Ensaios mecânicos destrutivos

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Ensaios mecânicos destrutivos
Prof. Julio Cesar José Rodrigues Junior
Descrição
Discussão de alguns ensaios mecânicos destrutivos como os de
compressão, de fluência, de estampabilidade, de dobramento e de
flexão, bem como suas aplicações, limitações, vantagens e
desvantagens. Apresentação das principais propriedades mecânicas
determinadas por esses ensaios.
Propósito
Os ensaios mecânicos destrutivos são amplamente utilizados na
engenharia, para controle de qualidade da produção e para
determinação de parâmetros mecânicos úteis no dimensionamento de
projetos. A partir da apresentação das técnicas de execução, das
vantagens e das limitações, os futuros engenheiros terão domínio sobre
esses ensaios, importantes para exercerem suas atividades, apoiados
em ferramentas amplamente utilizadas na engenharia.
Objetivos
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Módulo 1
Ensaios de dobramento e de
�exão
Descrever ensaios de dobramento e de flexão.
Módulo 2
Ensaios de estampabilidade
Descrever o ensaio de estampabilidade.
Módulo 3
O ensaio por �uência
Empregar o ensaio por fluência.
Módulo 4
Ensaio de compressão
Descrever o ensaio de compressão.
Introdução

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Confira um breve resumo dos principais conceitos sobre ensaios
mecânicos destrutivos que serão abordados neste conteúdo.
1 - Ensaios de dobramento e de �exão
Ao �nal deste módulo, você será capaz de descrever ensaios de
dobramento e de �exão.
Vamos começar!
Apresentação dos ensaios
de dobramento e de �exão

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Assista ao vídeo a seguir para conhecer os principais pontos que serão
abordados neste módulo.
Aspectos gerais dos
ensaios de dobramento e
�exão
Os ensaios mecânicos e destrutivos de dobramento e flexão são, via de
regra, aplicados em duas classes:
Materiais dúcteis - dobramento
O alumínio, o cobre, os aços baixo carbono etc.
Materiais frágeis - �exão
Os aços alto carbono, as ligas metálicas, os metais refratários e os
cerâmicos.
A imagem seguinte apresenta, de maneira esquemática, um aparato
experimental que pode ser utilizado no ensaio de dobramento.
Ensaio de dobramento – etapas
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Observe, na imagem anterior, as etapas do ensaio de dobramento,
culminando com o corpo de prova, em forma de chapa ou de tira,
deformado plasticamente, sem ocorrência da fratura.
A imagem a seguir apresenta um esquema possível para o ensaio por
flexão, o de três pontos. Dois desses pontos são os apoios e, o terceiro
ponto é a aplicação da carga concentrada. Observe ainda que os corpos
de prova (CP) podem apresentar seções retas retangulares ou
circulares.
Ensaio de flexão três pontos
Diferentemente de outros ensaios mecânicos, como o de tração, o de
fadiga etc., o ensaio de dobramento não quantifica propriedades
mecânicas. É um ensaio qualitativo que se destaca pela facilidade de
execução.
Resumidamente, o ensaio de dobramento consiste em dobrar um corpo
de prova (CP) de eixo retilíneo e seção retangular ou circular, bi apoiado.
Para tanto, uma força é aplicada ao CP, por meio de um cutelo. Ao final,
é realizada uma inspeção visual, à vista desarmada, na região
tracionada para a verificação de trincas, fissuras etc. No caso de
ausência dos defeitos citados, o material terá passado no ensaio.
Existem algumas variações para o ensaio de dobramento que serão
estudados ao longo do conteúdo.
No ensaio de flexão de três pontos, mostrado na imagem anterior, uma
força gradualmente crescente é aplicada no ponto médio do
comprimento L do corpo de provas (de seção retangular ou circular) que
se encontra bi apoiado até que ocorra a sua fratura. Assim, é possível
determinar a resistência à flexão. Note que, durante o ensaio, o CP é
flexionado, tal que as fibras superiores estejam sob tensões
compressivas e, as inferiores, sob tensões trativas.
Comportamento dos materiais
A ductilidade é uma propriedade mecânica que quantifica o grau de
deformação plástica de um material até a ruptura. Duas maneiras são
usuais para a sua determinação:
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O cálculo percentual do alongamento dos corpos de prova;
A determinação percentual da redução de área da seção reta
do CP.
A seguir, veja as duas expressões utilizadas:
A partir da propriedade mecânica ductilidade, é possível fazer uma
divisão didática entre os materiais:
Dúcteis
Os materiais sofrem deformação plástica apreciável antes de
fraturar. O cobre é um exemplo de material com alta ductilidade.
Frágeis
Os materiais sofrem pouca ou mesmo nenhuma deformação
plástica antes da fratura. Um exemplo é ferro fundido branco.
O ensaio de tração tem como output a curva tensão versus deformação,
que auxilia na visualização de materiais frágeis e dúcteis. Observe a
imagem com os gráficos tensão versus deformação para materiais
frágeis e dúcteis.
% alongamento  = Lfinal −Linicial 
Linicial 
× 100
% área  = Ainicial −Afinal 
Ainicial 
× 100
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Materiais frágeis e dúcteis
Com a análise qualitativa dos gráficos de materiais frágeis e dúcteis, é
possível perceber que o material frágil tem baixa deformação plástica,
enquanto no material dúctil, a deformação é apreciável. Segundo
Callister e Rethwisch (2012), os materiais frágeis são os que
apresentam deformação plástica, antes da fratura, inferior a 5%.
Atenção!
Materiais frágeis, em geral, apresentam elevada dureza.
Ensaio de dobramento
É um ensaio destrutivo qualitativo com aplicação para a análise de
materiais dúcteis retos conformados. São exemplos de utilização deste
ensaio na indústria de produção de:
calhas;
tubos;
tambores etc.
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A imagem seguinte apresenta, em detalhes, o dobramento de uma tira.
Observe a série de parâmetros geométricos.
Esboço do dobramento de uma tira
Ratificando, ao final do ensaio de dobramento, uma análise visual é
realizada para detecção de eventuais trincas ou fissuras. Ocorrendo tais
defeitos, o material não estará aprovado. A imagem seguinte apresenta
um esquema para o ensaio apoiado em dois pontos, sob a ação de um
cutelo.
Ensaio de dobramento e ângulo de dobramento. (a) e (b) esquema do ensaio de dobramento, (c)
corpo de prova dobrado até um ângulo 
Ao final do ensaio, sem a ocorrência de fratura do corpo de provas
ensaiado, o ângulo é formado, cujos valores podem ser iguais a 90°,
120° ou 180°. Tanto a geometria do cutelo (diâmetro) como o ângulo ao
final do dobramento ( ) são parâmetros para avaliar a severidade do
ensaio. Para diâmetros do cutelo (na imagem anterior) pequenos,
maior é a severidade do ensaio. Em qualquer caso, ao final do ensaio, a
região do CP que sofreu grande deformação plástica (zona tracionada)
deve ser avaliada visualmente, conforme descrito anteriormente.
O ensaio de dobramento para ângulo pode ser realizado em
uma etapa única ou em duas etapas. A imagem a seguir apresenta,
esquematicamente, as duas possibilidades.
α
α
α
D
α = 180∘
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Ensaio de dobramento para . Duas etapas de dobramento, com diâmetro do cutelo igual
a D muito pequeno ou sem cutelo
Dobramentos livree semiguiado
São duas variações do ensaio de dobramento em que o aparato
experimental apresenta nuances geométricas, bem como restrições
mecânicas distintas impostas pelos apoios. Observe, na imagem a
seguir, algumas possibilidades para os dobramentos livre e semiguiado.
Ensaio de dobramento - livre e semiguiado: (a) e (b) Dobramento livre esquemático e (c), (d), (e) e
(f) dobramento semiguiado esquemático
No dobramento livre, a força não é aplicada na região de maior
dobramento do CP, ou seja, a zona tracionada. Assim, a força aplicada
atua em pontos do corpo de prova sem o dobramento máximo. Observe
as imagens (a) e (b). No caso do dobramento semiguiado, (c), (d), (e) e
(f), há um engastamento de uma das extremidades do CP com
aplicação de força em outro ponto, inclusive na extremidade livre.
