Materiais II - Aula 5

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MATERIAIS II AULA 5
Materiais II – Ensaio de Compressão
Um dos ensaios mecânicos realizado em materiais, para conhecer o seu comportamento e suas propriedades em determinadas situações, é o teste de compressão, em que se avalia como o material reage quando pressionado. Este teste é usualmente aplicado em concreto, cerâmicas, metais, plásticos e compostos.
INTRODUÇÃO:
Materiais II – Ensaio de Compressão
Podemos observar o esforço de compressão na construção mecânica, principalmente em estruturas e em equipamentos como suportes, bases de máquinas, barramentos etc.
Às vezes, a grande exigência requerida para um projeto é a resistência à compressão. Nesses casos, o projetista deve especificar um material que possua boa resistência à compressão, que não se deforme facilmente e que assegure boa precisão dimensional quando solicitado por esforços de compressão.
INTRODUÇÃO:
Materiais II – Ensaio de Compressão
O ensaio de compressão é o mais indicado para avaliar algumas características, principalmente quando se trata de materiais frágeis, como ferro fundido, madeira, pedra e concreto. É também recomendado para produtos acabados, como molas e tubos.
INTRODUÇÃO:
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As máquinas de teste mais comuns para os ensaios de resistência são máquinas universais , que são capazes de realizar testes de tração, compressão e flexão.
A diferença entre elas é a forma como a carga é aplicada e as condições de fixação do corpo de prova na máquina.
A função básica destas máquinas é criar um diagrama de carga x deslocamento.
Quanto ao tipo de operação, as máquinas de ensaio podem ser eletromecânicas ou hidráulicas. 
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No teste de compressão o corpo de prova é testado pela aplicação de uma carga axial compressiva, e construído o diagrama tensão–deformação, semelhantemente ao procedimento do ensaio de tração. 
Teste:
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O corpo de prova tem usualmente a forma cilíndrica , com relação comprimento/diâmetro (L/D) entre 2 e 8 (em casos excepcionais a relação pode ser 1 – caso de teste de metal para mancais). 
O	 comprimento não deve ser muito grande para evitar flambagem, nem muito pequeno pois o atrito nas superfícies de contato com a máquina de ensaio poderá prejudicar a validade dos resultados. A apresentação dos resultados dos testes deve sempre especificar a relação L/D.
	
CORPO DE PROVA
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As relações matemáticas que valem para a tração valem também para a compressão. 
Isso significa que um corpo submetido a compressão também sofre uma deformação elástica e a seguir uma deformação plástica.
Na fase de deformação elástica, o corpo volta ao tamanho original quando se retira a carga de compressão.
TESTE:
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O comprimento útil, sobre os quais se fazem as medições, deve estar afastado das superfícies de contato com a máquina de ensaio em pelo menos um valor do diâmetro do corpo de prova. É recomendável que o comprimento útil esteja centrado em relação ao centro geométrico do corpo de prova.
Para evitar danos na superfície das placas da máquina de ensaio é indicada a colocação de chapas finas de aço entre as placas e o corpo de prova.
TESTE CORPO DE PROVA:
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Materiais dúcteis e materiais frágeis, especificamente metais, comportam-se diferentemente no ensaio de compressão. Enquanto os metais frágeis rompem praticamente sem fase elástica, os metais dúcteis sofrem grande deformação na fase plástica, às vezes sem atingir a ruptura. 
TESTE CORPO DE PROVA:
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	Para os metais dúcteis é possível determinar com precisão as propriedades para a zona elástica. Já na zona plástica a deformação aumenta a área da seção transversal (com redução do comprimento), aumentando a resistência do corpo de prova, isto é, a tensão real instantânea diminui e o corpo pode ser achatado até o formato de um disco, sem que ocorra ruptura.
	
	Medir o comportamento do fluxo plástico e o limite de fratura requer condições de teste livres de atrito (compressão homogênea). 	
	Para a medição do limite da fratura dúctil entretanto, tira-se vantagem da formação do “barril” e das deformações e tensões controladas no equador da superfície barril quando o teste é conduzido com fricção (sem lubrificação).
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As propriedades mais medidas nos ensaios comuns são os limites de proporcionalidade e escoamento (ou 0,2%) e o módulo de elasticidade. 
	
