Ensaio de Dobramento e Flexão

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Ensaio de Dobramento
O que é?
O ensaio de dobramento consiste em mostrar como o material reage a dobramento e flexão. Esses materiais se dobram, mas voltam à sua forma original, como o trampolim.
Quando a força provoca uma deformação elástica, esse esforço é de flexão. Mas quando a força provoca uma deformação plástica, temos um esforço de dobramento. 
Os ensaios de flexão e de dobramento utilizam praticamente a mesma montagem que é aplicada à Máquina Universal de Ensaios. São dois roletes com diâmetros determinados em função do corpo de prova, eles funcionam com apoios afastados entre si a uma distância pré-estabelecida e um cutelo semicilíndrico ajustado à parte superior da Máquina de Ensaios. 
Há três processos de ensaio de dobramento: o dobramento livre e o dobramento semiguiado e o dobramento guiado. A seguir são apresentadas as características de cada um.
Características Ensaio de Dobramento 
Este ensaio fornece uma indicação qualitativa da ductilidade do material. Por ser um ensaio de realização muito simples, ele é largamente utilizado nas indústrias e laboratórios, constando mesmo nas especificações de todos os países, onde são exigidos requisitos de ductilidade para um certo material. 
Como o dobramento pode ser realizado em qualquer ponto e em qualquer direção do corpo de prova, ele é um ensaio localizado e orientado, fornecendo assim, uma indicação de ductilidade em qualquer região desejada do material.
Consiste em dobrar um corpo de prova de eixo retilíneo e seção circular, tubular, retangular ou quadrada, assentado em dois apoios afastados a uma distância especificada por meio de um cutelo que aplica um esforço perpendicular ao eixo do corpo de prova até que seja atingido o ângulo desejado. 
Características Ensaio de Dobramento 
O ensaio de dobramento a 180° pode ser realizado em uma só etapa, caso se tenha um cutelo com o diâmetro exigido pela norma adotada ou em duas etapas, quando o diâmetro do cutelo exigido é muito pequeno ou mesmo nulo. Nesse caso, usa-se o menor cutelo que se dispõe para iniciar o ensaio, da maneira mostrada na figura, até um ângulo qualquer adequado e numa segunda etapa, comprime-se o corpo de prova dobrado no sentido de fechá-lo completamente, de modo a atingir o ângulo de 180°, usando-se um calço de diâmetro aproximadamente igual a D (ou sem calço para um dobramento sobre si mesmo).
Processos de Ensaio de dobramento
Existem dois processos de dobramento: dobramento livre e dobramento semiguiado. O dobramento livre é obtido pela aplicação de forças nas extremidades do corpo de prova sem a aplicação da força no corpo máximo de dobramento. O dobramento semiguiado vai ocorrer numa região determinada pela posição do cutelo. 
Dobramento Livre
É obtido pela aplicação de força nas extremidades do corpo de prova, sem aplicação de força no ponto máximo de dobramento.
Processos de Ensaio de dobramento
Dobramento Semiguiado
O dobramento vai ocorrer numa região determinada pela posição do cutelo.
Aplicações
Ensaio de dobramento em barras para construção civil
O ensaio de dobramento é feito em barras de aço usadas na construção civil, porque, além de apresentar resistência mecânica, elas devem suportar dobramentos severos durante sua utilização.
A especificação brasileira EB-3 de 1980 divide as barras para construção civil em várias categorias, a saber: CA-25, CA-32, CA-40, CA-50 e CA-60. O ensaio de dobramento dessas barras (sem solda) é realizado até atingir o ângulo de 180°, tendo o cutelo um diâmetro que depende da categoria da barra.
O dobramento é do tipo guiado ou semiguiado e o resultado do ensaio é a existência ou não de fissuras, fendas na zona tracionada do corpo de prova. Caso o corpo de prova não apresente esses defeitos ou não rompa após o ensaio, a barra é considerada como enquadrada na categoria que foi fabricada. 
Aplicações
Ensaio de dobramento em corpos de prova soldados
Na soldagem de materiais, o ensaio de dobramento também é muito utilizado. O ensaio é feito com corpos de prova soldados retirados de chapas ou tubos soldados para qualificar soldadores e avaliar processos de soldagem mais adequados para determinada aplicação e o método usado é o dobramento guiado. Para a avaliação da qualidade de solda, emprega-se mais o dobramento guiado. Nesse último caso, as normas especificam que a largura do corpo de prova deva ser no mínimo igual a uma vez e meia a espessura do mesmo e o ângulo é sempre de 180°. 
