
Como já determinamos as propriedades que são obtidas pelo gráfico 1, agora iremos 
realizar uma análise mais aprofundada e com alguns cálculos iremos determinar as demais 
propriedades pedidas no estudo de caso, são elas: Módulo de Elasticidade, Módulo de 
Resiliência e Módulo de Tenacidade. 
 
 
 
 
• Módulo de Elasticidade: 
 
 
Para o calculo do Módulo de Elasticidade, usaremos a seguinte formula: 
 
 
 𝐸 = 
∆𝜎
∆𝜀
 𝐸 = 
𝜎2− 𝜎1
𝜀2− 𝜀1
 
 
 
 
Em que: 
 E: Módulo de Elasticidade (Gpa) 
 𝜎: Tensão (Mpa) 
 𝜀: Deformação (adimensional) 
 
Ao analisarmos o gráfico, teremos os seguintes valores: 
 
σ1 = 0 
σ2 = 270,431266 
ε1 = 0,0024138 
ε2 = 0,003779 
 
Aplicando os valores na formula temos: 
 
𝐸 = 
270,431266 − 0
0,0037792 − 0,0024138
 = 198060,1 Mpa 𝐸 = 198,1 Gpa 
 
 
• Módulo de Resiliência: 
 
Agora vamos calcular o Módulo de Resiliência, pela seguinte formula: 
 
𝑈𝑟 = 
𝜎𝑒2
2 ∗ 𝐸
 
Em que: 
Ur = Módulo de Resiliência (KPa) 
σe = Limite de Escoamento (Mpa) 
E = Módulo de Elasticidade (Gpa) 
 
Temos então que: 
 
𝑈𝑟 = 
270,4312262
2∗198,1
 Ur = 184,58861888 Ur = 184,6 KPa 
 
 
• Módulo de Tenacidade: 
 
Agora vamos calcular o Módulo de Tenacidade, pela seguinte fórmula: 
 
 𝑈𝑇 = 
𝜎𝑒 + 𝜎𝑟
2
∗ 𝜀𝑓 
 
Em que: 
UT =Módulo de Tenacidade (Mpa) 
σe = Limite de Escoamento (Mpa) 
σr = Tensão de Ruptura (Mpa) 
𝜀𝑓 = Deformação até a fratura (adimensional) 
 
Temos então que : 
𝑈𝑇 = 
270,431226 + 228,2078
2
∗ 0,4439 UT = 110,6729318 UT = 110,67 Mpa 
 
 
Feito isso, agora vamos calcular o Coeficiente de Estricção (Z) e o Alongamento 
Percentual (A). Mas antes vamos ver as medições feitas no corpo de provo ao final do ensaio, 
eles são: 
 
Comprimento Final ( 𝐿𝑓 ) = 79,32 mm 
Largura final (bf) = 8,85 mm 
Espessura final (tf) = 1,35 mm 
Área final da Seção Transversal (Af )= 11,9475 𝑚𝑚2 
 
Para melhor visualização e para ajudar nos cálculos de coeficiente estricção e 
alongamento percentual, segue a tabela com as medições iniciais do corpo de prova (Tabela 1) 
e as medições finais do corpo de prova (Tabela 2), respectivamente : 
 
 
 Tabela 1: Medições do Corpo de Prova antes do Ensaio 
Comprimento Inicial do Corpo de Prova (Li) 60,00 mm 
Área Inicial da Seção Transversal (A0) 41,811 (𝑚𝑚2) 
 Fonte: Autoria Própria 
 
 
 
 Tabela 2: Medições do Corpo de Prova depois do Ensaio 
Comprimento Final do Corpo de Prova (Lf) 79,32 mm 
Área Final da Seção Transversal (Af) 11,9475 (𝑚𝑚2) 
 Fonte: Autoria Própria 
 
 
Com isso agora podemos fazer os respectivos cálculos: 
 
 
• Coeficiente de Estricção 
 
Para o Coeficiente de Estricção usaremos a seguinte fórmula: 
 
𝑍 = 
𝐴0− 𝐴𝑓
𝐴0
∗ 100 
Em que: 
 
