ENG350 Construções Rurais UFV 02 Atividade Avaliativa Relatório

Prévia do material em texto

CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA 
ENG 350 - CONSTRUÇÕES RURAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Atividade Avaliativa 2 
Relatório: Propriedades físicas e mecânicas da madeira, concreto e aço 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Leticia Carvalho Passos - 98688 
 
 
 
 
 
 
 
 
Viçosa - MG 
2023 
1. Introdução 
 Os ensaios laboratoriais de resistência dos materiais visam a determinação das 
propriedades físicas e mecânicas, como o módulo de elasticidade, alongamento máximo, 
plasticidade, entre outras. Tais propriedades indicam qual será o comportamento do 
material sob diversos esforços mecânicos. Dessa forma, os ensaios buscam avaliar a 
resposta de tais materiais à aplicação de diferentes esforços, simulando situações reais em 
corpos de prova, isto é, uma fração com dimensões conhecidas do material a ser 
analisado. 
Nesse sentido, a realização dos testes de resistência é fundamental para a 
prevenção do comportamento do material sob tais esforços, visto que, é a partir desses 
testes é realizado o adequado dimensionamento dos elementos estruturais a serem 
utilizados nas construções. Assim sendo, a realização desses testes antes do 
dimensionamento dos elementos estruturais de uma construção minimiza a deformação, 
garantindo conformidade às normas técnicas e aumentando a segurança (SARTOR & 
BETA, 2011). 
 Este relatório apresenta os resultados dos testes conduzidos durante uma aula 
prática da disciplina de Construções Rurais. Nesta aula, foram realizados ensaios 
laboratoriais para madeira, concreto simples e aço sob esforços mecânicos de tração, 
compressão, flexão e cisalhamento. Sendo estudado, respectivamente, as respectivas 
propriedades para cada material: 1. Resistência e coeficiente de segurança na compressão, 
cisalhamento e flexão, e módulo de elasticidade; 2. massa específica, resistência e tensão 
de escoamento na tração, coeficiente de segurança, módulo de elasticidade e alongamento 
máximo na ruptura; 3. massa específica e resistência à compressão. 
 
2. Objetivo 
Os ensaios realizados nessa atividade têm como objetivo calcular as propriedades 
físicas e mecânicas da madeira, concreto simples e aço utilizando corpos de prova de 
diferentes espécies de madeira e de diferentes traços e idades no caso do concreto. 
 
3. Materiais e Métodos 
Foram realizados testes de resistência de materiais à esforços mecânicos em uma aula 
prática extra/substituta realizada no horário do almoço para da disciplina Construções 
Rurais no laboratório de materiais do Departamento de Engenharia Agrícola da UFV em 
abril de 2023. Tais ensaios avaliaram a resistência para madeira, aço e concreto simples. 
Os testes com madeira foram realizados na prensa Marshall com as seguintes espécies 
Pinus (Pinus spp.) e Angelim-amargoso (Hymenolobium spp) sob compressão paralela às 
fibras, Pinus e Peroba Rosa (Aspidosperma polyneuron) sob cisalhamento e Pinus e 
Eucalipto Saligna (Eucalyptus saligna) sob flexão estática. 
As espécies apresentam características diversas: o pinus é uma madeira mole usada 
em movelaria ou como material temporário em construções, já o angelim-amargoso, 
peroba rosa e o eucalipto saligna são madeiras mais densas, portanto são consideradas 
nobres podendo ser utilizadas como vigas, caibros, portas e outros. Foram utilizados 6 
corpos de prova diferentes, um para cada tipo de madeira e esforço testado, sendo 
realizado a leitura das dimensões e peso das madeiras e em seguida estas foram 
submetidas à prensa e as leituras de cada propriedade foram registradas. Os dados obtidos 
foram utilizados para determinar as propriedades físicas e mecânicas e elaboração do 
gráfico de carga por deformação. 
Para os testes com concreto simples e aço utilizou-se a máquina Universal de Ensaios 
(MUE), pois permite a análise de diversos materiais sob esforços diversos. Para o 
concreto, foram utilizados dois corpos de prova com traços diferentes e idade de 30 dias. 
As leituras obtidas foram utilizadas para calcular as propriedades físicas e mecânicas do 
concreto, sendo que foram realizados 6 ensaios anteriores com os mesmos traços 
utilizados e com idades diversas para comparação da resistência desse material devido a 
idade. 
Para o ensaio com aço na MUE foi utilizado um vergalhão GG-50 com 5/16 (8mm) 
de diâmetro, que foi pesado e submetido a um extensômetro na MUE para determinação 
do alongamento máximo antes da ruptura. Posteriormente o vergalhão foi submetido a 
esforços de tração até que se rompesse. As leituras adquiridas foram utilizadas para 
calcular as propriedades físicas e mecânicas do vergalhão de aço. 
As leituras obtidas foram registradas e utilizadas para determinação das propriedades 
físicas e mecânicas dos materiais anteriormente citados foram realizados a partir das 
seguintes equações: 
1.1 Madeira 
• Resistência na compressão: 
 
