Propriedades Mecanicas

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CENTRO DE ENSINO SUPERIOR DE GUANAMBI – CESG 
UNIFG – CENTRO UNIVERSITÁRIO 
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL 
 
 
 
 
ANA CAROLINE SOUZA BARBOSA 
BRUNO SANTANA SANTOS 
CARLOS PAES DE SOUZA 
FELIPE DE JESUS SOUZA 
GABRIELE SOUZA MOTA 
 
 
 
 
PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GUANAMBI - BA 
2019 
 
 
 
CENTRO DE ENSINO SUPERIOR DE GUANAMBI – CESG 
UNIFG- CENTRO UNIVERSITÁRIO 
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL 
 
 
ANA CAROLINE SOUZA BARBOSA 
BRUNO SANTANA SANTOS 
CARLOS PAES DE SOUZA 
FELIPE DE JESUS SOUZA 
GABRIELE SOUZA MOTA 
 
 
 
 
PROPRIEDADES MECÂNICAS: Máquina de Tração 
 
 
 
Trabalho apresentado como requisito parcial de 
avaliação da I unidade da disciplina Resistencia 
dos Materiais I, ministrado pelo professor 
Matheus Figueiredo, do curso de Engenharia 
Civil do Centro Universitário UNIFG. 
 
 
 
 
 
 
 
GUANAMBI - BA 
2019
 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................... 3 
2. CONCEITOS E EXEMPLOS PRÁTICOS .......................................................... 4 
3. OBJETIVOS ......................................................................................................... 7 
3.1. Objetivo Geral ................................................................................................... 7 
3.2. Objetivos Específicos ....................................................................................... 7 
4. MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................. 8 
4.1. Materiais ........................................................................................................... 8 
4.2. Métodos ............................................................................................................ 8 
5. CÁLCULOS ....................................................................................................... 10 
6. RESULTADOS E DISCUSSÕES ...................................................................... 11 
ANEXOS ...................................................................................................................... 14 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS ......................................................................... 17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
 
“A origem da resistência dos materiais remonta ao início do século XVII, quando 
Galileu realizou experimentos para estudar os efeitos de cargas sobre hastes e vigas feitas de 
diferentes materiais” (HIBBELER, 2009, p.1). No entanto, para isso é necessário compreender 
sobre as suas propriedades mecânicas. 
Segundo Pinheiro (2016, p.149) propriedades mecânicas são as respostas características 
dos materiais quando sujeita a cargas externas, sua capacidade de resistir ou transmitir esses 
esforços sem se fraturar ou deformar de forma incontrolada. 
Para a exposição do tema, foi confeccionado uma máquina de tração que tem por 
finalidade mostrar o quanto o material se deforma e sua força aplicada. Partindo desta exposição 
é possível levantar o seguinte questionamento: Quanto de força está sendo aplicada para levar 
o respectivo material à sua deformação? 
Portanto, o presente trabalho visa obter resultados através de cálculos de força elástica 
para responder o questionamento feito acima, assim como mostrar na prática a relação tensão 
x deformação dos materiais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. CONCEITOS E EXEMPLOS PRÁTICOS 
 
Porque estudar propriedades mecânicas dos materiais? 
“Podem ser necessárias para o projeto de estruturas/componentes materiais 
predeterminados, a fim de que não ocorram níveis inaceitáveis de deformação e/ou falhas” 
(BORGES, 2016). 
“[...] O comportamento mecânico de um material reflete a relação entre sua resposta ou 
deformação a uma carga ou força que esteja sendo aplicada” (BORGES, 2016). 
De acordo com Borges (2016) “as propriedades mecânicas dos materiais são verificadas 
pela execução de experimentos de laboratório cuidadosamente programados, que reproduzem 
o mais fielmente possível as condições de serviço”. 
As principais propriedades mecânicas dos materiais são: 
 Elasticidade: É a propriedade na qual todo material quando sujeito a um esforço 
externo deforma-se, o comportamento elástico é a capacidade de o material retornar a 
sua forma original após a retirada da força externa aplicada sobre ele. 
 Limite elástico: é o ponto final da fase elástica 
 Plasticidade: É a propriedade na qual apresenta certos materiais que após serem 
submetidos a uma força externa já não consegue retornar as proporções originais tais 
como, sua forma e dimensão pois o mesmo é submetido a tensões que ultrapassam o 
limite elástico. A plasticidade é influenciada pelo calor. 
O inverso da plasticidade é a fragilidade ou quebrabilidade, ou seja, mesmo quando o 
material se romper ele apresenta uma pequena deformação. 
Na plasticidade existem alguns processos, tais como: 
 Escoamento é o processo na qual o material ultrapassa o limite de elástico e caracteriza 
pela deformação permanente do material. 
 Endurecimento por deformação é o processo que exige mais do material, o material 
começa a sofrer encruamento (Fenômeno que ocorre no metal com aumento da dureza 
devido à deformação plástica, só ocorre a frio) 
 Estricção/ductibilidade é o processo onde vai se localizar a ruptura do material. A 
ductibilidade é importante, pois ela indica ao projetista o grau ao qual uma estrutura 
irá se deformar plasticamente antes de fraturar, além de especificar o grau de 
deformação permitido durante as operações de fabricação. 
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 Tenacidade é a capacidade do material de absorver energia aplicada até sua ruptura. 
Como é praticamente impossível fabricar materiais sem defeitos, a tenacidade é uma 
das principais considerações para todos os materiais estruturais. 
 Resiliência é a capacidade de absorver energia na fase elástica, mas não rompe, ou 
seja, com a remoção da carga é possível a recuperação dessa energia. 
 