Dobramentos em barras para a construção
civil
As barras de aço são fundamentais na construção civil, por serem o
principal material sujeito a tensões trativas, comumente utilizadas na
armação de pilares, vigas, fundações e lajes. No dia a dia, são
denominadas de “vergalhões”, sendo usual o dobramento dessas barras
para as diversas utilizações, conforme mostra a imagem a seguir.
α = 180∘
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Dobramento de barra da construção civil
As barras de aço utilizadas na engenharia civil são denominadas de CA
(concreto armado) seguida de um número , ou seja, CA-n, em que o 
indica a tensão de escoamento em . São comuns as barras
CA-50 e CA-60 que apresentam, portanto, limite ao escoamento de 50 e
60 . Essas barras podem ser ensaiadas por tração, porém é
usual o ensaio de dobramento (barras sem soldas) em que o ângulo é
igual a 180°.
Ensaio de dobramento em soldas
Outra possibilidade de aplicação do ensaio de dobramento é em corpos
soldados, quantificando-se a variação percentual do comprimento das
fibras externas da região soldada. Ademais, o ensaio de dobramento é
uma etapa utilizada na qualificação de soldadores e na avaliação do
processo de soldagem. Para a avaliação de solda, o método de ensaio é
denominado guiado, com ângulo igual a 180° (imagem sobre ensaio
de dobramento para ).
A imagem seguinte apresenta um corpo de provas na forma de tira em
que o ensaio é realizado. Note a expressão para determinar a variação
percentual das fibras externas da região soldada (ductilidade).
Ensaio de dobramento para 
Da mesma maneira que os ensaios de dobramento anteriores, a
avaliação visual é realizada na região da solda. Mas, de acordo com
n n
kgf/mm2
kgf/mm2
α
α
α = 180∘
α = 180∘
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Souza (1982), é permitido o aparecimento de trincas ou fissuras nas
arestas do CP, sem reprovar o material no ensaio, bem como fissuras de
até 1,5mm nas soldas não são fatores determinantes para a reprovação.
Atenção!
No ensaio de corpos soldados, a força não é aplicada diretamente sobre
a região soldada. Em geral, utiliza-se um cutelo com geometria própria,
conforme apresentado na imagem (a) seguinte, sobre ensaio de
dobramento.
O ensaio de dobramento guiado pode ser dividido em cinco técnicas,
como podemos ver na imagem a seguir.
Técnicas para o ensaio de dobramento guiado. (a) Corpo de prova para dobramento lateral
transversal, (b) corpo de prova para dobramento transversal de face, (c) corpo de prova para
dobramento transversal de raiz, (d) corpo de prova para dobramento longitudinal de face e de raiz.
Vamos conhecer cada uma delas:
Neste dobramento, o eixo longitudinal do cordão de solda é
perpendicular ao eixo longitudinal do corpo de prova a ser
ensaiado. No ensaio, o CP é colocado sobre dois roletes e, uma
das superfícies laterais do CP, onde a solda está cortada de topo,
ficará convexa.
Neste dobramento, assim como no ensaio do item (a), o eixo
longitudinal do cordão de solda forma um ângulo de 90° com o
eixo longitudinal do CP. O ensaio é tal que a superfície do corpo
Dobramento lateral transversal 
Dobramento transversal de face 
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de prova que contém a face da solda (maior largura da face,
oposta à raiz) se torne convexa.
Neste dobramento, a posição relativa dos eixos da solda e do CP
é igual aos ensaios descritos em (a) e (b). A diferença, em
relação ao ensaio de dobramento transversal de solda, é que a
superfície que se tornará convexa é a que contém a raiz da solda.
Neste dobramento, os eixos da solda e longitudinal do CP são
paralelos. Neste ensaio, a superfície do corpo de prova que
contém a face da solda se torna a superfície convexa, após o
ensaio.
Neste ensaio, a posição relativa dos eixos da solda e do CP é
igual ao da longitudinal de raiz. A diferença é que a região
convexa será, ao final do ensaio, a raiz da solda.
Ensaio de �exão
O ensaio de flexão pode ser considerado um tipo genérico do ensaio de
dobramento, no qual os materiais ensaiados são frágeis, isto é,
apresentam pequena ou nenhuma deformação plástica. Cerâmicos,
ferros fundidos, alguns sinterizados, materiais conjugados, madeiras
etc. são exemplos de materiais em que o ensaio é aplicável.
Genericamente, o corpo de provas é bi apoiado sobre roletes, que
possibilitam a rotação do CP, e uma força gradualmente crescente é
aplicada até a ruptura do corpo ensaiado, determinando-se, assim, o
módulo de ruptura ou resistência à flexão. Observe, na imagem seguinte,
uma máquina para o ensaio de flexão por três pontos. É possível
Dobramento transversal de raiz 
Dobramento longitudinal de face 
Dobramento longitudinal de raiz 
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perceber, ainda, os apoios em forma de roletes e a aplicação pontual da
força no ponto médio do comprimento do corpo de provas.
Máquina de ensaio de flexão – três pontos
Tensões atuantes no ensaio de �exão
Nos ensaios mecânicos de tração, compressão e torção, os corpos de
prova ficam submetidos “exclusivamente”, respectivamente, a tensões
normais trativas, normais compressivas e cisalhantes. Já no ensaio de
flexão, as tensões normais e cisalhantes ocorrem simultaneamente. A
imagem a seguir apresenta, de maneira esquemática, a distribuição de
tensões normais em uma dada seção do corpo de prova, durante o
ensaio de flexão. Note que existe uma região (superfície) em que a
tensão normal é nula.
Distribuição de tensões normais em um corpo sob flexão
Na imagem a seguir, vemos a distribuição de tensões de cisalhamento
na região em que seu valor é máximo. Nas fibras inferiores e superiores,
o valor é nulo.
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Distribuição de tensões cisalhantes em um corpo sob flexão
Tipos de ensaios de �exão
O ensaio de flexão é conduzido a partir de uma força crescente gradual
até a ruptura do CP, tendo como output o gráfico carga versus flecha 
(deslocamento vertical). A imagem a seguir apresenta um gráfico para
corpos de prova com diferentes seções transversais.
v
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Representação gráfica carga versus flecha – ensaio de flexão.
A partir do ensaio de flexão, algumas propriedades mecânicas do
material podem ser determinadas, destacando-se:
Módulo de ruptura (MOR)
É o valor da tensão que levará o corpo de prova, ensaiado por flexão, a
sofrer a fratura total.
Módulo de elasticidade
É o coeficiente de elasticidade do material no regime elástico.
Representa a rigidez do material.
Existem três variações para o ensaio por flexão:Flexão em três pontos
O CP é apoiado sobre dois roletes e uma carga é aplicada no
ponto médio do comprimento.
Método de �exão por quatro pontos
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A diferença é quanto à aplicação da carga (em dois pontos).
Método engastado
O CP apresenta uma extremidade engastada (impede rotação e
deslocamentos horizontal e vertical) e outra livre, em que se
aplica a carga do ensaio.
A imagem a seguir apresenta as três variações do ensaio. Observe a
flecha em cada método do ensaio.
Métodos para o ensaio de flexão
Como afirma Souza (1982), as expressões para a determinação do MOR
são:
Seção retangular:
Seção circular:
Onde:
Qmáx – carga máxima aplicada;
L – distância entre os dois apoios;
b – largura;
h – altura;
D – diâmetro.
MOR =
3 ⋅ Qmáx  ⋅ L
2 ⋅ b ⋅ h2
MOR =
2, 546.Qmáx ⋅ L
D3
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
(CESGRANRIO - 2012 - BR Distribuidora - Profissional Júnior -
Formação Engenharia Mecânica) Em um Laboratório de Ensaios
Mecânicos, deve-se ensaiar um material cerâmico de alta dureza.