A tensão de ruptura depende da geometria do corpo de prova e das condições de lubrificação, portanto não é comparável com resultados obtidos de outra forma. Em conseqüência, o limite de resistência não pode ser especificado como propriedade do material testado.
TESTE CORPO DE PROVA:
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Valores típicos obtidos nos ensaios de tração e de compressão são mostrados na tabela abaixo, para alguns aços. 
Vale observar que os valores das tensões LP e LC na compressão são em geral maiores do que as correspondentes na tração.
Lp-tensão limite de proporcionalidade ; Lr- tensão limite de resistencia; Lc- tensão de escoamento convencional; E -módulo de elasticidade
TESTE CORPO DE PROVA:
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O teste axial de compressão também e útil para a medição das propriedades elásticas e de fratura compressiva de materiais frágeis ou de baixa ductilidade. Para os metais frágeis a fase elástica é muito pequena, comprometendo a determinação precisa das propriedades para esta fase.
A fratura é influenciada pelas dimensões do corpo de prova. Como no caso de materiais dúcteis a relação L/D usada nos testes deve acompanhar o relatório de resultados. Para ferros fundidos a relação L/D fica entre 2 e 3.
	
TESTE CORPO DE PROVA:
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A propriedade mais importante para os metais de baixa ductilidade – como o ferro fundido – é o limite de resistência. O limite de resistência à compressão é calculado pela relação entre a carga máxima no teste e a área da seção transversal original do corpo. 
O limite de resistência á compressão para materiais frágeis é aproximadamente 8 vezes maior do que o limite correspondente obtido no ensaio de tração.
OBS: Em qualquer um dos casos – metais dúcteis ou frágeis - é importante que os corpos de prova tenham uma relação adequada entre comprimento e diâmetro (L/D) para evitar o aparecimento de flambagem e modos de deformação por cisalhamento
TESTE CORPO DE PROVA:
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A figura abaixo ilustra os possíveis modos de deformação no teste de compressão, a saber:
Flambagem, quando L/D > 5
Cisalhamento, quando L/D > 2.5
Barril duplo, quando L/D > 2.0
Barril , quando L/D > 2.0 e há 
fricção nas superfícies de contato
Compressão homogênea, 
quando L/D < 2.0 e não existe 
fricção nas superfícies de contato
Instabilidade compressiva devido
 ao amolecimento do material por
 efeito de carga.
Materiais II – Ensaio de Compressão
Em geral procura-se um modo de deformação próximo ao ideal, ou seja, sem fricção. Porém, na prática, o atrito sempre estará presente. Neste caso a ocorrência do efeito barril deve ser esperada para materiais dúcteis.
A flambagem, o cisalhamento e a instabilidade devem ser evitados.
TESTE CORPO DE PROVA:
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No teste de compressão o corpo de prova tem seu comprimento reduzido e conseqüentemente aumentadas as dimensões da seção transversal. A carga compressiva é transmitida através do contato do corpo de prova com a superfície dos cabeçotes da máquina de ensaio. 
Portanto nas superfícies de contato o aumento da seção transversal do corpo de prova fica parcialmente restrito pelo efeito do atrito. 
Este atrito gera tensões
na superfície de contato, impedindo o movimento dos elementos situados nesta superfície, e provocando a alteração do formato original cilíndrico do corpo de prova durante o processo. 
TESTE CORPO DE PROVA:
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O abaulamento pode ser evitado ou minimizado pelo uso de lubrificação nas superfícies de contato. Para testes conduzidos à temperatura ambiente é recomendado o uso de teflon ou óleo de alta viscosidade. Para altas temperaturas indica-se grafite dissolvido em óleo (ligas de alumínio) e vidro moído (para aços e titânio).
Para reter o material de lubrificação usinam-se sulcos rasos em ambas as faces do corpo de prova . Este procedimento garante a lubrificação durante o teste, minimizando o atrito.