O alongamento das fibras externas é realizado, tomando-se um comprimento inicial, L0, igual à largura da solda, conforme a figura ao lado:
Aplicações
Ensaio de dobramento em corpos de prova soldados
A observação de fissuras ou fendas na zona tracionada continua válida, apenas que para o caso de corpos de prova soldados, fendas ou fissuras apareçam nas arestas do corpo de prova não são consideradas, desde que elas não demonstrem que esses defeitos são provenientes de inclusões de escória ou outros defeitos internos ocorridos durante a soldagem. Também fissuras com largura inferior a 1,5 mm não são consideradas como defeitos que condenem a qualidade da solda.
Ensaio de dobramento em corpos de prova soldados
O dobramento guiado para qualificação de soldadores e processos de solda possui cinco tipos distintos:
Dobramento lateral transversal, onde a solda é perpendicular ao eixo longitudinal do corpo de prova, o qual é dobrado de modo a que uma das superfícies laterais torne-se a superfície convexa do corpo de prova;
Dobramento transversal da face, onde a solda também é perpendicular ao eixo longitudinal do corpo de prova, o qual é dobrado de modo a que a face da solda (parte que contém a maior largura do material de solda) fique tracionada;
Dobramento transversal de raiz, semelhante ao anterior, porém é a raiz da solda (parte oposta à face) que fica tracionada;
Dobramento longitudinal de face, onde a solda é paralela ao eixo longitudinal do corpo de prova, ficando a face tracionada;
Dobramento longitudinal de raiz, semelhante ao anterior, porém ficando a raiz tracionada. 
Os resultados são avaliados pela aparição ou não de fendas, fissuras ou ruptura na zona tracionada do corpo de prova dobrado até 180°, da mesma maneira explicada no caso do dobramento livre de corpos de prova soldados.
Ensaio de dobramento em corpos de prova soldados
Ensaio de dobramento em corpos de prova soldados
Testes de Dobramento Guiado QW- 160
O dobramento transversal Face e Raiz (fig. QW- 462.3 a) – para tubos com diâmetros nominais de tubos de 2” até 4”. 
A largura de corpo de prova pode ser 19,0mm. Para diâmetros inferiores a 2” até o diâmetro 3/8”. “A largura do corpo de prova pode ser 3/8”, e como alternativa se o diâmetro é igual ou menor 1” o tubo pode ser cortado em quatro partes iguais excluindo material para corte e usinagem, estes últimas corpos de prova não precisam ter a face de apoio no cutelo plano.
Os testes de dobramento Longitudinal podem ser usados no lugar dos outros testes de dobramento quando diferem propriedades dos metais base ou metal de solda e metal base.
Os critérios de aceitação dos testes de dobramento podem ser encontrados no QW- 163.
Fonte: Trecho retirado da apostila do curso ASME IX. 
Exemplos de corpos de prova após ensaio de dobramento facial e de raiz.
Ensaio de Flexão
O que é?
Este ensaio é realizado em materiais frágeis e materiais resistentes, como ferro fundido cinzento, alguns aços, estruturas de concreto e outros materiais que sofrem um grande esforço de flexão. Eles são submetidos a um tipo de ensaio de dobramento, denominado dobramento transversal, que mede sua resistência e ductilidade (além da possibilidade de se avaliar também a tenacidade e resiliência desses materiais). 
Quanto mais duro for o material, maior aplicação terá esse ensaio, porque a facilidade de execução torna-o mais rápido que a usinagem de um corpo de prova para ensaio de tração. No entanto, para materiais muito frágeis, os resultados obtidos são muito divergentes, variandoaté 25% de modo que, para esse caos, deve-se fazer sempre vários ensaios para se estabelecer um valor médio. 
Ensaio de flexão
Este ensaio é parecido com o de dobramento, só que nele é usado um extensômetro na montagem do corpo de prova. O extensômetro é colocado no centro e embaixo do corpo de prova para fornecer a medida da deformação que chamamos de flecha. A flecha corresponde à posição de flexão máxima. 
Propriedades mecânicas avaliadas num ensaio de Flexão
Umas dessas propriedades é a tensão de flexão e para calculá-la precisamos conhecer o momento fletor. 
Onde F é a força e L a distância.
Para corpos de provas cilíndricos.
Para corpos de prova retangulares.
Onde C é a distância da linha neutra à superfície onde a força é aplicada
Propriedades mecânicas avaliadas num ensaio de Flexão
Outras propriedades que podem ser avaliadas no ensaio de flexão são a flecha máxima e o módulo de elasticidade. 
Características do ensaio
A carga deve ser elevada lentamente até romper o corpo de prova. A carga de ruptura (resultado do ensaio) deve ser corrigida para o caso de barras de seção não-uniforme, para garantir uma perfeita uniformidade da seção necessária para os cálculos posteriores. Essa correção é explicada no método A-438 da ASTM e a carga corrigida pode ser relacionada com o limite de resistência do material, conforme tabela existente naquele método.