Os ensaios disponíveis são o de flexão e o de dobramento. Qual dos
dois seria o mais recomendável?
Parabéns! A alternativa C está correta.
Dois ensaios destrutivos são largamente aplicados para avalição de
materiais, o de dobramento e o de flexão. O primeiro é adequado
para materiais dúcteis, enquanto o de flexão é apropriado para
materiais frágeis, como os cerâmicos. Em regra, materiais com
dureza elevada apresentam comportamento frágil.
Questão 2
A Dobramento, devido à alta dureza do material.
B Dobramento, para avaliar a tenacidade do material.
C Flexão, devido à alta dureza do material.
D
Nenhum dos dois seria recomendado, porque o
material possui alta dureza.
E É indiferente, pois ambos darão o mesmo resultado.
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(Adaptada - Prova: COPEVE-UFAL - 2016 - Engenheiro Florestal) A
Figura representa um esquema do ensaio de flexão estática da
madeira, que consiste, basicamente, na aplicação de uma carga a
um corpo de prova que repousa sobre dois apoios, na metade de
seu comprimento, para causar tensões e deformações mensuráveis
até sua ruptura.
Ensaio de flexão em três pontos.
Quais são as tensões sofridas pelo corpo de prova quando
submetido ao ensaio de flexão estática, indicadas numericamente
na figura?
Parabéns! A alternativa E está correta.
O corpo de provas bi apoiado no ensaio de flexão começará a sofrer
uma deformação, tal que a concavidade esteja “para cima”. Assim,
as fibras na parte superior do CP estarão sob tensões normais
compressivas, enquanto as fibras inferiores estarão sob tensão
normal trativa.
A 1 – tração / 2 – cisalhamento
B 1 – cisalhamento / 2 – tração
C 1 – tração / 2 – compressão
D 1 – compressão / 2 – cisalhamento
E 1 – compressão / 2 – tração
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2 - Ensaios de estampabilidade
Ao �nal deste módulo, você será capaz de descrever o ensaio de
estampabilidade.
Vamos começar!
Conhecendo os ensaios de
estampabilidade
Assista ao vídeo a seguir para conhecer os principais pontos que serão
abordados neste módulo.

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Generalidades dos ensaios
de fabricação
Na conformação plástica de metais ou processamento por deformação,
encontramos várias operações para a produção de peças, conforme
apresentadas na imagem seguinte.
Operações de conformação
Em nosso estudo, vamos focar nas operações de estiramento e de
estampagem (embutimento).
Ensaios mecânicos simulativos são realizados para a determinação de
aspectos a respeito da estampabilidade de um metal, sendo os
principais:
De Erichsen;
De Olsen;
De Swift;
Nakazima.
Atenção!
Em cada ensaio, predomina a operação de estampagem ou a de
estiramento. Conforme afirmam Garcia, Spim e Santos (2012), no
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processo de estampagem, são normalmente utilizadas chapas ou fitas
de espessura fina.
Uma das grandes aplicabilidades da conformação se dá na indústria
automotiva. Várias peças de um automóvel são estampadas, como
vemos na imagem seguinte.
Estampagem na engenharia.
Estiramento versus estampagem
Os ensaios de fabricação para os processos de estiramento e de
estampagem apresentam diferenças em suas execuções. No caso do
estiramento, um blank (corpo de prova metálico) fica preso a uma
matriz, impedindo o seu movimento e, utilizando-se uma punção, a
profundidade é atingida às custas da espessura da chapa. Já no
embutimento, o corpo de prova tem liberdade de movimento para dentro
da matriz, mantendo a sua espessura nominal constante. Na prática, os
processos de conformação raramente apresentarão estiramento ou
estampagem puros. A imagem seguinte apresenta o ensaio de
embutimento de Erichsen.
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Ensaio de Erichsen
A imagem a seguir apresenta a operação de conformação denominada
estiramento de uma chapa fina. Observe que a chapa está sendo
estirada sobre o bloco de modelar, pela ação do pistão hidráulico.
Operação de conformação – estiramento
Coe�ciente de encruamento e índice de
anisotropia
A partir da curva tensão versus deformação real, obtida no ensaio de
tração, é possível escrever a seguinte relação matemática:
σreal  = K. εnreal 
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Em que K é o coeficiente de resistência e n o coeficiente de
encruamento. Fisicamente, K quantifica a resistência do material à
deformação, e n, de acordo com Souza (1982), é uma característica do
material que fornece a medida da sua capacidade de distribuir a
deformação uniformemente (distribuição ao longo de um volume). De
outra forma, valores pequenos de n estão associados à localização do
encruamento em pequenas porções de volume, o que é mais crítico para
a fratura do material. Assim, o coeficiente é um aspecto relevante na
estampagem de metais. Para efeito de comparação, os coeficientes de
encruamento do cobre e do aço inoxidável AISI 430 são,
respectivamente, 0,540 e 0,229.
As propriedades mecânicas podem ser distintas em diferentes
orientações, como ocorre, por exemplo, com a madeira, em que suas
propriedades mecânicas dependem da disposição das suas fibras. Esse
fenômeno é denominado anisotropia. Metais trabalhados
mecanicamente por laminação, forjamento, estampagem etc.
apresentam forte textura, implicando sua anisotropia. A anisotropia
plástica é quantificada pelo índice de anisotropia (r ). A tabela sobre
valores de r – índice de anisotropia, apresenta alguns valores para r. A
tabela, a seguir, apresenta alguns valores para r.
Material; Índice de anisotropia (r);
Aço normalizado 1,0
Cobre e latão 0,8 – 1,0
Chumbo 0,2
Tabela: Valores de r – índice de anisotropia.
Sérgio Augusto de Souza, 1982, página 60
A conformação mecânica de metais é influenciada pelo coeficiente de
encruamento (n ) e pelo índice de anisotropia (r ), sendo o primeiro uma
medida da capacidade de o metal sofrer estiramento e, o segundo,
associa-seà capacidade de estampagem do metal.
Ensaios de estiramento
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Em linhas gerais, os ensaios de estiramento são conduzidos a partir de
um corpo de prova na forma de uma chapa metálica de espessura
uniforme sobre uma matriz. Por meio da atuação de um punção, é
realizado o carregamento de uma força sobre a chapa, que vai se
deformando (“abaulamento”) até que ocorra a estricção ou a ruptura do
copo. Nesse ponto, o ensaio é interrompido e a altura do “copo” é
medida. Vamos agora conhecer alguns ensaios de estiramento típicos e
as suas principais características:
Neste ensaio o corpo de prova (blank) a ser deformado é
metálico, na forma de tiras e preso em uma matriz. Um punção
com a cabeça esférica aplica uma carga de cerca de 1000kgf. O
ensaio é conduzido até que ocorra a fratura no topo do copo. A
altura do copo é medida, em milímetros, sendo esse valor
denominado de índice de Erichsen. Conforme afirma Souza
(1982), o ensaio, além de avaliar a ductilidade do material, é
usado para a detecção de rugosidades superficiais, o efeito da
“casca de laranja” (orange peeling) da chapa deformada, devido
ao tamanho de grão excessivamente grande. A imagem a seguir
apresenta, de maneira esquemática, o ensaio. Observe o corpo
de provas (blank) preso à matriz da máquina do ensaio e o
punção com forma esférica.
Ensaio de Erichsen e Olsen.
Ensaio de Erichsen 
Ensaio de Olsen 
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Neste ensaio, de forma similar ao ensaio de estiramento
Erichsen, um punção esférico atua aplicando uma carga num
corpo de prova na forma de um disco circular com diâmetro da
ordem de 3” (76cm). Como no ensaio anterior, ocorre a
interrupção do ensaio quando se inicia a formação de uma trinca
no topo do copo. Outra diferença em relação ao ensaio de
Erichsen, além do corpo de prova, é que o valor da carga final do
teste é anotado. Esses dois valores auxiliam na avaliação do
ensaio. Na eventualidade de dois corpos de prova, supostamente
do mesmo material, apresentarem a mesma altura do copo, o
material do CP que estiver associado à menor carga, será o que
demandará menor gasto de energia na conformação e, portanto,
o escolhido.
