RELATÓRIO TRAÇÃO DE AÇO CARBONO

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO OESTE DA BAHIA
CENTRO DAS CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA - CCET
CAMPUS REITOR EDGAR SANTOS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
GABRIEL AFONSO BENJAMIM
GIOVANA GOMES DE ALMEIDA
LUIS CARLOS DE LIMA SERPA
RAFAELLA FARIAS DE SOUZA
RELATÓRIO 07: ENSAIO DE TRAÇÃO DE AÇO
CARBONO
BARREIRAS - BA
2022
GABRIEL AFONSO BENJAMIM
GIOVANA GOMES DE ALMEIDA
LUIS CARLOS DE LIMA SERPA
RAFAELLA FARIAS DE SOUZA
RELATÓRIO 07: ENSAIO DE TRAÇÃO DE AÇO
CARBONO
Relatório desenvolvido como requisito
parcial para obtenção de nota na disciplina
de Laboratório de Materiais de Construção,
do curso de Engenharia Civil, da
Universidade Federal do Oeste da Bahia -
Campus Reitor Edgard Santos.
Professor: Juarez Hoppe Filho
BARREIRAS - BA
2022
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO 4
2. MATERIAIS E MÉTODOS 5
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 6
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS 11
REFERÊNCIAS 12
1. INTRODUÇÃO
O aço é um produto resultado da ligação entre ferro e carbono, podendo ou não ter
outros compostos. Na construção civil ele tem bastante aplicabilidade devido às propriedades
de resistência que apresenta. É um material que tem a capacidade de vencer grandes vãos,
tendo peças de menor dimensão e peso.
A operacionalização no uso de materiais, a redução no tempo de construção, a
mão-de-obra e o incremento na produtividade passaram a ser considerados fatores chaves
para o sucesso de qualquer obra. (ARAÚJO, 2019).
O aço pode ser empregado de duas formas principais: como o corpo estrutural de uma
edificação formada por diversos componentes metálicos ou como as armaduras que
complementam o concreto armado, que auxiliam na resistência à tração da estrutura.
Os requisitos de propriedades mecânicas de tração, no caso do aços CA-50, devem
atender a uma resistência característica de escoamento de 500 MPa e limite de resistência de
1,08 fyc, conforme NBR 7480.
O ensaio de tração tem grande importância, uma vez que serve para averiguação de
suas propriedades, realização de análises de risco, analisar possíveis falhas e verificar qual o
comportamento do material sob determinadas condições de trabalho.
Inicialmente, ocorre a deformação elástica, ou seja, a tensão e deformação tendem a
aumentar linearmente e quando a carga é retirada o corpo poderia relaxar as tensões e retomar
à sua forma original, dessa região do gráfico é possível obter-se o módulo de elasticidade do
material, que é proporcional a rigidez do material. Logo após, há um ponto em que o corpo
entra no regime plástico de deformação, esse ponto é denominado limite de proporcionalidade
no qual o alongamento é permanente. Em seguida, o corpo deforma-se até que a tensão limite
de resistência seja atingida, onde se inicia a estricção. Por fim, o ensaio segue até a ruptura do
corpo.
Além das propriedades mecânicas, através da curva é possível avaliar a resiliência e
tenacidade de um material, em outras palavras, a capacidade de um material absorver energia
no regime elástico e plástico, respectivamente. Ainda, através da análise macroscópica da
fratura, do perfil das regiões do gráfico e das normas técnicas é possível classificar um
material em dúctil ou frágil.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
Para realizar o ensaio, foram utilizados os seguintes materiais:
- 1 pedaço de vergalhão de aço nervurado CA-50 (3/8”) ou 10mm;
- 2 pedaços de vergalhão de aço nervurado CA-50 (5/16”) ou 8mm;
-Máquina universal de ensaio - EMCI / DL-30000;
- Extensômetro;
- Régua metálica;
- Pincel permanente.
Para realização do ensaio, inicialmente foi marcada por caneta permanente as extremidades
de 5cm de cada barra para garantir a fixação na máquina de ensaio e foi marcada a sessão da área
intermediária para analisar as deformações após a ruptura das barras de aço. As seções
intermediárias foram divididas em 10 cm cada e marcadas pelo pincel permanente sendo esse
processo repetido nas 3 barras que foram utilizadas no ensaio.
Após as marcações posicionou-se uma barra na máquina universal e configurou no
computador para analisar o comportamento da barra no ensaio de tração. O ensaio foi realizado
nas 3 barras de aço para analisar as propriedades mecânicas, a resistência após a ruptura e verificar
se obedecem ao mínimo que a norma exige.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
O ensaio iniciou-se com a tração sem deflectómetro da barra de 10 mm (CP01). Após
seu rompimento, a parte mais comprida da barra foi ensaiada novamente para análise do
comportamento da mesma após alcançar seu patamar de escoamento. Na tabela abaixo é
possível visualizar os resultados obtidos.
Tabela 01 - Dados obtidos no ensaio de tração do CP01
DADOS OBTIDOS
Corpo de prova 01 (CP01)
Antes do escoamento Após o escoamento
Comprimento inicial (mm) 540,00 382,00
Comprimento final (mm) 600,00 395,00
Força máxima (kN) 49,47 49,33
Força no escoamento (kN) 43,71 49,33
Alongamento na ruptura (%) 11,11 3,40
Fonte: Autores
Analisando os dados obtidos se nota que a variação de comprimento da barra foi de 60
mm no ensaio antes do escoamento e de apenas 13 mm após o escoamento, tal
comportamento ocorreu porque ao realizar o primeiro ensaio permitiu-se que a barra
alcançasse sua fase plástica.
Sabendo que a barra possui diâmetro de 10 mm é possível calcular a área da seção
transversal e assim obter as tensões máximas e de escoamento da barra nos dois ensaios.