Desse ensaio, pode-se também retirar outras propriedades do material, como o módulo de ruptura ou resistência ao dobramento, que é o valor máximo de tensão de tração ou compressão nas fibras extremas do corpo de prova durante o ensaio de flexão (ou torção), calculado pela expressão:
 					Mr = Mc / J 
Onde M é o momento máximo de dobramento, calculado pela carga máxima atingida no ensaio (Qmax) e o valor L/2, c é a distância inicial do eixo da barra à fibra extrema onde se deu a ruptura ou onde foi mais tensionado e J é o momento da inércia inicial da seção transversal do corpo de prova com relação ao seu eixo.
Se a ruptura ocorrer dentro da zona elástica do material, Mr representará, pois, a tensão máxima na fibra externa; caso ocorra na zona plástica, o valor obtido para Mr é maior que a tensão máxima realmente atingida, porque a expressão (Mr = Mc / J) é determinada para uma distribuição linear (elástica) de tensão entre o eixo da barra e as fibras externas. 
Características do ensaio
O valor do módulo de ruptura também pode ser relacionado com o limite de resistência do material.
Gráficos
A figura abaixo mostra uma curva para um aço-ferramenta com 0,88% C, 1,1% Cr, 0,4% Mo e 1,43% Si em corpo de prova retangular de 76,2 mm de comprimento, 6,3 mm de espessura e 9,5 mm de largura e base de medida de 50,8 mm para as flechas. Para o traçado desse gráfico, foram usados vários corpos de prova com durezas diferentes, de modo a haver rupturas dentro e fora da zona elástica para ser possível assim obter-se um gráfico mais completo do material. 
Com gráficos como esse, pode-se calcular o módulo de tenacidade (caso o ensaio atinja a zona plástica do material) ou o módulo de resiliência (caso contrário) das mesmas maneiras indicadas no ensaio de tração. Verifica-se assim que quanto maior a dureza do metal, menores serão esses módulos. 
Outras informações sobre o ensaio de flexão
O ensaio de flexão é geralmente feito de modo a reproduzir, no laboratório, as condições da prática. Desse modo, é possível criar várias maneiras de se efetuar esse ensaio, desde que a peça possa ser adaptada diretamente em uma máquina comum. 
O ensaio de dobramento é um caso particular do ensaio de flexão, que abrange também outros modos de colocação ou fixação do corpo de prova e outros tipos ou locais de aplicação da carga. As expressões, que foram citadas no ensaio de dobramento transversal, podem ser aplicadas para esses outros modos de ensaio de flexão, bastando para isso recorrer às fórmulas gerais sobre tensões e deformações de flexão encontradas nos livros sobre resistência dos materiais.
Para a maioria dos metais dúcteis, o corpo de prova se deforma continuamente sem que haja ruptura e por isso, para esses metais, não é conveniente o emprego do ensaio de flexão. Mesmo para os metais frágeis, esses gráficos são aproximados e relativamente insensíveis às particularidades existentes numa curva tensão-deformação, porque a deformação varia com a relação y/R, onde R é o raio de curvatura do eixo longitudinal do corpo de prova e y é a deflexão, fazendo com que a tensão não possa ser determinada diretamente.
Outras informações sobre o ensaio de flexão
Devido à variação da resistência das fibras internas, o tipo da seção transversal do corpo de prova influencia o gráfico, conforme se pode observar na figura abaixo, mesmo mantendo-se invariável, o momento de inércia das diversas seções.
Onde σp é a tensão máxima na carga do limite de proporcionalidade, calculada pelas expressões σd = 2,546QL / D3 e σd = 3QL / 2bh2 e S é a área da seção transversal do corpo de prova.
Outras informações sobre o ensaio de flexão
A ductilidade para os metais frágeis é calculada pelo y máximo atingido na ruptura do cropo de prova, mas esse valor serve somente para comparação de ductilidade, uma vez que ele varia com as dimensões do corpo de prova, com a distância entre apoios e com o tipo de carregamento, que devem permanecer os mesmos para efeito de comparação.
Finalmente, a tenacidade pode ser calculada como no ensaio de tração; assumindo-se que para os metais frágeis o gráfico carga × deflexão seja parabólico, o módulo de tenacidade na flexão, Ud, por unidade de volume é dado pela expressão para um carregamento central:
					Ud = 2Qfyf / 3SL
	Onde Qf é a carga máxima (de ruptura) atingida e yf é a flecha máxima (nessa carga).
Conclusão
O ensaio de Dobramento e Flexão é bem simples, requisitado frequentemente e está bem presente no nosso dia a dia como em karts, pontes, trampolim, salto com vara e etc. Apesar da simplicidade, é preciso observar atentamente cada observação feita aqui. É importante que saibamos executar este ensaio para saber a indicação qualitativa dos materiais dúcteis, dentre outros.