Ensaio de Erichsen e Olsen.
Neste ensaio de estiramento, o punção apresenta forma circular
e é forrado com borracha, diminuindo-se o atrito entre o punção
e o corpo de provas, durante a execução do ensaio. Da mesma
forma que os dois ensaios anteriores, a altura do copo é medida
quando surge a estricção. O ensaio é repetido para várias chapas
(blank) de mesma espessura e diferentes larguras. Observe a
imagem a seguir em que, esquematicamente, são apresentados
o corpo de provas e a forração de borracha do punção.
Ensaio de Nakazima 
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Ensaio de Nakazima.
O teste de Bulge é um ensaio de estiramento, sob pressão de óleo, em
que o corpo de prova é uma chapa.
Ensaio de estampagem
Nos ensaios de estampagem, os corpos de prova são discos metálicos
com espessura uniforme presos à matriz. A carga é aplicada por meio
de um punção, dando a forma e as dimensões finais ao “copo”. Neste
ensaio, a estampabilidade do material é medida pela razão entre os
diâmetros do corpo de prova circular (D0) (blank) e do punção (Dp), ou
do diâmetro interno do “copo”. Observe a imagem seguinte em que são
mostrados o blank e o copo, ao final da estampagem.
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Estampabilidade: blank e copo
Ensaio de Swift
O ensaio de Swift, também conhecido como o ensaio de estampagem
profunda, tem como objetivo determinar relações geométricas entre o
diâmetro do blank (CP metálico em forma de disco) e o diâmetro do
punção utilizado no ensaio. Essa relação, denominada de limite de
estampagem, é tal que o diâmetro do pistão deve ser o de menor valor
possível, para que ocorra a estampagem profunda de um disco metálico
de diâmetro máximo. Em termos práticos, vários discos metálicos de
diâmetros crescentes são ensaiados em uma máquina com o mesmo
punção. A imagem seguinte apresenta a estampagem profunda em
suas fases inicial e final.
Ensaio de estampagem profunda – Swift. (a) Antes da estampagem e (b) após a estampagem
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A imagem a seguir apresenta uma região do copo estampado em que
elementos infinitesimais (de (a) a (e)) são escolhidos para o estudo em
detalhes, da distribuição de tensões, na estampagem profunda, durante
a execução do ensaio.
Estampabilidade profunda – individualização de infinitésimos para estudo. (a) Elemento na borda
do copo durante a estampagem, (b) Elemento no dobramento superior do copo, (c) Elemento na
lateral do copo, (d) Elemento no dobramento inferior do copo e (e) Elemento no fundo do copo.
A partir das regiões (a), (b), (c), (d) e (e), destacadas na imagem anterior,
apresentamos um estudo simplificado a respeito das deformações e
das tensões atuantes. A parte do blank que originará o fundo do copo
terá redução em sua espessura e ficará submetido ao estado plano de
tensões, conforme representação na imagem (e). A parte do corpo de
provas que dará origem à região lateral do copo terá deformação radial.
O atrito entre o corpo de provas e o punção deve ser considerado no
estudo das tensões atuantes. A imagem anterior (b) ilustra o elemento
de estudo no dobramento superior do copo sob a ação de tensões
trativas e compressivas, quando o material do corpo de provas está
“entrando” na matriz. A análise de tensões é complexa na estampagem
final.
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Já imagem seguinte apresenta os principais destaques, relacionando
esforços compressivos, trativos e cisalhantes.
Estampabilidade: estudo de deformações e de tensões.
No ensaio de Swift, ou estampagem profunda, existe uma correlação
linear entre o limite de estampagem (razão entre os diâmetros do blank
e do copo) e o índice de anisotropia normal , conforme imagem do
gráfico apresentado a seguir.
(r̄)

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Correlação linear no ensaio de Swfit
A partir do índice de anisotropia ( ), define-se a anisotropia normal 
determinada pela seguinte expressão:
Em que r0, r45 e r90 são os valores de r para corpos de prova retirados de
uma chapa laminada, orientados a 0°, 45° e 90°, respectivamente.
r r̄
r̄ =
r0 + 2 ⋅ r45 + r90
4
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
(FGV - 2021 - IMBEL - Engenheiro Mecânico - Reaplicação) O
processo de conformação mecânica, geralmente realizado a frio,
pelo qual uma chapa plana é submetida a transformações que a
fazem adquirir uma nova forma geométrica, plana ou oca, é
denominada:
Parabéns! A alternativa B está correta.
Os processos de fabricação são amplamente utilizados na
engenharia, destacando-se a estampagem, o forjamento, a
trefilação etc. No processo de fabricação denominado
A fundição.
B estampagem.
C forjamento.
D extrusão.
E traçagem.
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estampagem, em linhas gerais, a chapa tem liberdade demovimento para dentro da matriz, mantendo a sua espessura
nominal constante e tomando a forma da matriz. O ensaio
associado é denominado de Swift.
Questão 2
(Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande
do Sul - IFRS Professor do Ensino Básico, Técnico e Tecnológico –
Área: Metalurgia - 2016) O ensaio Nakazima é um teste muito
importante para o estudo da estampabilidade de chapas metálicas.
( ) Utilizam-se várias chapas de mesma altura e espessura, porém
com larguras diferentes. Após serem ensaiadas, obtém-se um
gráfico profundidade-estricção.
( ) Utiliza-se um punção oco com o objetivo de identificar-se a
ruptura na parte plana da chapa embutida, avaliando-se a presença
do atrito.
( ) Utiliza-se um punção circular forrado com borracha para atuar
como lubrificante e mede-se a profundidade do copo no momento
em que se dá o início da estricção localizada no topo do copo.
Analise as afirmativas identificando com um “V” quais são
VERDADEIRAS e com um “F” quais são FALSAS. Depois assinale a
alternativa que apresenta a sequência correta, de cima para baixo.
Parabéns! A alternativa C está correta.
A V – V – F
B V – V – V
C V – F – V
D F – F – F
E F – V – V
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Os ensaios típicos de estiramento são: de Erichsen, de Olsen, de
Nakazima e de Bulge. Em linhas gerais, o ensaio de Nakazima
apresenta um punção na forma circular forrado com borracha,
diminuindo-se o atrito durante a execução do ensaio. Nesse ensaio,
a altura do copo é medida quando surge a estricção, tendo como
característica o ensaio de várias chapas (blank) de mesma
espessura e diferentes larguras.
3 - O ensaio por �uência
Ao �nal deste módulo, você será capaz de empregar o ensaio por
�uência.
Vamos começar!
Entendendo o ensaio por
�uência
Assista ao vídeo a seguir para conhecer os principais pontos que serão
abordados neste módulo.

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Fenômeno da �uência
Em vários sistemas utilizados pela engenharia, os materiais são
expostos durante a execução do serviço, a temperaturas altas e a
tensões mecânicas constantes. São exemplos típicos: os rotores de
turbinas de motores a jato, as linhas de vapor pressurizadas a
temperaturas altas etc. A imagem a seguir ilustra um motor a jato de
avião comercial.
Motor a jato – sujeito ao fenômeno da fluência
A temperatura elevada a que o material fica sujeito potencializa alguns
fatores que contribuem para a deformação plástica do material, como a
difusão de átomos, a movimentação de discordâncias e o
escorregamento de planos. A faixa de temperatura em que é possível a
ocorrência da fluência é bastante ampla. De maneira geral, os metais
não sofrem fluência quando submetidos a temperaturas menores que
40% da sua temperatura de fusão, na escala Kelvin. A fluência é definida
como a deformação plástica, dependente do tempo, que um material
sofre submetido à tensão constante.
