Ensaio de Tração

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Ensaios mecânicos Enori Gemelli 
 
20 
2. Ensaio de tração 
 
♦ Ensaio normalizado: 
metais – NBR MB-4, ASTM E8, E21 (alta Temperatura) 
polímeros – ASTM D638, ISO 527-1/2 (dentre várias) 
cerâmicas – ASTM C 496 (concreto) 
 
♦ Corpos de prova (CDP) padronizados 
 
 
 
 
 
 
 
Máquinas Universais de ensaios Mecânicos: ♦ Mecânicas (≤ 30 tf) 
 ♦ Hidráulicas (≥ 40 tf) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A C 
B 
D 
E 
Extensômetro 
Célula de carga 
Cabeçote 
móvel 
Lo 
Base 
 
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Ensaio em material polimérico 
 
 
 
Força de resistência do CDP (P) => medida com célula de carga 
Alongamento do CDP (∆L) => medido com extensômetro 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Extensômetro 
Célula de carga 
Lo = Abertura inicial do extensômetro 
 
∆∆∆∆L = L – Lo 
Tensão convencional, 
0A
P
=σ 
Deformação convencional, (%) 100 
0L
L
e
∆
= 
Ao 
∆L/2
 
∆L/2
 
P
 
P
 
Lo L
 
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2.1. Curvas típicas de tração 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
∆l 
P
e 
σ
=> 
Influência da velocidade de deformação 
nas curvas de tração de um plástico 
Gráficos obtidos no ensaio de tração 
Cerâmica tecnológica 
Altamente elástico
dúctil Borracha 
(elastômero) 
Cerâmicas 
Defor. (ou ∆l) 
σ (ou P) 
Metais 
Defor. (ou ∆l) 
σ (ou P) 
Pouco dúctil 
dúcteis 
Polímeros 
Defor. (ou ∆l) 
σ (ou P) Rígido 
Defor. (ou ∆l) 
σ (ou P) 
Concreto 
Vensaio ≤ 1 mm/min 
Vensaio = 5 mm/min 
Vensaio = 1 - 500 mm/min 
 
Vdefor. ≤ 0,4/min 
 
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2.2. Ensaio de tração convencional em metais (ensaio com extensômetro) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Campo elástico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Parte linear = deformação elástica => Lei de Hooke, Ee=σ 
 
AB = deformação plástica homogênea => encruamento homogêneo 
BC = deformação plástica heterogênea => encruamento heterogêneo 
 Estágio de ruptura 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A
 
σ 
e 
 
σmáx 
σrup 
E 
eelástica eplástica 
e = n 
A'
Deformação total (elástica + plástica) 
σesc 
B
 
C
campo plástico 
A’ = limite de proporcionalidade 
A = limite de escoamento (σesc) 
 Entre A’ e A = limite elástico 
B = limite de resistência ou 
 tensão máxima (σmax). Início 
 da estricção (material dúctil) 
C = ruptura do material (σrup) 
E = módulo de elasticidade 
 longitudinal 
σ 
∆L 
 
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(a) Fratura Frágil 
(b) Fratura dúctil 
(c) Fratura completamente dúctil 
 
 
 
 
Fratura em tração da liga Al-Mg-Si 
 
 
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2.2.1. Propriedades Mecânicas 
 
Tensões convencionais, 
0
i
i A
P
=σ (i = escoamento, máxima, ruptura) 
 
Critério “n” de escoamento para determinar a σσσσesc (“limite elástico”): 
 ♦ metais e ligas em geral, n = e = 0,2% (n = 0,002) 
 ♦ cobre e suas ligas, n =e = 0,5% (n = 0,005) 
 ♦ ligas metálicas muito duras, n = e = 0,1% (n = 0,001) 
 
Alongamento específico (deformação plástica total), (%) 100
L
LA
i
∆
= 
 
 
Coeficiente de estricção (redução da área no ponto de ruptura), 
(%) 100
A
AA
o
fo −
=ϕ 
onde Ao é a área inicial e Af é a área estrita. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Módulo de elasticidade longitudinal (E) ou módulo de Young 
 