Z = Coeficiente de Estricção (%) 
A0 = Área da Seção Transversal do corpo de prova antes do ensaio (𝑚𝑚2) 
Af = Área da Seção Transversal do corpo de prova depois doo ensaio (𝑚𝑚2) 
 
Temos então que : 
 
𝑍 = 
41,811− 11,9475
41,811
∗ 100 𝑍 = 71,4 % 
 
 
• Alongamento Percentual 
 
Para o Alongamento Percentual usaremos a seguinte fórmula: 
 
𝐴 = 
𝐿𝑓 − 𝐿0
𝐿0
∗ 100 
 
 
 
 
 
Em que: 
A = Alogamento Percentual (%) 
Lf = Comprimento final do corpo de prova depois do ensaio (mm) 
L0 = Comprimento inicial do corpo de prova antes do ensaio (mm) 
 
Temos então que : 
 
𝐴 = 
79,32− 60,00
60,00
∗ 100 𝐴 = 32,2 % 
 
Finalmente após todos os cálculos para determinar as propriedades mecânicas do Aço 
Carbono ABNT 1020, podemos verificar todos os valores calculados na Tabela 3 que segue 
abaixo: 
 
 
Tabela 3 : Propriedades Mecânicas do Corpo de Prova 
Propriedades Mecânicas Valores Calculados a partir do Ensaio 
Tensão Limite de Escoamento (𝜎𝑒𝑠𝑐) 270,431266 Mpa 
Tensão Limite de Resistência á Tração (𝜎𝑢) 338,4516 Mpa 
Tensão Ruptura do Material (𝜎𝑟) 228,2078 Mpa 
Módulo de Elasticidade (E) 198,1 Gpa 
Módulo de Resiliência (𝑈𝑟) 184,6 KPa 
Módulo de Tenacidade (𝑈𝑇) 110,67 Mpa 
Alongamento Percentual (A) 32,2 % 
Coeficiente de Estricção (Z) 71,4 % 
 Fonte: Autoria Própria 
 
Agora podemos visualizar como ficou o corpo depois da realização do Ensaio de Tração, 
podendo ser visto na figura 5 que segue a baixo: 
 
 
 Figura 5: Corpo de Prova depois do Ensaio 
 
 Fonte: https://youtu.be/j_ofT2iUIH0 
 
https://youtu.be/j_ofT2iUIH0
 
Logo após os cálculos, podemos observar na figura 5 que o corpo de prova sofreu 
algumas deformações antes que ocorresse a ruptura, isso se confirma pois houve a redução da 
área fragmentada. Podemos notar que o Aço Carbono ABNT 1020 é um material que apresenta 
um comportamento dúctil. Dá-se o nome de ductibilidade aos materiais que apresentam grandes 
alongamentos de ruptura, ou seja apresentam grandes deformações antes de se romperem. O 
material ensaiado, foi submetido á torção, dessa forma um corpo de prova constituido de 
material dúctil rompe-se ao longo de um plano perpendicular ao seu eixo longitudinal. A fratura 
pode ser observada na figura 5. O aspecto dúctil do material também pode ser verificado pelo 
valor do alongamento percentual de 32,2 %. 
 
 
4.1 – APLICAÇÃO NO CASO PROPOSTO: 
 
 O estudo de caso proposto pelo professor tem como objetivo determinar a carga P 
necessária para produzir um deslocamento vertical na barra rígida (ABC) que é suportada por 
um elemento (BD), como podemos visualizar na figura 6 a seguir: 
 
 Figura 6: Estudo de Caso 
 
 Fonte: Dados fornecidos pelo professor. 
 
Dados fornecidos pelo professor para a resolução do estudo de caso: 
 
Área da Seção Transversal (A) = 350 𝑚𝑚2 
Módulo de Elasticidade (E) = 198,1 Gpa 
Deslocamento vertical – Ponto C- (f) =6,35 mm 
 
 
Inicialmente iremos calcular o deslocamento ocorrido, que pode ser calculado da seguinte 
forma: 
 
 
𝜀𝑐 = 
𝐿 − 𝐿0
𝐿0
 *0,00635 𝜀𝑐 = 
1,75
3
 * 0,00635 𝜺𝒄 = 𝟑, 𝟕𝟎 ∗ 𝟏𝟎
−𝟑 
 
E assim o deslocamento foi de: 
 