Curva típica da �uência
A imagem seguinte ilustra uma curva típica para metais submetidos ao
fenômeno de fluência à carga constante.
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Curva de fluência – altas temperaturas e tensão constante
Analisando a imagem anterior, é possível inferir algumas considerações
sobre as regiões da curva de fluência. Inicialmente, note que é uma
relação da deformação versus o tempo t. De maneira instantânea,
ocorre a deformação do corpo de prova ensaiado. Na sequência, três
fases do fenômeno da fluência são evidenciadas, culminando com a
ruptura do metal: é o tempo total de ruptura (tempo de vida útil). As três
fases recebem nomes particulares, a saber:
Fluência primária
Esta região, também é conhecida como transiente. Perceba que a
inclinação da tangente à curva (derivada), nessa região, é
positiva, mas vai reduzindo ao longo do tempo. Assim, 
reduz com o tempo, na região primária. A explicação para essa
redução é dada pelo encruamento do material.
Fluência secundária
Nesta região, também conhecida como fluência estacionária, a
taxa de fluência ( ) é constante, positiva, o que leva o
gráfico, nessa região, a ser o de uma reta crescente. A taxa
constante pode ser explicada pelo equilíbrio de dois estados
concorrentes, o do encruamento e o da recuperação do material.
ε
ε̇ = dε
dt
ε̇ = dε
dt
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O valor médio da taxa de fluência, nessa fase, é conhecido como
taxa mínima de fluência.
Fluência terciária
Nesta fase da fluência, a taxa aumenta, culminando na
falha da peça. Ocorre o processo interno de fatura, no qual os
contornos de grão são separados e há formação das trincas
(coalescimento e crescimento) e dos vazios.
Observe a imagem a seguir, em que é apresentado um gráfico da taxa de
deformação da fluência em suas três fases versus tempo. É o gráfico da
primeira derivada da curva de fluência. Na primeira região (I), a taxa de
deformação é positiva, porém decrescente com o tempo. Na segunda
região (II), a taxa é constante e, por isso, é uma reta horizontal.
Por último, na região III, a taxa de deformação apresenta crescimento,
levando o corpo à fratura por fluência.
Taxa de deformação da fluência versus tempo
As variáveis temperatura e tensão aplicada influenciam na curva de
fluência. Valores mais elevados aumentam, por exemplo, a taxa de
fluência. Temperaturas inferiores a 40% da temperatura de fusão não
apresentam a fluência terciária. Observe a imagem seguinte.
ε̇ = dε
dt
ε̇ = dε
dt
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Curva de fluência – altas temperaturas e tensão constante
Tipos de ensaios de
�uência
Como já foi abordado, os ensaios de fluência podem sofrer uma
deformação plástica contínua (dependente do tempo) até a ruptura,
quando em temperaturas altas (acima de 40% da temperatura de fusão,
em Kelvin) em serviço, sob tensão constante. É a fluência. Dessa forma,
em um projeto, é necessário saber quais as condições de serviço da
peça ou da estrutura, para que o engenheiro possa definir um limite de
deformação plástica por fluência ou a vida útil (tempo).
A partir do estudo matemático da curva de fluência (imagem de curva
de fluência altas temperaturas e tensão constante.), é possível notar
que, na fluência primária, a taxa de deformação ) inicia-se alta
e vai diminuindo, até atingir um valor que se mantém constante na
fluência secundária. A partir daí, na fluência terciária, a taxa de
deformação é crescente até a ruptura. Dessa simples análise, é possível
afirmar que, na fluência secundária, a taxa de deformação de fluência é
mínima (parâmetro importante no ensaio de fluência).
Conforme afirmam Garcia, Spim e Santos (2012), a
taxa de fluência mínima é um parâmetro importante
para o dimensionamento de peças, sob fluência, com
vida útil de longa duração, como as peças de um reator
nuclear. Em situações em que a peça, em condições de
fluência, tem vida útil curta, é comum utilizar o tempo
(ε̇ = dε
dt
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para a ruptura obtido no ensaio de fluência para
auxiliar o projeto. É o caso das pás da turbina de um
avião.
O ensaio de fluência é realizado em um corpo de prova (similar ao do
ensaio de tração), dentro de um forno, que simula as condições de
temperatura em serviço, e tracionado por uma carga constante, por
exemplo, um peso pendente. A imagem seguinte apresenta um esboço
da máquina do ensaio de fluência e a curva resposta, deformaçãoplástica versus tempo.
Máquina de ensaio de fluência e curva deformação versus tempo
Os ensaios de fluência são divididos em três tipos: o ensaio de fluência
convencional, o ensaio de ruptura por fluência e o ensaio de relaxação.
Vamos detalhá-los a seguir.
Ensaio de �uência convencional
Também conhecido como creep test. Neste ensaio, o corpo de prova é
mantido em um forno, à temperatura alta e constante e submetido a um
valor de carga constante, durante o tempo de ensaio. Em geral, o ensaio
é conduzido por vários dias, em alguns casos, chegando a um ano. Ao
longo da execução do ensaio de fluência, vai se anotando a deformação
plástica sofrida pelo corpo de provas ao longo do tempo. O output do
ensaio é um gráfico deformação versus tempo, a curva de fluência.
Quando o ensaio é levado até a ruptura do corpo de provas, a curva
apresenta três regiões características.
Fluência primária ou transitória
Apresenta a velocidade de fluência inicialmente alta, mas vai
diminuindo ao longo do tempo.
(v = dε
dt )
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Fluência secundária ou
estacionária
Apresenta um gráfico linear em que a velocidade de fluência é
constante.
Fluência terciária
Apresenta um aumento rápido na velocidade de fluência até a ruptura do
corpo de prova. A carga aplicada no ensaio pode levar a uma curva de
fluência terciária.
Para as aplicações dos materiais nas diversas situações de engenharia,
o material é ensaiado diversas vezes, alterando-se a temperatura e/ou a
carga aplicada. A imagem sobre curva de fluência – altas temperaturas
e tensão constante. apresenta uma curva típica do ensaio de fluência
com carga constante, em que os três estágios ocorrem. Por vezes, o
ensaio convencional não é conduzido até a ruptura do CP,
interrompendo-se na fase secundária. Neste caso, é feita a extrapolação
para estimar a vida útil do material. A imagem a seguir apresenta o
ensaio para um aço-liga com cargas diferentes. No ensaio conduzido
com uma carga de valor baixo, não é perceptível a fluência terciária, nas
primeiras 6000 horas de ensaio.
Curva de fluência sem estágio III
Conforme afirma Souza (1982), quando se retira a carga durante o
ensaio, a curva de descarregamento tem o aspecto apresentado na
imagem seguinte. É possível perceber a recuperação da deformação
elástica no instante da interrupção do ensaio e a manutenção da
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deformação plástica, mesmo após algumas horas da finalização do
ensaio. É a deformação permanente.
Curva de fluência – recuperação elástica
O ensaio de fluência pode ser conduzido com tensão constante, em vez
de a carga ser constante. Como ocorre deformação no CP, se
alongando, existe diminuição na seção reta que suporta a carga,
variando-se, assim, a tensão atuante. Nesse caso, a curva de fluência é
ligeiramente diferente. Observe a imagem seguinte. A curva tracejada é
o aspecto da fluência terciária para ensaio conduzido a carga constante.
Curva de fluência – recuperação elástica
Atenção!
O ensaio de fluência convencional, sem a ruptura do CP, tem
deformação por fluência de cerca de 1% e o principal objetivo é a
determinação da resistência à fluência, que é a tensão (a uma
temperatura constante, que produz determinado valor de velocidade
mínima de fluência).
De acordo com Dieter (1981), o ensaio de fluência convencional é
realizado com valores de tensões baixas, evitando-se, assim, a fluência
terciária. Seu objetivo principal é a determinação precisa da deformação
e, particularmente, a velocidade mínima de fluência que ocorre no
segundo estágio ou fluência secundária.