Exemplos: 
 Materiais dúcteis (aço estrutural e outros metais): 
 
1.Aumento lento do comprimento (pequena deformação), diretamente proporcional a 
uma grande carga aplicada (trecho reto da origem até a tensão de escoamento - σe), com grande 
coeficiente angular (reta "quase" na vertical). 
2. Longa deformação com pouco aumento da carga aplicada, ou seja, pequena variação 
da tensão (escoamento). 
3. Aumento da deformação proporcional ao aumento da carga aplicada, ou seja, da 
tensão. Este aumento ocorre até que a carga aplicada atinja um valor máximo, ou, uma tensão 
última - σu (recuperação). 
4. Diminuição do diâmetro do corpo (estricção). Uma diminuição da carga aplicada é 
suficiente para manter a deformação até a ruptura. (σR: tensão de ruptura; εR: deformação de 
ruptura). 
 
 
 
 
 
 
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 • Materiais frágeis (ferro fundido, vidro, pedra...): 
 
 
 
Evolução do diagrama: aumento da deformação proporcional ao aumento da carga 
aplicada até que se atinja a deformação de ruptura (εR) que corresponde à tensão de ruptura 
(σR) que é igual à tensão última (σu). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3. OBJETIVOS 
3.1. Objetivo Geral 
Analisar as propriedades mecânicas de determinados materiais quando submetidos a 
forças de tração. 
 
3.2.Objetivos Específicos 
 Submeter
materiais como o cobre e arame recozido a forças de tração; 
 Analisar o comportamento dos mesmos, assim como a sua resistência a força aplicada; 
 Através de testes com os materiais calcular sua força, tensão e deformação do material; 
 Comparar os resultados obtidos entre o cobre e arame recozido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4. MATERIAIS E MÉTODOS 
4.1.Materiais 
 Máquina de corte para pisos cerâmicos. 
 Parafuso com argola (modelo utilizado para tracionar fios de cercas em geral). 
 Mola (retirada de um amortecedor de motocicleta). 
 Chave Biela Com Passante (16 mm). 
 Peças metálicas fixadas ao suporte (cantoneiras 1.5 polegadas, solda, arruelas). 
 Tinta spray na cor preta. 
 Fios para análise (cobre, arame recozido, alumínio, etc.). 
 Fita métrica 
 Anilhas (pesos de academia) 
 Cordas (para prender a máquina na posição vertical no dimensionamento da 
mola). 
 
4.2. Métodos 
 Este trabalho teve como objetivo expor de forma dinâmica e especifica o tema sobre 
propriedades mecânicas dos materiais. 
 Para isso, pensamos em confeccionar uma máquina de tração a fim de obtermos dados 
de algumas propriedades mecânicas dos fios contendo diferentes materiais em sua composição. 
Por meio desse equipamento foi realizado análises sobre a relação tensão x deformação de cada 
fio, e a partir disso, exposto graficamente o comportamento de cada material. 
O primeiro passo foi definir a estrutura da máquina, onde iríamos precisar de duas bases 
bem fixas e resistentes, assim como um mecanismo para guiar o movimento da máquina em 
funcionamento. No entanto, foi escolhido uma máquina de corte para pisos cerâmicos como 
sendo a base, e em seguida fixando os demais componentes da máquina. 
O segundo passo foi desenvolver uma forma de dimensionar a força que estaria sendo 
aplicada no material a ser testado. Baseando na lei de Hooke (F = K*x), manipulamos a fórmula 
sabendo que a constante elástica de uma mola é a força aplicada sobre ela, dividida pelo 
deslocamento sofrido pela mesma. Para calcular a constante elástica a ser usada, foi suspenso 
pesos de 20kg na mola, constatando que a cada acréscimo de 20kg a mola se deslocava 1 
centímetro na posição vertical. Com isso, foi obtido a relação força/deslocamento, sendo a força 
calculada pela fórmula F = massa*gravidade (adotando g = 10m/s²), concluindo-se que a cada 
centímetro deslocado estava sendo aplicada uma força de 200N sobre a mola. 
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 O terceiro passo foi confeccionar onde iria ser aplicada a força de tração no fio, com a 
ajuda de um parafuso de rosca e a alavanca da ferramenta que utilizamos para girar a “porca”, 
conseguindo assim, atingir uma força de tração suficiente para tracionar os fios até a sua 
ruptura. 
Para pôr em prática o conceito teórico apresentado no primeiro e segundo passo, 
contratamos um profissional em serralheria para fixar a mola e o parafuso na base da máquina. 
Utilizando duas cantoneiras de ferro fixadas à base, prendemos a mola em uma extremidade e 
o parafuso responsável por aplicar a força de tração em outra. 
Posteriormente confeccionamos uma peça para desempenhar as seguintes funções: guiar 
o movimento do sistema (que mantém a linearidade do deslocamento da mola), assim como 
unir a mola ao fio a ser testado (para isso foi soldado a peça na mola em uma de suas 
extremidades, e na outra uma argola onde o fio será preso). 
Por fim, foi confeccionado uma fita métrica na base para indicar o deslocamento da 
mola. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5. CÁLCULOS 
 
