Ensaio de compressao - Relatório Pronto

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Universidade Federal de Ouro Preto 
Departamento de Engenharia de Controle e Automação e de Técnicas 
Fundamentais – DECAT 
Ensaios Mecânicos – MEC 103 
Engenharia Mecânica 
 
 
 
 
 
 
Ensaio de Compressão 
 
 
 
 
 
Gabriel Francisco Alves Mateus 
Guilherme De Narde 
Paulo Henrique jacinto Gouvêa 
 
 
 
 
 
Ouro Preto 
14 de novembro de 2014 
1 – Objetivos 
 
O ensaio de compressão mecânica tem como objetivo principal aferir propriedades 
mecânicas dos materiais ensaiados, tais como limite de resistência(em materiais frágeis) e 
modulo de elasticidade(em materiais dúcteis), mesmo que qualitativamente. Além disso, é 
almejada uma experiência prática de como esses dois tipos de materiais se comportam quando 
estão sob compressão. Consideram-se também os fenômenos de flambagem, cisalhamento e 
formação de estrias na superfície de compressão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2- Revisão Bibliográfica
 [1] 
 
2.1- O Ensaio de Compressão 
 
 
Todo e qualquer Ensaio Mecânico tem por finalidade a determinação das propriedades 
mecânicas dos materias em estudo. Via de regra, esses ensaios são destrutivos, ou seja, 
inutilizam o material alvo. Para a realização dos ensaios, submete-se o material a esforços 
como tração, compressão, flexão, entre outros, sendo que cada tipo de ensaio é julgado como 
mais adequado baseando-se na finalidade de aplicação de cada material a ser estudado. 
O ensaio de compressão trata-se da aplicação lenta de um esforço axial, que tende a causar o 
encurtamento do corpo. Tal ensaio pode ser realizado em uma máquina universal de ensaios, 
sendo o corpo de prova devidamente preparado de acordo com normas de padronização. 
Contudo, a compressão não é um ensaio frequentemente empregado nos metais vez que 
fatores como o atrito entre as placas e possibilidade de flambagem por de exemplo, dificultam 
a determinação das propriedades mecânicas. 
 
 
 
Figura 1 - Vista Frontal de um Ensaio de Compressão em pelota de minério de ferro. Fonte: Internet[2]. 
 
Para determinação dessas propriedades, faz-se o uso do diagrama de tensões-deformações, 
sendo necessário que as placas da máquina e o centro das superfícies da amostra apresentem 
uma exímia axialidade para melhor traçado do diagrama. No âmbito de pesquisas, os ensaios 
de compressão tem caráter comparativo aos ensaios de tração, tornando possível conhecer a 
resistência do material sob altas tensões negativas. 
Como dito anteriormente, ‘os ensaio de compressão podem ser aplicados tanto em metais 
dúcteis quanto frágeis. As propriedades que podem ser aferidas assim como as condições de 
realização variam bastante para cada tipo de material. 
 
 
 
 
2.2 - Tipos de Ensaio de Compressão 
 
2.2.1– Compressão em metais dúcteis 
 
Materiais dúcteis apresentam grandes deformações antes de seu limite de ruptura(Tensão de 
fratura).Sendo assim, apresentam baixo módulo de Elasticidade(força de ligação entre 
átomos). 
 
Figura 2 - Diagrama Tensão x Deformação de um material dúctil. Nota-se a grande faixa de deformação antes 
da ruptura. Fonte: Internet [3] 
 
Para ensaios em metais dúcteis, apenas as propriedades referentes ao regime elástico podem 
ser aferidas com boa precisão, sendo que é carga máxima de ruptura não pode ser mensurada. 
À titulo de exemplificação, um corpo de prova com seção transversal cilíndrica quando 
submetido ao ensaio de compressão, irá, no regime plástico, aumentar o seu diâmetro e 
diminuir o comprimento. Assim, por definição de tensão como relação entre carga axial e área 
de aplicação, com o aumento do diâmetro na seção transversal a tensão real de compressão 
(negativa) diminui significativamente, o que promove aumento da resistência do metal. 
Consequentemente, esse tipo de metal não se rompe e, nesse caso, vai se achatando até a 
formação de um disco. 
 