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Ensaio de ruptura por �uência
Também conhecido como stress rupture test. Este ensaio é semelhante
ao ensaio de fluência convencional, sendo que sempre ocorre a ruptura
do corpo de prova. Assim como no ensaio convencional, a execução da
simulação das condições de trabalho é realizada em um forno e o corpo
de prova sob carga constante. Em tese, o ensaio de fluência demanda
muitas horas. Portanto, para o ensaio por ruptura, aumenta-se o valor da
carga para que seja diminuído o tempo total do ensaio, ou seja, até que
ocorra a ruptura. Em comparação com o ensaio convencional, o ensaio
de ruptura leva a deformações bem maiores do CP, podendo chegar a
valores de até 50%. Ademais, a velocidade de fluência é bem mais alta
que no ensaio convencional. Neste ensaio, o parâmetro a ser
determinado é a resistência à ruptura por fluência, que se refere à
tensão aplicada ao CP, a uma dada temperatura, que produz uma vida
útil do componente de 100, 1000 ou 100.000 horas. A apresentação do
ensaio é dada por curvas com aspectos similares ao da imagem a
seguir, ou seja, gráficos que relacionam a tensão e o tempo para ruptura,
numa dada temperatura constante.
Curvas do ensaio de ruptura por fluência
Como afirmam Garcia, Spim e Santos (2012), o ensaio de ruptura por
fluência é muito utilizado na indústria aeronáutica, em turbinas a jato.
Supondo que essa turbina tenha uma velocidade mínima de fluência de
0,0001%, então, durante 10.000 horas de utilização, a deformação, por
fluência será de 1%.
Ensaio de relaxação
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É o terceiro tipo de ensaio de fluência, que fornece informações a
respeito da redução da tensão (ou da carga) sobre o corpo de prova
quando a deformação e a temperatura do ensaio são mantidas
constantes. Este ensaio é amplamente aplicado em parafusos e
elementos de ligação entre peças mecânicas. Flanges unidas por
parafusos a quente, quando em altas temperaturas de serviço, podem
ter a relaxação da tensão, provocando movimento indesejado na junção.
Neste ensaio, a deformação (elástica mais a plástica) é mantida
constante. A deformação por fluência aumenta devido à temperatura.
Dessa maneira, para que a deformação permaneça constante, a
deformação elástica deve diminuir, ou seja, a tensão ou a carga devem
diminuir. Daí o nome do ensaio que, em média, dura 1500 horas. A
imagem a seguir apresenta curvas de saídas típicas do ensaio, curvas
de relaxação tensão ou carga versus tempo.
Curva do ensaio de fluência de relaxação. (a) Curva de relaxação tensão ou carga versus tempo
com variação da temperatura e (b) Curva de relaxação tensão ou carga versus tempo com
variação tensão inicial e temperatura constante
Observe as imagens anteriores (a) e (b). Na primeira, a imagem (a)
apresenta a curva de relaxação para temperaturas distintas e, na
segunda, a imagem (b), a temperatura é constante, alterando-se a
tensão inicial.
Existem algumas ligas que são resistentes à fluência. Em geral, o
módulo de elasticidade e o ponto de fusão apresentam valores
elevados. O molibdênio, o tungstênio e o nióbio, como elementos de liga
em aços, em tese, elevam a resistência à fluência. Outra maneira de
aumentar essa resistência é o processo de fabricação de solidificação
direcional, em que o produto apresenta grãos colunares (altamente
alongados) ou monocristalinos. Observe, na imagem seguinte, três
palhetas de turbinas utilizadas em condições de fluência. A primeira,
produzida pelo método convencional de fundição, apresenta elevado
desgaste após a utilização. A segunda e a terceira peças apresentam
melhor desempenho, sendo a última monocristalina.
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Processos de fabricação e resistência à fluência
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
CESGRANRIO - 2014 - Petrobras - Engenheiro(a) de Equipamentos
Júnior - Inspeção – adaptada) Fluência é um fenômeno
extremamente importante para equipamentos mantidos em
temperaturas elevadas, tais como, por exemplo, caldeiras e turbinas
a gás. O principal parâmetro de engenharia obtido de um ensaio de
fluência é a taxa de deformação em regime estacionário que
corresponde à região linear da curva de fluência em função do
tempo. O que ocorre com essa taxa de fluência?
A
Diminui com o aumento da temperatura e da tensão
aplicada.
B
Diminui com a redução da temperatura e da tensão
aplicada.
C
Diminui com o aumento da temperatura e com a
diminuição da tensão aplicada.
D
Aumenta com o aumento da temperatura e diminui
com o aumento da tensão aplicada.
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Parabéns! A alternativa E está correta.
A curva resposta do ensaio de fluência (output) é a curva
deformação versus tempo. Em linhas gerais, essa curva é dividida
em três estágios: a fluência primária, em que a taxa de deformação
se inicia num patamar levado e vai diminuindo até a fluência
secundária, em que a taxa de deformação, ou velocidade de
fluência, é constante e mínima. Por fim, na fluência terciária, a taxa
vai aumentando até a ruptura do CP. A influência e a carga (tensão)
utilizadas no ensaio de fluência influencia na taxa de deformação.
Ambas aumentam.
Questão 2
(Adaptada - Petrobras: CESGRANRIO - 2008 - BR Distribuidora -
Profissional Júnior - Engenharia Mecânica) O gráfico esquemático a
seguir é típico do ensaio de fluência nos materiais metálicos. Nele,
podem-se observar os estágios da curva de fluência e a influência
da temperatura no comportamento dos materiais.
Curva de fluência para diferentes temperaturas.
A respeito do ensaio de fluência, são feitas as seguintes
afirmativas.
E
Aumenta com o aumento da temperatura e da
tensão aplicada.
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I – A curva de fluência para a temperatura intermediária (TB)
apresenta os 3 estágios, sendo o II o estágio estacionário e o III, o
estágio de fluência acelerada.
II – Para o ensaio realizado na temperatura TA menor que TB, a taxa
de deformação do estágio estacionário diminui e este se torna
muito longo.
III – Para o ensaio realizado na temperatura TA menor que TB, a
taxa de deformação do estágio estacionário aumenta e acelera o
processo de ruptura.
É verdade que:
Parabéns! A alternativa C está correta.
A curva de deformação versus tempo, output do ensaio de fluência,
apresenta três regiões características. Da figura, o ensaio
conduzido à temperatura TB apresenta os três estágios, em
destaque a fluência secundária (estacionária) com velocidade de
fluência constante e, o terceiro estágio em que a taxa temporal de
deformação é crescente. O ensaio na temperatura TA é tal que não
ocorrerá a temperatura, logo a taxa de deformação do estágio III
não é crescente.
A Apenas a afirmativa I é correta.
B Apenas a afirmativa II é correta.
C Apenas as afirmativas I e II são corretas.
D Apenas as afirmativas I e III são corretas.
E Apenas as afirmativas II e III são corretas.
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4 - Ensaio de compressão
Ao �nal deste módulo, você será capaz de descrever o ensaio de
compressão.
Vamos começar!
Ensaio de compressão,
suas vantagens e
limitações
Assista ao vídeo a seguir para conhecer os principais pontos que serão
abordados neste módulo.

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Generalidades do ensaio de
compressão
O ensaio mecânico de compressão é mais um dos ensaios que permite
a determinação de algumas propriedades dos materiais. Em relação ao
ensaio de tração uniaxial, o ensaio de compressão apresenta algumas
similaridades. No ensaio de compressão, um corpo de prova cilíndrico
(diâmetro inicial D0 e comprimento inicial L0) é colocado verticalmente
na máquina, entre duas placas metálicas, sendo uma fixa e a outra,
móvel, para que o CP fique submetido à compressão uniaxial. Observe a
imagem seguinte, em que um esquema apresenta o ensaio de
compressão para materiais frágeis e para materiais dúcteis.