 Inclinação da parte elástica linear => 
 
e
E
∆
σ∆
= 
 
Módulo de elasticidade (E) e limite de proporcionalidade (LP) 
de alguns materiais de engenharia 
 
METERIAL E (GPa) LP (MPa) METERIAL E (GPa) LP (MPa) 
Cromo 289 - Ferro 196 50 
Níquel 214 70,0 Aços em geral 200 - 210 220 
Alumínio 69 40 Náilon 2 - 4 49 - 87 
Ligas de Al 70 - 79 100 - 627 
Li 
Lf 
Li e Lf = distâncias inicial e final entre 
 as marcas de referência 
 
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Módulo de resiliência (Ur) 
 
Resiliência = Capacidade que o material tem de absorver e liberar energia elástica 
 
Ur = área da região elástica => 2
e
r
U
total
elásticaescσ
= 
 
Módulo de tenacidade (UT) 
 
Tenacidade = capacidade que o material tem de absorver energia até a ruptura 
(energia total necessária para romper o material) 
 
 
Ur = área total abaixo da curva tensão x deformação 
 
Material dúctil => ][J/m e 
2
σσU 3rupmáxescT
+
= 
Material frágil => ][J/m e σ
3
2U 3ruprupT = 
 
Ductilidade = Capacidade que o material tem de se deformar plasticamente 
(deformação ou alongamento plástico) 
 
 
2.2.2. Materiais com deformação elástica não linear 
 
Materiais dúcteis 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
σ
e (%) 
σ
e (%) 
σesc 
A
 
B
 
C
 
D
 
A = def. plástica parcial 
AB = descarga (registrar 
 curva) 
C = n 
Reta CD paralela a AB 
D = limite de escoamento 
][J/m 
 volumede Unidade
absorvida elástica energia
 U 3r =
][J/m 
 volumede Unidade
absorvida totalenergia
 U 3T =
 
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Materiais frágeis/dúcteis 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5% σrup 
 
 
 
 
 
2.2.3. Ensaio de tração sem extensômetro 
 
∆L = deslocamento do cabeçote 
 
∆L = escorregamento + alongamento do CDP + alongamento dos dispositivos + 
folgas + deflexão do cabeçote 
 
 
 Sem extensômetro 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Escorregamento do CDP nas garras 
 
Precisão somente 
no eixo das tensões 
α 
∆L 
σ 
 σesc 
β << α 
Com extensômetro
 
25% σrup 
σ
e
E = módulo tangente inicial
E = módulo secante
 
Ruptura
 
dúcteis = 5 – 25% σesc 
 
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Gráfico de tração com escoamento não nítido 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Existem normas específicas para testar materiais em tração, como por 
exemplo, ensaio de tração em fios, cordas, filmes plásticos, teste em soldas etc. 
 
 
2.2.4. Relação entre o limite de escoamento, de resistência edureza Brinell 
 
Tensão de escoamento teórica, ]kgf/mm[ 
3
HV
 
3
HB
σ
2t
esc
≈≈ (metálicos dúcteis) 
Relação entre o limite de resistência (σmáx) e HB (Kgf/mm2) 
 
MATERIAL σσσσmáx (Kgf/mm2) 
Aço Doce 0,36 x HB 
Aço Liga Tratado Termicamente 0,34 à 0,36 x HB 
Metais não Ferrosos 
Níquel Recozido 0,49 x HB 
Níquel e Latão Encruado 0,41 x HB 
Latão Recozido 0,55 x HB 
Cobre Recozido 0,52 x HB 
Alumínio e suas Ligas 0,40 x HB 
 
Lo 
P Sem extensômetro 
 
Pesc
Pmáx 
Prup 
∆L = n.Lo 
∆Lelást. ∆Lplást. 
? 
∆L 
Pesc 
Parte elástica 
linear (?) 
Com extensômetro
 
∆L = n.Lo 
 
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2.2.5. Gráfico de tração real 
 
 
Tensão convencional, 
0
c A
P
σ = 
Tensão real, 
A
P
σ
r
= 
A = área real 
Deformação convencional, 
oL
L
e
∆
= 
Deformação real, 
oL
Lln=ε 
 