Figura 3 - Corpo de prova dúctil com seção transversal cilíndrica sendo ensaiado. Nota-se o aumento do 
diâmetro com o aumento de carregamento axial. Fonte: [1] 
Para metais dúcteis, as propriedades comumente medidas são a tensão de proporcionalidade 
(Tensão máxima a qual obedece a Lei de Hooke,regime elástico),o limite de 
escoamento(Tensão a partir da qual o metal passa a se deformara plasticamente, regime 
plástico) e o módulo de elasticidade(que mede a rigidez do metal). 
Para melhor representatividade do ensaio, o comprimento útil estudado deve se localizar 
distante das bordas do corpo de prova, pois nessa região as deformações não são uniformes. 
Além disso, os corpos de prova adotados geralmente são cilíndricos e seu comprimento é um 
fator importantíssimo pois deseja-se evitar a flambagem. Flambagem se resume em um 
fenômeno de instabilidade na compressão do material dúctil, sendo causada por um 
carregamento crítico de compressão. Segundo Avery & Findley
[4]
, para corpos de prova 
cilíndricos de natureza dúctil, a carga crítica é expressa por: 
 
 
Nota-se que a tensão crítica é menor quanto maior o comprimento(L) de um corpo de prova, e 
menor quanto maior for o diâmetro do mesmo. Normalmente, para corpos cilíndricos, o 
comprimento é de 3 a 8 vezes maior que o diâmetro
[4]
, a fim de assegurar uma tensão crítica 
viável para o ensaio. 
 
Figura 4 - Fenômeno de Flambagem. Fonte : Internet[5] 
Quanta à tensão de ruptura, essa depende tanto da geometria do corpo de prova quanto da 
lubrificação entre as placas da máquina e o corpo. Portanto, não é um parâmetro de 
especificação do material nesse caso. 
 
2.2.2 – Compressão em materiais frágeis 
Esse tipo de material se caracteriza pela alta resistência mecânica, possuindo uma fase 
plástica muito curta ou quase nula. Logo materiais do tipo frágil apresentam pouca ou 
nenhuma deformação plástica e rompem-se bruscamente, sem nenhum sinal prévio. 
 
Figura 5 - Diagramas Tensão x Deformação de um material dúctil e de outro frágil, sobrepostos. Percebe-se a 
pequena deformação do material frágil, assim como seu maior limite de resistência. Fonte[6] 
 
Para metais frágeis, o ensaio de compressão é largamente utilizado objetivando a fase plástica, 
uma vez que nesses metais a região elástica é pequena e não podemos aferir propriedades da 
mesma. 
Por exemplo, no ferro fundido, que possui baixa ductilidade, a propriedade mais importante 
aferida é o limite de resistência à compressão, sendo calculado pela carga máxima suportada 
dividida pela seção original do corpo de prova. 
 
Figura 6 - Corpo de prova cilíndrico de natureza frágil sendo ensaiado. Atenção especial à fratura, no plano 
de 45°(Tensão Máxima Cisalhante). Fonte: [1] 
 
Nesse caso, as dimensões do corpo de prova também influenciam no tipo de fratura, 
principalmente a relação comprimento-diâmetro. No ferro fundido, o comprimento deve ser 
duas ou três vezes maior que o diâmetro, relação essa que deve acompanhar os resultados do 
ensaio. 
 