Ensaio de compressão – materiais frágeis / dúcteis. (a) Esboço do ensaio de compressão em
corpo de prova cilíndrico, (b) Resultado da fratura observada em materiais frágeis. (c) Resultado
do embarrilhamento observado em materiais dúcteis.
A imagem anterior (a) apresenta o início do ensaio em que o corpo de
provas se encontra fixado à máquina. Nas imagens anteriores (b) e (c),
os ensaios já estão em execução, sendo que na imagem (b) o material
ensaiado é frágil (apresenta nenhuma ou quase nenhuma deformação
plástica) e, na imagem (c) é um material dúctil, onde ocorre o
abaulamento característico, o denominado embarrilhamento.
Resumindo
Em linhas gerais, os materiais dúcteis não se rompem durante o ensaio
de compressão, tornando-se discos. Já para os materiais frágeis, cuja
deformação lateral é praticamente nula, o ensaio leva à ruptura do CP
por cisalhamento e escorregamento. Em geral, o plano forma 45° com o
eixo vertical do CP. O ensaio de compressão é mais adequado para
materiais frágeis, como o concreto, o ferro fundido, cerâmicos etc.
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O output do ensaio de compressão é uma curva tensão versus
deformação. A imagem seguinte apresenta um gráfico para um corpo de
prova de ferro fundido cinzento ensaiado por compressão.
Ensaio de compressão – materiais frágeis
A Imagem do gráfico apresentado anteriormente demonstra o
comportamento do ferro fundido cinzento em tração, região AB do
gráfico, assim como seu comportamento em compressão, curva AC. Por
comparação, é fácil perceber que a resistência por compressão é
superior ao seu comportamento em tração. Uma possível explicação é
que sob tração, qualquer defeito interno cresce e, subitamente ocorre a
fratura frágil. Quando, em compressão, as tensões não auxiliam no
crescimento do defeito.
Materiais dúcteis e frágeis no ensaio de
compressão
O ensaio de compressão é muito similar ao ensaio de tração, utilizando-
se a mesma máquina universal de ensaios mecânicos. Após o ensaio, a
curva resposta é da tensão aplicada versus a deformação do corpo de
prova que, em geral, é cilíndrico. As análises, a partir do output do
ensaio, são semelhantes àquelas apresentadas no ensaio de tração
uniaxial. Ademais, o ensaio é justificado, pois alguns materiais
apresentam o comportamento sob compressão muito diferente.
Observe a imagem a seguir, em que dois corpos de prova de ferro
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fundido cinzento e concreto foram ensaiados em tração e em
compressão.
Comparação dos ensaios de tração e compressão em materiais frágeis
Os materiais dúcteis ensaiados sob compressão, em regra, não chegam
à ruptura. Um corpo de prova cilíndrico chega a um disco, como mostra
a imagem a seguir. Assim, para materiais dúcteis, as medidas são feitas
na região elástica do material. Uma das explicações para o não
rompimento de um CP de material dúctil, durante o ensaio de
compressão, é que há um aumento lateral (embarrilhamento),
aumentando-se, assim, a seção reta devido ao aumento de carga. Como
a tensão real média é calculada pela expressão , a tensão
diminui ao longo do ensaio.
Ensaio de compressão – material dúctil
A partirda imagem anterior, é possível observar o CP cilíndrico e o
embarrilhamento do CP ensaiado. Para essa classe de materiais, há a
deformação lateral sem a ocorrência da ruptura.
Atenção!
Como regra, as propriedades (em compressão ou tração) dos aços
dúcteis são quase que idênticas. O aço AISI 1046 apresenta tensões de
σm =
Q
A
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escoamento de 56,9kgf/mm2, em tração, e 59,5kgf/mm2, em
compressão.
Na engenharia, diversos materiais demandados estão, primordialmente,
sujeitos ao esforço de compressão, dentre os quais, o concreto, a
madeira, os materiais cerâmicos e o ferro fundido. Os materiais frágeis
caracterizam-se por nenhuma ou pouca deformação plástica. O ensaio
de tração é de difícil execução para essa classe de materiais, uma vez
que há forte influência dos defeitos. O ensaio de compressão é uma boa
alternativa, visto que os defeitos, em compressão, influenciam muito
pouco no ensaio. Na execução do ensaio, não se percebe o
embarrilhamento, como nos materiais dúcteis e a deformação lateral é
muito pequena. Observe a imagem seguinte que apresenta, de maneira
esquemática, o ensaio de compressão para um material frágil genérico.
Ensaio de compressão – material frágil
A partir da imagem anterior, é possível observar que materiais
apresentam pequena deformação lateral, mas ocorre a fratura, que,
preferencialmente, acontece em planos a 45° com o eixo vertical.
Quando os materiais frágeis são ensaiados, o limite de resistência à
compressão é determinado pela relação entre a carga máxima de
compressão e a secção original do corpo de prova. A imagem seguinte
apresenta o corpo de prova cilíndrico de concreto ensaiado sob
compressão. Note a direção da fratura.
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Ensaio de compressão de CP de concreto.
Flambagem em ensaios de
compressão
Elementos estruturais sujeitos a esforços mecânicos compressivos têm
outra limitação: a possibilidade da ocorrência do fenômeno da
flambagem, ou seja, uma deflexão lateral. Veja a imagem a seguir.
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Fenômeno da flambagem para materiais comprimidos acima da carga crítica
Nos ensaios de compressão, os materiais podem sofrer essa
instabilidade sob ação de carga de compressão, sendo essa uma
preocupação que deve ser tomada no ensaio. A carga aplicada deve ser
inferior à carga crítica de flambagem. Ademais, deve ter uma relação
geométrica tal que resista à flambagem, durante o ensaio, para que o
mesmo apresente validade e, consequentemente, os dados de resposta
apresentem utilização na engenharia. Dependendo da ductilidade do
material a ser ensaiado, a razão entre o comprimento inicial (L0) do CP e
seu diâmetro inicial (D0) deve estar entre 3 e 8 , isto é, .
Observe a imagem seguinte, em que a razão é maior que 8 e,
durante o ensaio de compressão, ocorre o fenômeno da flambagem no
CP. Além da relação geométrica apresentada, deve-se evitar a
instabilidade elástica devido à não uniaxialidade do ensaio e eventuais
torções no CP no início do ensaio.
3 < L0
D0
< 8
L0
D0
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Fenômeno da flambagem no ensaio de compressão. (a) Corpo de prova com razão L0 /D0
inadequada, (b) Flambagem para corpos de prova dúcteis e (c) Flambagem devida ao
desalinhamento das placas de compreensão.
A partir da imagem anterior, é possível observar que a razão 
utilizada no corpo de prova foi superior a oito, levando à flambagem (b).
Na imagem anterior (c), a flambagem tem outra causa: o não
paralelismo entre as placas colocadas nas extremidades do CP
ensaiado.
A seguir, apresentamos a tabela de dimensões de CPs cilíndricos –
compressão, com as dimensões dos corpos de prova para o ensaio de
compressão, de acordo com a norma ASTM E 9:2000.
CP Diâmetro (mm) Comprimento (m
Pequeno
30 ± 0,2 25 ± 1,0
13 ± 0,2 25 ± 1,0
Médio
13 ± 0,2 38 ± 1,0
20 ± 0,2 60 ± 3,0
25 ± 0,2 75 ± 3,0
30 ± 0,2 85 ± 3,0
Longo
20 ± 0,2 160 ± 3,0
32 ± 0,2 320
Tabela: Dimensões de CPs cilíndricos – compressão.
Sérgio Augusto de Souza, 1982, página 85
L0
D0
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Conforme afirma Souza (1982), entre as placas utilizadas no ensaio
mecânico de compressão e o corpo de prova existe atrito. Assim,
tensões nessas regiões (imagem sobre ensaio de compressão de CP de
concreto) tendem a retardar o escoamento nessas regiões (nas
extremidades), promovendo um gradiente de deformações, ao longo do
comprimento do CP. Para determinação de medidas, utiliza-se um
comprimento L do CP, afastado cerca de uma vez o diâmetro das
extremidades. Dessa maneira, garante-se um comprimento L do corpo
de prova suficientemente grande para evitar a flambagem.