 
• Resistência no cisalhamento: 
 
• Resistência na flexão: 
 
 
 
 
 
 
• Coeficiente de segurança na flexão: 
 
 
• Coeficiente de segurança na compressão: 
 
 
 
• Coeficiente de segurança no cisalhamento: 
 
 
 
 
• Lei de Hooke e Módulo de Elasticidade 
 
• Módulo de elasticidade na flexão
 
 
1.2 Concreto Simples: 
• Massa específica 
 
• Resistência a compressão: 
 
1.3 Vergalhão de aço: 
• Resistência na tração: 
 
• Tensão de escoamento na tração: 
 
 
• Coeficiente de segurança: 
 
• Alongamento máximo: 
 
• Lei de Hooke e Módulo de Elasticidade: 
 
 
 
4. Resultados 
A seguir estão dispostas as talelas com os resultados obtidos a partir dos cálculos seguindo 
a metodologia já mencionada, também há a descrição dos dados obtidos a partir dos 
ensaios realizados em laboratório. 
1. Madeira: 
1. Tabela 1: Dados de leituras obtidas através do ensaio de flexão 
estática em madeira pinus e eucalipto saligna e da carga atuante 
calculada pela constate (1 mm = 696kgf) do anel da prensa 
Marshall. 
Flecha 
Leitura e-
1 
Carga e-1 
Leitura e-
2 
Carga e-2 
(mm) (mm) (kgf) (mm) (kgf) 
0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 
0,50 0,04 27,84 0,04 27,84 
1,00 0,08 55,68 0,09 62,64 
1,50 0,11 76,56 0,13 90,48 
2,00 0,14 97,44 0,17 118,32 
2,50 0,16 111,36 0,22 153,12 
3,00 0,19 132,24 0,25 174,00 
3,50 0,20 139,20 0,28 194,88 
4,00 0,21 146,16 0,31 215,76 
4,50 0,22 153,12 0,32 222,72 
5,00 0,23 160,08 0,34 236,64 
5,50 0,24 167,04 0,35 243,60 
6,00 0,24 167,04 0,36 250,56 
6,50 0,24 167,04 0,36 250,56 
2. Tabela 2: Dados e propriedades físicas obtidas a partir da análise 
de dados referente ao ensaio de flexão estática para pinus e 
eucalipto saligna. 
 Flexão 
Massa Base Altura L 
Área da 
base 
Volume 
Massa 
específica 
Pmáx 
(g) (cm) (cm) (cm) (cm²) (cm³) (g/cm³) (kgf) 
Pinus 74,40 2,15 2,15 29,90 4,62 138,21 0,54 167,04 
E. 
saligna 
139,80 2,29 2,31 30,00 5,29 158,70 0,88 250,56 
 
3. Tabela 3: Propriedades mecânicas obtidas a partir da análise de 
dados referente ao ensaio de flexão estatística para pinus e 
eucalipto saligna. 
 Flexão 
frup fadm k M S I E D (flecha) 
(kgf/cm²) (kgf/cm²) (kgf.cm) (cm³) (cm4) (kgf/cm²) (mm) 
Pinus 753,82 70,00 10,77 1248,62 1,66 1,78 50000 1,04 
E. saligna 922,71 130,00 7,10 1879,20 2,04 2,35 110000 0,54 
 
4. Tabela 4: Dados e propriedades obtidas a partir da análise de dados 
referente ao ensaio de compressão paralela às fibras para pinus e 
angelim amargoso. 
Compressão 
Massa Base Altura L 
Área da 
base 
Volume 
Massa 
específica 
Pmáx σrup σadm v 
(g) (cm) (cm) (cm) (cm²) (cm³) (g/cm³) (kgf) (kgf/cm²) (kgf/cm²) 
Pinus 37,90 3,05 3,05 9,10 9,30 84,65 0,45 2240 240,80 50,00 4,82 
A. 
Amargoso 
75,20 3,00 3,00 9,05 9,00 81,45 0,92 6330 703,33 75,00 9,38 
5. Tabela 5. Dados e propriedades obtidas a partir da análise de dados 
referente ao ensaio de cisalhamento para pinus e peroba rosa. 
 