3 - Procedimento Experimental 
 
No ensaio de compressão realizado no laboratório de Ensaios Mecânicos do Departamento de 
Engenharia Metalúrgica e de Materiais, efetuou-se o estudo da compressão em corpos de 
prova cilíndricos, tanto de natureza dúctil quanto frágil. Os corpos de prova foram 
previamente selecionados e preparados para o ensaio, sendo o primeiro um cilindro de 
chumbo, com diâmetro inicial de 15 mm e comprimento inicial de 30 mm, enquanto o 
segundo foi um cilindro de ferro fundido cinzento, com 7,5 mm de diâmetro e 12 mm de 
altura. 
O chumbo
[7]
 é um metal pesado e macio, além de ser bastante maleável.Na temperatura 
ambiente apresenta-se no estado sólido. Apresenta estrutura cristalina cúbica de faces 
centradas (CFC) e ponto de fusão próximo de 600 K. Quanto ao ferro fundido cinzento
 [8]
, é 
uma liga carbono- ferro e silício, contendo altos índices de carbono(3,5% a 5%) em forma de 
grafita. Apresenta características variáveis em função da composição química e tratamentos 
térmicos. 
No ensaio de compressão, a base para a fixação do corpo de prova(em forma de disco) é 
diferente do ensaio de tração, sendo necessário assim, realizar-se a adaptação da máquina para 
tal ensaio. Além disso, utiliza-se de um carregamento da própria máquina, a fim de causar 
deformação no corpo de prova. Esse carregamento foi selecionado para ser coerente com cada 
corpo de prova analisado. A máquina e o modelo estão apresentados nas figuras 
respectivamente: 
 
 
 
Figura 7- Máquina Universal de Ensaios. Fonte [9] 
 
 
 
Primeiramente, o corpo prova de chumbo foi ensaiado, sendo para tal centralizado nas placas 
da máquina, a fim de garantir axialidade e simetria na compressão. Depois, selecionou-se um 
carregamento para a máquina, o qual é responsável por causar deformação nos corpos de 
prova, levando-se em conta, obviamente, a compatibilidade do carregamento e do corpo 
estudado. 
Finalmente deu-se início ao ensaio, realizado à temperatura ambiente e com velocidade 
relativamente baixa. O cilindro de chumbo foi comprimido lentamente até tomar forma de um 
disco, com diâmetro maior que o inicial e comprimento menor que de início do ensaio. Após 
o término do ensaio, coletou-se o gráfico relacionando carga de compressão e alongamento, 
confeccionado pela própria máquina utilizada. 
Posteriormente, prosseguiu-se para o ensaio do corpo de ferro fundido cinzento. Atenta-se 
para o fato de que os procedimentos de ensaio são os mesmos para os dois corpos de prova. 
No cilindro de ferro fundido, observou-se que pouco depois do início do ensaio o corpo se 
rompeu no plano de 45º(sentido anti-horário) com a base. No término do ensaio, coletou-se 
também o mesmo gráfico carga-alongamento para o corpo de ferro fundido. 
 
 
 
4 - Resultados e Discussões 
 
Após a realização dos ensaios de compressão, os corpos de prova foram totalmente 
destruídos, como era esperado devido à natureza do ensaio. 
O resultado das amostras obtidas implica em conclusões específicas para cada ensaio 
realizado: 
Figura 9 - Etiqueta de identificação da 
máquina. Fonte [9] 
 
No corpo de prova de chumbo, um material dúctil e macio, ocorreu aumento do diâmetro na 
seção transversal. O valor final do diâmetro aferido foi de 35,3 mm, resultando em um 
alongamento percentual de 20,3%, enquanto isso o comprimento foi reduzido para 6,4 mm, 
resultado em uma redução de 23,6% no mensurando. Seguem abaixo os cálculos 
considerados: 
 
Chumbo: 
 
 
 
O sinal negativo indica redução no mensurando comprimento. 
 
 
 
 
No mensurando diâmetro(D), o alongamento tem sinal positivo. 
 
 
 
Figura 8 - Corpo de prova de chumbo após ensaio. Fonte [O autor] 
 
Durante o ensaio nesse metal, percebeu-se que o corpo sofreu flambagem mesmo com a 
melhor axialidade possível do ensaio. A estria circular na imagem acima é uma clara 
evidência do fenômeno. 
Para o corpo de ferro fundido, houve cisalhamento pouco depois de iniciado o ensaio no 
mesmo. Suas dimensões não sofreram alterações apreciáveis. 
 