Fórmulas: 
F = k * x σ = F/A ε = (Lf – Li)/ Li A = π*r² 
m*g = k*x 
 
 O primeiro calculo a ser feito, foi da constante elástica, onde manipulamos a fórmula de 
Hooke, e chegamos a: K= m*g / x. 
 Substituindo os valores: 
K = (20kg * 10m/s²)/ 1 cm 
K = 200N/cm 
Com o valor da constante elástica, o diâmetro de cada fio e os dados obtidos pelos testes, 
conseguimos encontrar a força aplicada, tensão máxima e a deformação do fio. Segue os dados 
na tabela abaixo: 
 
Cálculos: 
 F= 200N/cm*2.2cm A=π*0,625² σ= 440N/ 1,227mm² 
 F=440N A=1,227mm² σ=358,54Mpa 
 
 ε (teste 1) = (339 – 270)/270 ε (teste 2) = (342 – 275)/275 
 ε = 0,25 ou 25% ε = 0,2436 ou 24,36% 
 
 
Cálculos: 
 F= 200N/cm*1,8cm A=π*0,625² σ= 360N/ 1,227mm² 
 F=360N A=1,227mm² σ=293,40Mpa 
 
 ε (teste 1) = (340 – 275)/275 ε (teste 2) = (335 – 270)/270 
 ε = 0,2364 ou 23,64% ε = 0,2407 ou 24,07% 
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6. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
Através dos testes e cálculos pode-se obter a força aplicada em cada material, sua tensão 
máxima e deformação dos mesmos. 
Conforme as imagens abaixo podemos observar que ambos os fios apresentam 
características de uma fratura dúctil, devido a formação de um pescoço no corpo de prova. 
 
Fio de arame recozido 
 
 
Fio de cobre 
 
 De acordo com os testes, o arame recozido obteve um deslocamento maior em relação 
ao fio de cobre, e precisou de mais força para fazer o material chegar até a sua ruptura. 
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 Nos gráficos de tensão x deformação a seguir, é possível notar que ambos os materiais 
tiveram deformações plásticas próximas, porém o arame recozido apresentou um limite de 
escoamento maior. 
 
Gráfico 1 – Comparação do comportamento do material com o mesmo comprimento inicial 
 
 
Gráfico 2 – Comparação do comportamento do material com o mesmo comprimento inicial 
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 No entanto, o presente trabalho alcançou os devidos objetivos, e com isso, conclui-se 
que o fio de cobre apresenta uma resistência à tração menor que o arame recozido, mesmo 
apresentando diâmetros e comprimentos iniciais iguais o que influenciou no resultado final 
além das propriedades mecânicas, foi a força aplicada em cada material que está diretamente 
proporcional com a tensão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ANEXOS 
 
 
Escolha do equipamento 
 
 
Dados sobre o arame recozido 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS 
Borges, S. V. (2016). CAPÍTULO 10 PROPRIEDADES MECÂNICAS DE MATERIAIS. 
Fonte: DocPlayer. Disponivel em:< https://docplayer.com.br/1158921-Capitulo-10-
propriedades-mecanicas-de-materiais.html>. Acesso em: 23 de março de 2019. 
 
Hibbeler, R. C. (2009). Resistência dos Materiais (7ª ed.). São Paulo. 
 
Pinheiro, A. C.; Crivelaro, M. (2016). Fundamentos de Resistência dos Materiais (1ª ed.). 
LTC. 
 
Propriedades Mecânicas dos Materiais. (s.d.). Fonte: Instituto Federal de Santa Catarina. 
Disponivel em: < 
http://joinville.ifsc.edu.br/~anael.krelling/Tecnologia%20em%20Mecatr%C3%B4nica/CIM2
4/3%20-%20Propriedades%20Mec%C3%A2nicas%20dos%20Materiais.pdf>. Acesso em: 23 
de março de 2019.