 
 
Cisalhamento 
Massa Base Altura 
Área da 
base 
Pmáx τrup τadm v 
(g) (cm) (cm) (cm²)(kgf) (kgf/cm²) (kgf/cm²) 
Pinus 39,50 4,12 4,40 18,13 1190,00 65,64 8,00 8,21 
Peroba Rosa 83,70 4,10 4,40 18,04 3090,00 171,29 18,00 9,52 
6. Grafico 1: Carga X Deformação para pinus 
7. Gráfico 2: Carga X Deformação para eucalipto saligna 
 
 
2. Concreto simples: 
1. Tabela 6: Dados e propriedades obtidas a partir da análise de 
dados referente ao ensaio de compressão do concreto simples 
traço 1:3:4. 
Idade Massa Diametro Altura 
Área da seção 
transversal 
Volume 
Massa 
específica 
Pmáx σrup 
(dias) (g) (cm) (cm) (cm²) (cm³) (g/cm³) (kgf) (kgf/cm³) 
3,00 3904 10,00 19,90 78,50 1562,15 2,50 4200 53,50 
7,00 3904 10,00 19,90 78,50 1562,15 2,50 5750 73,25 
28,00 3904 10,00 19,90 78,50 1562,15 2,50 10100 128,66 
30,00 3904 10,00 19,90 78,50 1562,15 2,50 9290 118,34 
2. Tabela 7: Dados e propriedades obtidas a partir da análise de 
dados referente ao ensaio de compressão do concreto simples 
traço 1:2:3. 
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
180,00
0,00 0,04 0,08 0,11 0,14 0,16 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,24 0,24
Carga (kgf) x Deformação (mm)
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
0,00 0,04 0,09 0,13 0,17 0,22 0,25 0,28 0,31 0,32 0,34 0,35 0,36 0,36
Carga (kgf) X Deformação (mm)
 
Idade Massa Diametro Altura 
Área da seção 
transversal 
Volume 
Massa 
específica 
Pmáx σrup 
(dias) (g) (cm) (cm) (cm²) (cm³) (g/cm³) (kgf) (kgf/cm³) 
3 3904 10 19,9 78,5 1562,15 2,49912 12500 159,23567 
7 3904 10 19,9 78,5 1562,15 2,49912 17200 219,10828 
28 3904 10 19,9 78,5 1562,15 2,49912 25250 321,65605 
30 3904 10 19,9 78,5 1562,15 2,49912 21560 274,64968 
 
3. Vergalhão de aço: 
1. Tabela 8: Leituras obtidas no teste de tração do vergalhão. 
Dados de leituras 
△L P 
(mm) (kgf) 
0,00 x 
0,05 1360 
0,10 1590 
0,15 1850 
0,20 2050 
0,25 2260 
0,30 2460 
0,35 2590 
0,40 2640 
0,45 2700 
0,5 2750 
0,55 2770 
 
2. Tabela 9 e 10 : Dados e propriedades obtidas a partir da análise 
de dados referente ao ensaio de tração para o vergalhão de aço 
5/16. 
Massa Vão livre Diâmetro Volume 
Massa 
específica 
Área da 
seção 
transversal 
△L 
Li da 
seção 
Lf da 
seção 
Pesc Pmáx 
(g) (mm) (mm) (cm³) (g/cm³) (cm²) (mm) (cm) (cm) (kgf) (kgf) 
230 599 8 30,09 7,64 0,50 0,55 59,9 69,4 2800 3400 
 