Figura 9 - Corpo de prova de ferro fundido cinzento após o ensaio. Fonte[O autor] 
 
 
É visível a fratura no corpo, localizada ao longo do plano que faz 45°, no sentido anti-horário 
com a base do cilindro. Nesse plano, a tensão cisalhante por compressão/tração é máxima
 [10]
. 
Abaixo, seguem os gráficos de carga por deslocamento do chumbo e do ferro fundido 
cinzento, obtidos através da máquina de ensaios. 
 
 
 
 
Figura 10 - Gráfico de Carga por Alongamento para um material dúctil. Fonte[O autor] 
 
 
No gráfico apresentado na Figura 10, percebe –se nitidamente o comportamento mecânico de 
um material dúctil. Apesar de não ser possível apontar precisamente o limite 
proporcionalidade, observa-se que o corpo de prova foi passível de grande deformção durante 
o ensaio. Como o corpo de prova não se rompeu, justifica-se,com o auxílio do gráfico, o 
comportamento teórico desse tipo de material: O corpo dúctil foi comprimido até que seu 
diâmetro aumentasse o suficiente para tornar a tensão de compressão tão pequena, que, no fim 
do processo, o corpo não podia ser mais comprimido pela máquina. Outro fator importante é o 
movimento das discordâncias durante a deformação plástica: na compressão, a densidade de 
discordâncias por unidade de área aumenta, devido ao encruamento produzido durante o 
ensaio. Com o encruamento, e consequentemente maior quantidade de discordâncias, a 
resistência mecânica do material aumenta consideravelmente. 
 
 
 
Figura 11 - Gráfico de carga por alongamento, em um material frágil. Fonte[O autor] 
 
 
Para o gráfico representado na Figura 11 , representa-se o comportamento do ferro fundido 
cinzento, um material frágil. Observa-se então, que a deformação sofrida pelo corpo durante o 
processo foi muito pequena comparada ao ensaio anterior, podendo ser considerada desprezível. 
Tal comportamento indica que o ferro fundido possui um alto módulo de elasticidade, o que justifica 
seu alto limite de resistência. Nota –se que praticamente não há fase elástica indiciada no gráfico, 
noticiando assim a ruptura repentina do material. No fim do ensaio, aferiu-se que a carga máxima 
suportada pelo corpo até o cisalhamento(ruptura) foi de 3600 kgf, considerado um limite de 
resistência relevante para um material frágil. 
 
5 – Conclusões 
Com base nos ensaios realizados para os materiais de estudo, foi possível identificar e 
comparar suas propriedades mecânicas objetivadas: limite de resistência, ductilidade e 
fragilidade. Nos gráficos obtidos e ilustrados anteriormente, pode-se constatar que para o 
chumbo, o ensaio resultou em grandes deformações, até que por aumento considerável da 
seção transversal não pode ser mais comprimido. Além disso, em sua curva Carga-
alongamento, nota-se uma inclinação suave, evidenciando assim um baixo módulo de 
elasticidade. O fenômeno de flambagem ocorreu como previa o embasamento teórico 
fornecido, deixando clara a sua ocorrência através das estrias na superfície do corpo de prova 
ensaiado. Para o corpo de ferro fundido cinzento, realizando uma análise de mesma natureza, 
notou –se em seu diagrama carga-alongamento uma alta inclinação, implicando em um 
modulo de elasticidade elevado. Essas características reforçaram o perfil frágil do material, 
que foi justificado em seu ensaio com a ocorrência do cisalhamento, pouco depois da 
aplicação do carregamento. De tal maneira, os ensaios mostraram-se eficazes e compatíveis 
com o objetivo de aplicação, permitindo maior conhecimento do comportamento desses 
materiais sob a ação de compressão, flambagem e cisalhamento por compressão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 - Referências Bibliográficas 
 