 
Deformação plástica homogênea - Região AB 
 
Correlações entre tensões e deformações reais e convencionais (CDP circular 
maciço) na região plástica homogênea 
 
 
po L LL ∆+= 
 
AoLo = A L (conservação de volume) 
 
p
o
p
o
po
o
o e1
L
L
1
L
LL
L
L
A
A
+=
∆
+=
∆+
==
 
 
 onde ep = deformação plástica 
 ∆Lp = alongamento plástico 
 
)e(1 lnε
L
Llnε pp
o
p ++++=====>=>=>=>==== d
d2ln
d
dln
A
Aln
L
Llnε o
2
oo
o
p ====





============ 
)e(1 σσ
A
A
σσAσAσP pcrocrocr ++++=====>=>=>=>=====>=>=>=>======== 
 
Na ruptura 
 
2
estrito
rup
estrita
rup
r d
P4
A
P
pi
==σ 
 
Tensão
 
deformação 
A B 
B' 
C 
C' Real 
Convencional 
O 
∆Lp/2 
Lo L
 
∆Lp/2 
Ao A 
 
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Curva tensão real versus deformação real 
 
♦ Região elástica (AO): σr = E ε = E e (lei de Hooke) 
♦ Região plástica homogênea (AB'): σr = K (εp)n 
♦ Na ruptura 
2
estrito
rup
rup d
P4
pi
=σ , εrup ≈ erup 
 
Região A-B' (deformação plástica homogênea) 
 
Equação constitutiva da plasticidade ou equação de Ludwig: 
 
σσσσr = K (εεεεp)n onde: K = coeficiente de resistência 
n = coeficiente de encruamento 
εp = deformação plástica real entre A e B' 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Levando em consideração o encruamento inicial (antes do ensaio): 
 
 σσσσr = K (εεεεo + εεεεp)n 
 
Quando: 
εp = 0 => σr = σesc (material encruado) 
=> σesc = K εon 
 
ε 
A 
σr B' C' 
O 
n
 
Log εp 1 
Log σr 
σesc 
εo 
 K
 
Log σr= log K + n log εp 
Tensão
 
deformação 
recozido 
encruado 
εo 
 
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2.3. Ensaio de tração em plásticos (ASTM D 638-03) 
 
 
 
2.3.1. Propriedades mecânicas 
 
Material rígido/frágil (1): 
Módulo de elasticidade ou módulo de tensão (tensile modulus) 
Tensão de ruptura (break stress) ou resistência à tração na ruptura (tensile strength 
at break) 
Deformação ou alongamento total no ponto de ruptura 
 
Material dúctil (com patamar ou ponto máximo antes da ruptura) (2, 3): 
Módulo de elasticidade ou módulo de tensão (tensile modulus) 
Tensão e deformação/alongamento total no ponto de escoamento (onde um 
aumento na deformação não resultar em um aumento da tensão) 
Tensão e deformação/alongamento total na ruptura 
 
Material semi-dúctil ou semi-rígido (com patamar no final) (4): 
Módulo de elasticidade ou módulo de tensão (tensile modulus) 
Tensão e deformação/alongamento total no ponto de escoamento/ruptura (yield) 
 
 
 σ break stress 
 Yield stress 
 
 
 
 
 break strain Yield strain 
 
 e 
 
Semi-rígido 
Rígido 
a, b = ponto de escoamento 
c = escoamento/ruptura 
σ
e 
1 
a
2 
b 3
c 
4 
 
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2.3.2. Materiais com deformação elástica não linear (ISO 527) 
 
Módulo de elasticidade/tensão (Tensile Modulus) 
 
� inclinação da reta secante para deformação entre 0,05% e 0,25% 
 
 
 
 
 
Módulo secante (Secant Modulus) 
 
� inclinação da reta secante para deformação entre 0 e m 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
σ
m 
Módulo secante 
0 - m 
Módulo secante 
e e 
 
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2.4. Ensaio de tração em materiais cerâmicos 
 
Propriedades: tensão de ruptura e módulo de elasticidade 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5% σrup 
 
 
 
 
NBR 8522(1984): determinação do E no concreto 
25% σrup 
σ
e
E = módulo tangente inicial
 
E = módulo secante
 
Ruptura