σesc σmáx σadm 
Alonga. 
máx 
Coef. 
Segurança ε σrup 
Módulo de 
elasticidade 
tensão 
atuante 
5573,25 6767,52 5000,00 15,86 1,11 0,00 6767,52 2004921,83 5513,54 
5. Discussão 
1. Madeira 
A partir da análise de dados, verificou-se que dentre as quatro espécies de 
madeiras testadas o Pinus spp. possui a menor massa específica, menor resistência 
física e mecânica, sendo a madeira mais mole do grupo. As outras madeiras do 
grupo apresentaram resistência à flexão, compressão e cisalhamento muito 
superiores ao pinus, sendo que o eucalipto saligna chegou a suportar carga 50% 
maior que o pinus sofrendo apenas metade da deformação (mm). Além disso, o 
angelim amargoso e a peroba rosa apresentaram tensões de ruptura para, 
respectivamente, compressão paralela às fibras e cisalhamento, quase três vezes 
maior chegando a suportar cargas tão maior quanto. 
O uso de madeiras mole como pinus somente é adequado para movelaria e 
elementos não estruturais ou temporários, visto que apresentam tensões de ruptura 
muito baixa o que determina a sua menor resistência e capacidade de sustentação. 
Ainda, é uma madeira que sofre grande deformação e por ser menos densa se 
deteriora com maior rapidez. 
Os gráficos 1 e 2 demonstram o perfil de carga atuante e a deformação 
causada no corpo de prova, sendo possível visualizar os trechos elásticos e 
plasticos dessa curva. Primeiramente o corpo de prova comporta-se como elástico, 
sendo representado pelo crescimento linear da deformação sob a carga atuante. 
Em determinado ponto o crescimento passa a não ser linear, oque representa a 
mudança de comportamento elástico para plástico. 
2. Concreto 
Nos testes realizados com corpos de prova de concreto foi possível perceber 
que há um aumento expressivo da resistência a compressão, que se dá pelo 
processo de cura do concreto, que aumenta a resistência do concreto conforme o 
acréscimo de idade nesse material. Entretanto, nesse ensaio tanto o concreto com 
traço 1:3:4 e 1:2:3 apresentaram uma queda na resistência quando comparado so 
corpos de prova de 28 e 30 dias. Esses dados indicam que ambos os corpos com 
30 dias deveriam possuir alguma imperfeição como trincas que o fizeram menos 
resistentes, ainda, podem ter passado por secagem com condições de umidade do 
ar e temperatura diferentes podendo ter acelarado a secagem e prejudicado a cura 
do concreto. 
Entre os diferentes traços de concretos analisados, o traço que apresentou 
maior resistência foi o 1:2:3, sendo considerado um concreto forte já que suportou 
cargas quase 3 vezes maior quando comparada ao 1:3:4. Isso é consequência da 
menor quantidade de areia na formulação 1:2:3, que confere uma ação cimentante 
mais eficiente ao cimento nessa massa. Por outro lado, esse traço possui um valor 
econômico maior e o dimensionamento estrutural pode auxiliar na economia e uso 
eficiente dos recursos. Entretanto, o traço 1:3:4 apresentou resistência abaixo do 
recomendado e, portanto não atende às recomendações para a utilização enquanto 
elemento estrutural. 
3. Vergalhão de aço 
 
Nos testes realizados com vergalhão de aço GG-50 com 8mm de diâmetro 
mostraram o vergalhão sofreu um alongamento máximo de 15,86% antes de sua 
ruptura, valor acima do valor mínimo exigido pela NBR 7480 da ABNT. Além 
disso, a mesma norma descreve o limite mínimo de 500Mpa para tensão de 
escoamento, e os testes descreveu que o vergalhão analisado apresentou 557Mpa 
estando de acordo com as normas também nesse aspecto. 
 
6. Conclusão 
 
Os testes laboratoriais e análise de dados desempenhados demonstram o baixo 
potencial do pinus para uso permanente em construções rurais e que o eucalipto 
salina, angelim amargoso e a peroba rosa apresentam, respectivamente, maior 
resistência à flexão estática, compressão paralela às fiibras e cisalhamento que o 
pinus. Ainda, comparando o concreto e as madeiras sob esforços de compressão, 
o concreto com traço 1:2:3 com 28 dias de cura apresentou a maior resistência e 
o pinus a menor resistência. Nos ensaios com o aço, avalia-se que o material foi 
dimensionado adequadamente. 
Contudo, a realização de testes de resistência é fundamental para o correto 
dimensionamento dos materiais de construção, auxiliando na escolha de materiais 
adequados e garantindo a segurança das construções. 
 
7. Referências 
Associação Brasileira De Normas Técnicas. NBR 7480:2007 Aço destinado 
a armaduras para estruturas de concreto armado – Especificação. Rio de Janeiro. 
2007. 
Ensaios de materiais: qual a importância e como funciona cada tipo de ensaio. 
Publicado em: 6 de maio de 2021. Disponível em: < 
https://eescjr.com.br/blog/ensaios-de-materiais/>. Acesso em: 30 de abril de 
2023. 
Sartor, V.; Baêta, F.C. Resistência dos materiais e dimensionamento de 
estruturas para construções rurais. Universidade Federal de Viçosa, Departamento 
de Engenharia Agrícola -Construções Rurais e Ambiência. Viçosa, MG, 2011