[1] SOUZA S.A., Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos: Fundamentos Teóricos e 
Práticos. 5. ed. São Paulo: Blucher, 1992. 
[2] MENDES J. J., Ensaio de compressão de pelota de Minério de Ferro, Youtube,2008. 
Disponível em <https://www.youtube.com/watch?v=YT55W80OQyA>. Acesso em 12 nov. 
2014. 
[3] TONIETO G., Ensaio de Tração com Extensômetro: Material 4140.2011.23f. Ensaio 
(Graduação em Engenharia Mecânica) – Centro de Ciências Exatas e Tecnologia, 
Universidade de Caxias do Sul, Caxiasdo Sul, 2011. Disponível em 
<http://www.ebah.com.br/content/ABAAAey0IAI/ensaio-tracao-com-extensometro-material-
4140-comprimento-50mm-diamentro-9-97mm>. Acesso em 12 nov. 2014 
[4] MACLINTOCK, F & ARGON, A. S.,Mechanical Behavior of Materials,Addison – 
Wesley Co., Inc., EUA, 1996. 
[5] A utilização do Ensaio de Compressão, CIMM, 2010. Disponível em 
<http://www.cimm.com.br/portal/noticia/exibir_noticia/7242-a-utilizacao-do-ensaio-de-
compressao>. Acesso em 12 nov. 2014. 
[6] Ensaio de Tração: Parte 1, Blog da Mecânica, 2013. Disponível em <http://mecanica-
blog.blogspot.com.br/2013/02/ensaio-de-tracao-parte-1.html>. Acesso em 12 nov. 2014. 
[7] Condutores: Chumbo,Alchemist Engenharia. Disponível em < 
http://www.geocities.ws/afonsobejr/condutores.html>. Acesso em 12 nov. 2014. 
[8]SENAI, Curso Técnico em Mecânica: Tecnologia dos Materiais para Construção 
Mecânica.2010,74f.Florianópolis,2010.Disponível em 
<http://www.sc.senai.br/admin/documentos/pda/SENAISCSaoBentodoSul201102041622530
5tecmatconstmec.pdf>. Acesso em 12 nov. 2014. 
[9] GOMES B. R. ,Ensaio de Compressão,2013,11f. Relatório(Graduação em Engenharia 
Mecânica) – Departamento de Engenharia de Controle e Automação, Universidade Federal de 
Ouro Preto, Ouro Preto, 2013. 
[10] Dieter G.E., Metalurgia Mecânica. 2. ed. s.l. : s.n, s.d. 
 
 
 
 
 
 
 
7 – Anexos 
 
7.1 - Trabalho 1 
Forneças as curvas tensão versus deformação: convencional e real. 
Calcule: 
a) O módulo de elasticidade; 
b) As tensões dos limites de escoamento superior e inferior; 
c) A carga e o comprimento do corpo de prova referente ao limite de resistência 
d) A tensão de ruptura 
e) O alongamento percentual e a estricção 
f) Transforme o limite de escoamento superior em termos da tensão real. 
g) Transforme o limite de resistência em termos da tensão real. 
h) Calcule o módulo de resiliência em J/m3: [(Limite de escoamento)2/2E] 
i) Calcule o módulo de tenacidade em J/m3. (Tensão máxima x Deformação convencional na fratura) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Segue abaixo a planilha de dados referentes ao aço SAE 1020. Os dados foram tratados e relacionou-
se os termos de tensão(convencional e real) com a respectiva deformação, obtendo assim um 
diagrama tensão-deformação, ilustrado junto à tabela. 
 ∆L [mm] Carga[N] Tensão Convencional[MPa] Tensão Real[MPa] Deformação(ε) Lo[mm)
0,000 52,448 1,6825 1,683 0,000 30,000
1,333 783,648 25,1391 26,256 0,044 Lf[mm]
2,666 1780,167 57,1070 62,182 0,089 36,500
4,000 2525,253 81,0091 91,810 0,133 Do [ mm ]
5,333 3217,883 103,2284 121,579 0,178 6,300
6,666 3680,665 118,0743 144,310 0,222 Df[mm]
8,000 3763,966 120,7465 152,946 0,267 4,1000
9,666 3856,524 123,7158 163,577 0,322 Área inicial[mm]
11,000 4064,776 130,3964 178,208 0,367 31,172
12,333 4269,938 136,9779 193,290 0,411
14,000 4438,089 142,3722 208,812 0,467
15,333 4573,838 146,7269 221,719 0,511
16,666 4678,733 150,0919 233,473 0,556
18,333 4755,865 152,5663 245,800 0,611
19,666 4817,571 154,5458 255,856 0,656
21,000 4859,221 155,8819 264,999 0,700
22,666 4879,277 156,5253 274,785 0,756
24,000 4885,445 156,7232 282,102 0,800
25,333 4880,816 156,5747 **** 0,844
27,000 4839,166 155,2385 **** 0,900
28,666 4725,013 151,5765 **** 0,956
30,000 4549,153 145,9350 **** 1,000
31,666 4282,285 137,3740 **** 1,056
33,000 3932,107 126,1404 **** 1,100
34,666 3440,021 110,3545 **** 1,156
Aço SAE1020
 