Tabela 02 - Tensão máxima e de escoamento
Antes do escoamento Após o escoamento
Área da seção (mm²) 78,54 78,54
Tensão Máxima (MPa) 629,90 628,16
Tensão no escoamento (MPa) 556,52 628,16
Fonte: Autores
É notável que as tensões máximas alcançadas nos dois ensaios se mantiveram bem
próximas apesar da grande diferença na variação do comprimento, isso ocorre pois ao entrar
na deformação plástica e atingir o seu máximo, a relação tensão deformação da peça tende a
cair deformando valores mínimos mesmo sobre uma mesma tensão já aplicada na fase
elástica. Ainda sobre o ensaio do CP01, é possível analisar as alterações de comprimento da
barra por trecho.
Tabela 03 - Alongamento da barra por trecho CP01
Trecho Comprimento inicial (cm) Comprimento final (cm)
1
10,00
11,30
2 10,00 10,90
3 10,00 10,90
4* 10,00 11,50
5 10,00 10,90
6 4,00 4,50
TOTAL 54,00 60,00
Fonte: Autores
Analisando a tabela acima é possível notar que o maior alongamento ocorreu no trecho
onde a barra se rompeu (4*), tal alongamento é responsável pela redução da seção transversal
da barra durante o escoamento do material até que ocorra o rompimento.
Após o ensaio do CP01 foi realizado o ensaio do CP02 que possuía comprimento
inicial de 595,00 mm e diâmetro de 8,00 mm. O ensaio foi iniciado porém devido ao
comprimento da barra e a capacidade de movimentação da máquina, não se alcançou o
rompimento do corpo de prova então iniciou-se um ensaio complementar com a mesma peça
considerando um trecho total de 500,00 mm marcado no CP, nele se obteve os seguintes
dados,
Tabela 04 - Dados obtidos no ensaio de tração do CP02
DADOS OBTIDOS Antes do escoamento
Comprimento inicial (mm) 500,00
Comprimento final (mm) 507,00
Força máxima (kN) 35,61
Força no escoamento (kN) 32,85
Alongamento na ruptura (%) 1,40
Fonte: Autores
Sabendo que o CP02 se trata de uma barra com 8,00 mm de diâmetro, temos uma área da
seção transversal igual a 50,26 mm². Com a área da seção transversal e os valores de força
máxima e de escoamento aplicados na peça, podemos obter suas respectivas tensões.
Tabela 05 - Tensão máxima e de escoamento
Tensão Máxima (MPa) Tensão no escoamento (MPa)
708,44 653,53
Fonte: Autores
Partindo para o ensaio do CP03, ele possuía as mesmas dimensões e o mesmo
comprimento inicial do CP02, porém desta vez o ensaio foi realizado com o auxílio de um
deflectômetro. Os resultados obtidos encontram-se na tabela abaixo:
DADOS OBTIDOS Antes do escoamento
Comprimento inicial
(mm)
595,00
Comprimento final
(mm)
640,00
Força máxima (kN) 33,60
Força no escoamento
(kN)
29,84
Alongamento na
ruptura (%)
7,56
Módulo (MPa) 199438,36
Fonte: Autores
Como foi utilizadoo deflectômetro para o ensaio do CP03, foi possível construir um gráfico
tensão x deformação, uma vez que o equipamento fornece os dados de força e deformação. O
gráfico gerado a partir destes dados é representado abaixo:
Fonte: Autores
A deformação foi calculada tomando como base o comprimento inicial, e o alongamento da
barra. Dada através da fórmula:
Posteriormente, foi criada uma linha de tendência linear por sobre a região elástica, para
desta maneira, obter a equação da reta e encontrar o valor do módulo de elasticidade a partir do
gráfico tensão x deformação. O gráfico tensão x deformação juntamente a linha de tendência
linear encontram-se a seguir:
Fonte: Autores
Substituindo-se os valores na equação, obtém-se um valor do módulo de elasticidade E,
igual a 200,21 GPa, o que é um pouco diferente do resultado de 199,44 GPa obtido pelo
equipamento. Isto se deve, possivelmente, à aproximação dos valores para o trecho do gráfico
escolhido. Entretanto, ambos os valores se encontram suficientemente próximos para os valores
usuais de módulo de Elasticidade para o aço CA-50.
Com um zoom no gráfico, podemos encontrar o ponto de inflexão e observar que o patamar
de escoamento, e consequentemente a tensão de escoamento, se encontra entre os valores de 593 e
595 MPa. Através dos dados emitidos pelo equipamento vemos que isso realmente é comprovado,
uma vez que o para o CP03 a tensão de escoamento foi de 593,73.
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O aço, na construção civil apresenta grande importância, principalmente na permuta de
segmentos de concreto, apresentando um excelente custo-benefício no orçamento final da
obra e alcançando melhor resposta para as metas propostas para a execução da obra.
Além do desempenho positivo, da aparência inovadora, durável e multifacetada, a
construção em aço está de acordo com a concepção de desenvolvimento sustentável.
Devido às suas particularidades, o aço assegura uma maior criatividade no projeto
arquitetônico, é compatível com as mais variadas matérias primas, apresenta menor peso na
base de fundação, maior elasticidade, podendo portanto, ser utilizado em restaurações,
adaptações e expansão da obra.
REFERÊNCIAS
ARAÚJO, DOUGLAS MAGALHÃES. A utilização do aço na construção civil: estruturas
metálicas. 2019. 30 f. CESMAC, Maceió-AL, 2019. Disponível em:
<https://ri.cesmac.edu.br/handle/tede/389>
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. NBR 7480: 2022 - Aço
destinado às armaduras para estruturas de concreto armado - Requisitos. Rio de Janeiro,
2022.