𝜀 = 
 𝜀𝑐
𝐿𝐵𝐷
 𝜀 = 
 3,70∗10−3
3,75
 𝜺 = 0,000987 mm 
 
Agora podemos calcular a tensão: 
 
 
 𝜎 = 𝐸 ∗ 𝜀 
 𝜎 = 198,1 ∗ 109 ∗ 0,000987 
 𝝈 = 195,525 Mpa 
 
Assim será obtido a Força F no ponto B, por meio da fórmula a seguir: 
 
𝜎 = 
𝑃
𝐴
 
 
Para o cáculo a fórmula ficará da seguinte forma: 
 
 P = 𝜎 ∗ 𝐴 
 P = 195,525 * 350 
 P = 68433,75 N 
 P = 68,4 kN 
 
Assim com tal força conhecida, devemos aplicar o somatório de momento A para descobrir a 
carga P necessária para que haja o deslocamento vertical no ponto C de 6,75 mm. 
 
 ∑𝑀𝐴 = 0 
 - P * 3 + 68,4 * 1,75 = 0 
 
 P = 39,9 KN 
Dessa forma a carga P necessária para produzir um deslocamento vertical, f = 6,75 mm no ponto 
C é de 39,9 KN. 
 
 
 
5 – CONCLUSÃO 
 
 
 
Percebemos que ao realizar esse experimento tínhamos como objetivo principal 
determinar a resistência á tração e as propriedades mecânicas do Aço Carbono ABNT 1020, 
dito isso podemos concluir que por meio desse ensaio conseguimos resultados condizentes com 
a teoria . 
Conseguimos confirmar que o Aço Carbono ABNT 1020 é um material dúctil, e a 
medida que uma força o tracionava, o corpo de prova apresentava uma deformação á medida 
que tensão aplicada sobre ele aumentava. No gráfico 1 é possível observar que esse material 
apresentou um bom escoamento, e para que fosse atingido a sua ruptura necessitou de um 
considerável demanda de tempo, uma carcteristica desse material que diferencia ele de materiais 
considerados frágeis que contém baixo ou nenhum escoamento. Também por meio do gráfico 
1 foi possível encontrar diversas propriedades mecânicas do Aço Carbono ABNT 1020 como o 
Módulo de Elasticidade, Módulo de Tenacidade e Módulo de Resiliência. 
Levando em consideração as propriedades mecânicas encontradas para este material, 
entendemos que essa aplicação, e também a de outros materiais necessita de cuidados, visto que 
cada material apresenta limites em que até eles podem ser expostos, sem que ocorra 
deformações ou até que ele venha a falhar. 
Assim para que possamos suprir as necessidades propostas pelo estudo de caso, para 
que seja oferecido uma haste que ao ser tracionada apresente uma alta resistência ao 
rompimento, uma ótima solução seria a de empregar um fator de segurança para que não haja 
o rompimento do material proposto no experimento. Outra solução interessante seria a de buscar 
a utilização de outros tipos de materiais para a haste, mas que esses apresentem uma alta 
ductilidade pois dessa maneira irá propiciar uma maior segurança ao projeto estudado. 
Ademais é importante ressaltar que para que haja uma boa escolha do material mais 
adequado para a haste, devemos sempre nos atentar a diversos outros fatores como o valor de 
tensão máxima que ele será sujeito, o aumento do seu comprimento e da área tranversal visto 
que quando essas duas características aumentam o seu valor de resistência ao rompimento 
também aumenta, também outro fator importante será o de custo benefício do material utilizado 
pensando sempre ao custo que mais se adequade positivamente parao projeto. 
Sendo assim concluimos que o experimento proposto foi realizado com sucesso e a 
partir dele obtivemos resultados objetivos que esclareceram e sanaram as questões indagadas 
pelo estudo de caso. 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
 
HIBBELER,R.C.Resistência dos Materiais, 5°Edição, Livros Técnicos e Científicos 
Editora, Rio de Janeiro, 2000. Gorfin & Oliveira 1975 B. 
 
KABAYAMA, L. K. Slides_de_aula_EXP02_Anotações_do_Ensiao2. 
 
KABAYAMA, L. K. Slides_de_aula_EXP02_Ensaio_de_Tração.