O atrito e suas consequências no ensaio de compressão podem ser
minimizados, utilizando-se materiais comuns para esse fim: graxa, óleo,
lubrificantes etc.
Ensaio de compressão em
produtos acabados
Os ensaios mecânicos destrutivos podem ser conduzidos em corpos de
prova normatizados ou em peças acabadas, quando a máquina
disponível apresenta compatibilidade geométrica. O ensaio de peças
acabadas é um caso típico do ensaio de compressão em tubos, molas
etc. A imagem seguinte apresenta a preparação de uma mola para o
ensaio de compressão.
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Aplicação do ensaio de compressão em molas.
O ensaio de compressão de molas é adequado para a determinação de
seu módulo de elasticidade (constante elástica da mola), a partir da
região elástica do gráfico tensão versus deformação, oriundo do ensaio.
Ademais, o ensaio de compressão em molas pode também ser útil para
avaliar o comportamento da mola sob a ação de determinada carga.
Em relação aos tubos, também é possível realizar o ensaio de
compressão diretamente sobre a peça acabada. O corpo de prova é
retirado do tubo, sendo colocado na máquina de ensaio de compressão,
de tal forma que seu eixo longitudinal seja horizontal. Durante o ensaio,
o CP sofre amassamento e a distância final entre as placas superior e
inferior da máquina é medida. Esse fato permite a avaliação qualitativa
da ductilidade do material. Quanto mais o tubo se deforma sem trincas,
mais dúctil será o material. Ademais, a resistência de soldas também
pode ser verificada no ensaio de compressão. A imagem seguinte
mostra a representação esquemática do ensaio de compressão em
tubos. Observe a posição do tubo na máquina de ensaio.
Aplicação do ensaio de compressão em tubos
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O ensaio de compressão diametral em concretos, também conhecido
como ensaio transversal ou de tração indireta, apresenta execução
bastante simples e o corpo de prova é o mesmo utilizado no método
convencional (longitudinal) de compressão para concreto e argamassa,
ou seja, um corpo cilíndrico de diâmetro D. Observe, na imagem
seguinte, uma representação esquemática do ensaio de comprimento
diametral para a medida, de maneira indireta, da tração.
Ensaio de compressão diametral do concreto
A partir da imagem anterior, é possível perceber as forças compressivas
gerando tensões trativas, que resultam na fissura vertical na face do
corpo de prova. A resistência à tração indireta é determinada pela
seguinte expressão:
A imagem seguinte apresenta um gráfico de distribuição de tensões doCP, utilizado no ensaio apresentado na imagem de ensaio de
σt =
2.P
π.D.L
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compressão diametral do concreto. É possível notar as tensões
compressivas nas proximidades da força P durante o ensaio e as
tensões trativas na região central.
Distribuição de tensões no ensaio de compressão diametral do concreto.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
(Ano: 2018 Banca: CEPS-UFPA Órgão: UFPA Prova: CEPS-UFPA -
2018 - UFPA - Técnico em Edificações) Os ensaios para
determinação da resistência à compressão e à compressão por
compressão diametral do concreto são realizados em corpos de
prova:
A cúbicos.
B prismáticos.
C lineares.
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Parabéns! A alternativa E está correta.
O ensaio mecânico destrutivo de compressão (convencional) é, em
regra, realizado com corpos cilíndricos, nos quais a razão entre o
comprimento e diâmetro deve ser seguida para se evitar o
fenômeno da flambagem. O ensaio de compressão diametral em
concretos, também denominado de ensaio transversal ou de tração
indireta, utiliza o mesmo CP do ensaio convencional, ou seja,
corpos cilíndricos.
Questão 2
O ensaio destrutivo de compressão é amplamente utilizado na
engenharia. Materiais frágeis, como o concreto, os cerâmicos e o
ferro fundidos, têm propriedades mecânicas avaliadas a partir do
ensaio. Ademais, peças acabadas também podem ser ensaiadas,
como no caso de molas e tubos. A respeito desse tema, são feitas
as seguintes afirmações.
I – O ensaio apresenta como uma das limitações a possiblidade de
ocorrência do fenômeno de flambagem no corpo de provas
ensaiado.
II – A flambagem, no ensaio de compressão, apresenta algumas
causas, dentre as quais podemos citar o valor da razão L0/D0 do CP
e a falta de paralelismo entre as placas da máquina de ensaio.
III – A relação geométrica determinada pela razão L0/D0 é
importante para evitar-se a flambagem na compressão. Valores
dessa razão, superiores a 8, garantem que não ocorrerá a
flambagem no CP.
São corretas as afirmativas:
D esféricos.
E cilíndricos.
A Apenas a afirmativa I.
B Apenas a afirmativa II.
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Parabéns! A alternativa D está correta.
Na execução de ensaio de compressão, dependendo da relação
comprimento e diâmetro iniciais do CP , há a possibilidade da
ocorrência do fenômeno de flambagem, a deflexão lateral,
inviabilizando o ensaio. Outra possibilidade de ocorrência da
flambagem durante o ensaio de compressão é quando as placas
inferior e superior das máquinas não estão dispostas
paralelamente. Por fim, o valor da razão, para a não ocorrência da
flambagem, é de .
Considerações �nais
Foram abordados alguns dos principais ensaios mecânicos destrutivos
utilizados para o controle de qualidade de produção e determinação de
diversas propriedades mecânicas: os ensaios de dobramento, de flexão,
de estampabilidade, de fluência e de compressão.
Inicialmente, foi apresentado o ensaio por dobramento e seus tipos, os
dobramentos livres e semiguiado. Ademais, duas aplicações, nas barras
de construção civil e em soldas. Na sequência, foi apresentado o ensaio
por flexão, típico para materiais frágeis. E em seguida, foram
relacionadas as principais vantagens e limitações dos ensaios.
Na sequência, foi feita a descrição do ensaio de estampagem,
diferenciando o estiramento da estampagem. Foram descritos os
principais tipos de ensaios, vantagens e aplicações. Também foi feito
um resumo do fenômeno da fluência, apresentando a curva de
deformação versus tempo, seus três estágios e a taxa temporal de
C Apenas a afirmativa III.
D Apenas as afirmativas I e II.
E Apenas as afirmativas II e III.
( L0
D0
)
3 < L0
D0
< 8
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deformação. Além disso, foram apresentadas as três variações do
ensaio de fluência e suas principais aplicações.
Por fim, foi descrito o ensaio de compressão e suas aplicabilidades para
materiais frágeis e dúcteis. A curva tensão versus deformação foi
apresentada e feita a comparação com o ensaio de tração. Foi estudada
a possibilidade da ocorrência da flambagem no ensaio de compressão,
bem como a possibilidade de se aplicar o ensaio em produtos
acabados. Também foi descrito um tipo específico do ensaio de
compressão: o ensaio de compressão diametral do concreto.
Podcast
Agora, o especialista encerra o tema falando sobre os principais tópicos
abordados.

Explore +
Para conhecer mais sobre os assuntos abordados neste conteúdo,
sugerimos a leitura do trabalho Estudo do retorno elástico em
dobramento de chapas metálicas, publicado no VII Congresso Nacional
de Engenharia Mecânica (CONEM), em julho/agosto de 2012, em São
Luís, Maranhão.
Referências
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CALLISTER, W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e Engenharia de Materiais:
uma introdução. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012.
DE SOUZA, S. A. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos. 5. ed. São
Paulo: Blucher, 1982.
DIETER, G. E. Metalurgia Mecânica. 2. ed. Rio de Janeiro: Guanabara
Dois, 1981.
GARCIA, A.; SPIM, J. A.; DOS SANTOS, C. A. Ensaios dos Materiais. 2. ed.
Rio de Janeiro: LTC, 2012.
HIBBELER, R. C. Resistência dos Materiais. 7. ed. São Paulo: Pearson,
2010.
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