***** Após o limite de resistência, nenhuma das equações conhecidas para obtenção de tensões em 
termos reais pode ser aplicada. 
 
 
 
 
A) De acordo com o gráfico apresentado acima, na curva de tensão convencional (de engenharia), o 
limite de proporcionalidade é o ponto com tensão σ = 25,1391 MPa e deformação ε = 0,0444. 
No regime elástico, é válida a Lei de Hooke, então: σ = E . Onde E é o módulo de elasticidade. 
Logo: 
 
E = = = 566.1959 MPa 
 
B) O limite de escoamento não é bem definido nesse caso. Logo, traçando-se a reta paralela ao 
regime elástico, do ponto ε = 0,002 , essa reta intercepta a curva de tração convencional em = 
120,7465 Mpa. 
 
C) O limite de resistência é a maior tensão que o material suporta antes da fratura. De acordo com a 
tabela e o gráfico, essa tensão é = 156,7232 Mpa. Para essa tensão, a carga correspondente é 
Q = 4885,445 N. 
Consultando a tabela, percebe-se que para esse carregamento, ∆L = 34,666 mm. Então: 
 
∆L = Lf – Lo ; 
24,000 mm = Lf – 30 mm; 
Lf = 54,666 mm 
 
D) De acordo com o gráfico, a tensão de ruptura é o último ponto da curva de tração-deformação 
(convencional). Assim: 
 
 
 
E) O alongamento percentual leva em conta o comprimento inicial e o comprimento final(após a 
fratura) do corpo de prova. 
Na tensão de ruptura, analisando a tabela, extrai-se que a variação de comprimento (∆L) é de 34,666 
mm. Assim: 
 
A = = = 115,53% 
 
Para a estricção, leva –se em conta a diminuição relativa da área da seção transversal: 
 
φ = = 0,576% 
 
F) As tensões convencionais, ou de engenharia, podem ser convertidas em tensões reais, até o limite 
de resistência, obedecendo a seguinte relação: 
 
 
No limite de escoamento, a tensão convencional é 120,7465 MPa. E a deformação 
correspondente é ε = 0,267. Logo: 
 
 120,7465 MPa ; 
 152,99 MPa. 
 
G) Para o limite de resistência, podemos aplicar a mesma relação supracitada, sendo a tensão 
convencional de resistência 156,7232 MPa e a deformação correspondente ε = 0,800. 
 
 156,7232 MPa ; 
 282,10 MPa. 
 
H) Matematicamente, o módulo de resiliência de um material é expresso por: 
 
 
 
Sendo E o módulo de elasticidade do material, e o limite de escoamento (convencional) do 
mesmo. 
Assim, com 120,7465 MPa e E = 566.1959 MPa, o módulo de resiliência assume o seguinte 
valor. 
 
 
 
 
 
I) Para o módulo de tenacidade, a relação matemática usada é Sendo 
 o limite de resistência do material e a deformação convencional na qual o 
material sofre ruptura. 
De acordo com o gráfico e tabela disponibilizados, o limite de resistência é de 156,7232 Mpa, 
enquanto a deformação convencional de fratura vale 1,156. Logo: