Tração e Compressão

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Sumário
1.Introdução...................................................................................................................2
2. Desenvolvimento.......................................................................................................3
Ensaios Laboratoriais de Tração...........................................................................3
2.1.1 Corpo de prova.......................................................................................................3
2.1.2 Máquina de ensaios de tração e compressão........................................................4
2.1.3 Dados obtidos em um ensaio de tração.................................................................5
2.1.4 Fratura....................................................................................................................6
2.2 Ensaios Laboratoriais de Compressão.................................................................7
2.2.1 Corpo de prova.......................................................................................................8
2.2.2 Comportamento dos materiais em ensaios de compressão..................................8
2.2.3 Limitações encontradas no ensaio de compressão...............................................8
3. Lei de Hooke..............................................................................................................9
4. Conclusão..................................................................................................................9
5. Referências Bibliográficas.....................................................................................10
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Propriedades Mecânicas dos Materiais: Tração e Compressão
1. Introdução
No cotidiano do engenheiro químico é muito importante conhecer as propriedades mecânicas dos materiais. Essas propriedades podem ser verificadas por meio de experimentos realizados em laboratórios específicos de acordo com a regulamentação estabelecida pela Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT.
Definem-se como propriedades mecânicas aquelas que aparecem quando o material está sujeito a esforços de natureza mecânica. Ou seja, essas propriedades determinam a maior ou menor capacidade que o material tem para transmitir ou resistir aos esforços que lhe são aplicados. Neste trabalho abordaremos as propriedades mecânicas dos materiais, mais precisamente a tração e a compressão.
Os efeitos produzidos pelas forças que atuam sobre um corpo variam de acordo com a direção, o sentido e o ponto de aplicação destas forças. Quando as forças agem para fora do corpo, tendendo a alonga-lo no sentido da sua linha de aplicação, chamamos de tração; se as forças agem para dentro, tendendo a encurtá-lo no sentido da carga aplicada, chamamos de compressão.
Figura: Tração e compressão
Fonte: Judice, 2005.
2. Desenvolvimento
2.1 Ensaios Laboratoriais de Tração
Os ensaios laboratoriais de tração consistem na aplicação de uma carga de tração uniaxial crescente em um corpo de prova especifico até que este atinja a sua ruptura.
Estes ensaios são muito utilizados com o objetivo de se fornecer as características mecânicas dos materiais. Através destes ensaios é possível determinar as deformações que este material pode sofrer ao ser submetido a certa carga, e assim determinar a resistência do material quando submetido a uma tração.
Em um teste de tração o corpo de prova perde sua uniformidade no momento em que é atingida a carga máxima suportada por ele, a ruptura do material geralmente ocorre em sua região mais estreita.
2.1.1 Corpo de prova
Atualmente dois tipos de corpo de prova são utilizados em ensaios de tração: o circular e o retangular. No corpo de prova circular o diâmetro padrão é de aproximadamente 12,8 mm, enquanto a seção reduzida deve ser pelo menos quatro vezes esse diâmetro, conforme mostra a Figura 2. O corpo de prova circular é utilizado geralmente em ensaios com produtos acabados com seção circular, forma irregular ou espessura excessivamente grande.
Figura 2: Corpo de prova circular
Fonte: Dias, 2011.
O corpo de prova retangular é menos utilizado que o circular, sendo constantemente utilizado para chapas. Segundo a norma (ASTM - American Society for Testing and Materials) D-638-08, o corpo de prova retangular deve ter as seguintes dimensões: comprimento útil de 50 mm; espessura igual a 2 mm; largura igual a 13 mm, conforme Figura 3.
Figura 3: Corpo de prova retangular.
Fonte: Dias, 2011.
2.1.2 Máquina de ensaios de tração e compressão
O corpo de prova é preso pelas extremidades nas garras de fixação à máquina de ensaio de tração, Figura 4, a qual vai alongando o corpo de prova a uma taxa constante. As máquinas utilizadas no ensaio de tração criam um diagrama de carga x deslocamento, tornando possível que se calcule também o módulo de elasticidade, a tensão limite de ruptura e o alongamento total. Quanto ao tipo de operação, as máquinas de ensaio podem ser eletromecânicas ou hidráulicas. Vale destacar que essa mesma máquina também é utilizada em ensaios de compressão, os quais serão detalhados no decorrer deste trabalho.
 Figura 4: Esquema de uma máquina universal.
Fonte: Judice, 2005.
Figura 5: Sequência de um ensaio de tração mostrando a deformação do corpo de prova.
Fonte: Dias, 2011.
2.1.3 Dados obtidos em um ensaio de tração
Quando um corpo de prova é submetido a um ensaio de tração, a máquina de ensaio fornece um gráfico que mostra as relações entre a força aplicada e as deformações ocorridas durante o ciclo. Mas o que interessa para determinação das propriedades do material ensaiado é a relação entre a tensão e a deformação.
A tensão corresponde à força dividida pela área da seção sobre a qual a força é aplicada. 
Figura 6: Curva tensão-deformação convencional.
Fonte: Dias, 2011.
Deformação elástica: a deformação elástica permanece constante durante o período em que a carga é mantida constante. Após a remoção da carga, a deformação é totalmente recuperada, ou seja, a deformação imediatamente retorna para o valor zero. Na fase elástica os metais obedecem a Lei de Hooke.
Deformação plástica: acima de certa tensão, os materiais começam a se deformar plasticamente ocorrendo deformações permanentes.
Limite de escoamento: é ponto na qual as deformações permanentes começam a se tornar significativas.
Limite de resistência à tração: a tensão necessária para continuar a deformar um metal aumenta até um ponto máximo, correspondente a maior tensão que o material pode resistir.
Limite de ruptura: começa a se formar uma estricção, na qual toda a deformação posterior está confinada nesta região que ocorrerá ruptura.
A Figura 7 apresenta todos os elementos citados anteriormente por meio da representação de um diagrama de tensão deformação. 
Figura 7: Gráfico tensão–deformação.
Fonte: Dias, 2011.
2.1.4 Fratura
A fratura é a separação ou fragmentação de um corpo sólido em duas ou mais partes sob ação de uma tensão, podendo ser classificada em duas categorias gerais: fratura dúctil e frágil.
Fratura dúctil: quando existe grande deformação plástica acompanhando a fratura.
Fratura frágil: quando a deformação plástica que acompanha a fratura é pequena ou imperceptível e a propagação das trincas é rápida.
Figura 8: Ruptura frágil, estricção e ruptura dúctil respectivamente.
Fonte: Dias, 2011.
2.2 Ensaios Laboratoriais de Compressão
Os ensaios laboratoriais de compressão são realizados de forma muito semelhante aos ensaios de tração, diferenciando-se apenas pelo fato de que a força é compressiva e o corpo de prova se contrai ao longo da direção da tensão.
Nos ensaios de compressão, os corpos de prova são submetidos a uma força axial para dentro, distribuída de modo uniforme em toda seção transversal do corpo de prova.
Os ensaios de compressão são realizados na mesma máquina universal utilizada nos ensaios de tração, apenas com adaptação de duas placas lisas, uma fixa e outra móvel, onde entre elas é apoiado o corpo de prova.Figura 9: Máquina e corpo de prova de um ensaio de compressão.
Fonte: Judice, 2005.
2.2.1 Corpo de prova
Nos ensaios de compressão os corpos de prova utilizados tem formato cilíndrico, os de seção quadrada ou retangular são pouco utilizados. Os corpos de prova cilíndricos devem apresentar relação comprimento/diâmetro entre 2 e 8. O comprimento não deve ser muito grande para evitar que ocorra a flambagem, nem muito pequeno para evitar que efeitos de atrito nas superfícies de contato com a máquina influencie nos resultados.
2.2.2 Comportamento dos materiais em ensaios de compressão
Nos materiais dúcteis ocorre uma deformação lateral apreciável. Essa deformação prossegue até o corpo-de-prova parecer um disco, sem que ocorra a ruptura.
No ensaio de compressão com materiais frágeis pode-se observar como propriedade mecânica o limite de resistência à compressão que o material apresenta. Ela pode ser avaliada dividindo a carga máxima pela seção original do corpo de prova.
Figura 10: Compressão em materiais dúcteis e frágeis.
Fonte: Judice, 2005.
2.2.3 Limitações encontradas no ensaio de compressão
O ensaio de compressão é pouco utilizado para os metais devido às dificuldades encontradas para medir as propriedades avaliadas neste tipo de ensaio. Os valores obtidos apresentam difícil verificação, o que pode levar a erros. 
Dentre as dificuldades encontradas neste ensaio, pode-se destacar o atrito gerado entre o corpo de prova e a máquina, pois a deformação lateral do corpo de prova é barrada pelo atrito. Para evitar que isso ocorra deve-se revestir as faces superior e inferior do corpo de prova com um material de baixo atrito como a parafina.
Outra dificuldade encontrada é a ocorrência da flambagem, sendo a mesma o curvamento do corpo de prova decorrente da grande diferença entre seu comprimento e o diâmetro. 
3. Lei de Hooke
O físico Robert Hooke descobriu a deformação Elástica em 1660. Com algumas observações, pode-se concluir que quanto maior for o peso de um objeto suspenso a uma das pontas de uma mola, onde a outra ponta está fixa, maior será a deformação sofrida pela mola. A força produzida pela mola é proporcional ao seu deslocamento de equilíbrio. O equilíbrio da mola ocorre quando ela está em seu estado natural.
A lei de Hooke não será mais válida, quando há deformação plástica. Onde há deformação causada pela ruptura das ligações atômicas, processo no qual ocorre pela movimentação de discordância do material.
A lei de Hooke unidimensional estipula que as deformações específicas longitudinais que ocorrem numa barra, por exemplo, são diretamente proporcionais às tensões normais longitudinais aplicadas, ou seja:
σ = E ε
4. Conclusão
É importante que no desenvolvimento de projetos, os engenheiros tenham um íntimo conhecimento das propriedades, características e comportamento dos materiais que serão utilizados. 
Devem ser conhecida às estruturas internas dos materiais, para o entendimento do funcionamento dos mesmos sob fenômenos físicos, bem como para o desenvolvimento de novos materiais a partir dos já existentes. 
É necessário buscar conhecer as vantagens, limitações e relações estrutura-propriedade mecânica dos materiais com o intuito de: proporcionar resistência aos esforços solicitantes, conhecer as curvas tensão-deformação, diminuir custos do projeto, prevenir a falta de materiais, estabelecer padrões mínimos de qualidade, acompanhar o desenvolvimento tecnológico e garantir melhor acabamento e durabilidade ao produto final. 
Os materiais cerâmicos são distintamente duros e possui uma fragilidade inerente, os polímeros possui propriedades mecânicas sensíveis a variação de temperatura, eles não são muito resistentes e nem muito rígidos. O limite de resistência a tração dos metais equivale a tensão máxima que pode ser suportada por um corpo de prova, enquanto que o alongamento e a redução da área são medidas através da ductibilidade do material.
Diante da representatividade dos materiais em nossa vida diária, quanto mais familiarizado estiver um engenheiro com os mesmos, assim como as técnicas de processamento, mais capacitado ele estará para fazer escolhas ponderadas de materiais, assegurando tecnologias limpas e inovadoras, oferecendo qualidade de vida para os seres humanos. 
5. Referências Bibliográficas
BEER, F. P., Johnston Jr, E. R., Resistência dos Materiais, Makron Books, 3 ed, 1996.
BRANCO, C.A.G.M. Mecânica dos materiais. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, 1985.
CALLISTER W.D. “Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma Introdução”. LTC Editoras.
DIAS, FLEDS WILIAM REIS, Comportamento Mecânico do Polímero Ptfe Sujeito a Diferentes Taxas de Deformação. Escola de Engenharia - Universidade Federal Fluminense Dissertação de Mestrado, 2011.
 
GARCIA A. (2000). “Ensaio dos materiais”. Livros técnicos e científicos Editora. 
JUDICE, F. M. S., Resistência dos Materiais IX, Universidade Federal Fluminense, 2005.
MOURA BRANCO, C.A.G; Mecânica dos Materiais. Fundação Caloustre Gulbenkian, 2° edição, Porto, 1994.