F - Propriedades Mecânicas dos Materiais

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Mecânica dos Sólidos – Profª Bárbara Drumond 
Mecânica dos Sólidos – Propriedades mecânicas dos materiais 
Profª Bárbara Drumond 
 
 
 
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS E ENSAIO DE TRAÇÃO 
 
Todos os campos da tecnologia, especialmente aqueles referentes à construção de 
máquinas e estruturas, estão intimamente ligados aos materiais e às suas propriedades. 
Tomando como base as mudanças que ocorrem nos materiais, essas propriedades podem ser 
classificadas em dois grupos: físicas e químicas. Entre as propriedades físicas, destacam-se as 
propriedades mecânicas. 
A determinação e/ou conhecimento das propriedades mecânicas é muito importante 
para a escolha do material para uma determinada aplicação, bem como para o projeto e 
fabricação do componente. 
As propriedades mecânicas definem o comportamento do material quando sujeitos à 
esforços mecânicos, pois estas estão relacionadas à capacidade do material de resistir ou 
transmitir estes esforços aplicados sem romper e sem se deformar de forma incontrolável. 
 
Principais Propriedades Mecânicas 
 
• Resistência mecânica: Capacidade que um material tem de suportar esforços externos 
(tração, compressão, flexão etc.) sem se romper. Exemplos: Uma viga de uma ponte 
rolante deve suportar esforços de flexão sem se romper; o cabo de aço tem uma alta 
resistência à tração; o concreto é fraco sob tração, mas forte sob compressão. 
 
 
 
 
 
 
 
• Elasticidade: Pode ser definida como a capacidade que um material tem de retornar à 
sua forma e dimensões originais quando cessa o esforço que o deformava. 
 
 
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Exemplo: Quando você solta o pedal da embriaguem do carro, ele volta à posição de origem 
graças à elasticidade da mola ligada ao sistema accionador do pedal. 
 
• Plasticidade: Capacidade que um material tem de se deixar moldar, sofrer deformação 
permanente apreciável, sem se romper. 
 
 
Exemplo: A estampagem de uma chapa de aço para fabricação de um capô de automóvel, por 
exemplo, só é possível em materiais que apresentem plasticidade suficiente. 
 
• Dureza: Resistência ao desgaste, penetração e a ser riscado. 
 
• Fragilidade: Materiais muito duros tendem a se quebrar com facilidade, não suportando 
choques, enquanto que os materiais menos duros resistem melhor aos choques. Assim 
os materiais que possuem baixa resistência aos choques são chamados frágeis. 
• Ductilidade: Capacidade dos materiais de se deformarem sem se romperem. Pode ser 
medida por meio da estricção (redução na área da seção transversal de um corpo de 
prova), ou por meio do alongamento. Quanto mais dútil o material, maior será a redução 
da área da seção transversal e maior será o alongamento antes da ruptura. Logo, a 
ductilidade é uma medida da extensão da deformação que ocorre até a fratura. 
 
Tipos de tensões que uma estrutura está sujeita 
• Tração 
• Compressão 
• Cisalhamento 
• Torção 
 
Como determinar as Propriedades Mecânicas? 
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• A determinação das propriedades mecânicas é feita através de ensaios mecânicos. 
• Utiliza-se normalmente corpos de prova (amostra representativa do material) para o ensaio 
mecânico, já que por razões técnicas e econômicas não é praticável realizar o ensaio na 
própria peça, que seria o ideal. 
• Geralmente, usa-se normas técnicas para o procedimento das medidas e confecção do corpo 
de prova para garantir que os resultados sejam comparáveis. 
• Pode-se classificar os ensaios mecânicos, quanto a integridade, em ensaios destrutivos e 
ensaios não destrutivos. Ensaios destrutivos são aqueles que deixam algum sinal na peça ou 
corpo de prova submetido ao ensaio, mesmo que estes não fiquem inutilizados (tração, 
compressão, flexão, dureza, fluência e etc). Os ensaios não destrutivos são aqueles que após 
sua realização não deixam nenhuma marca ou sinal e, por consequência, nunca inutilizam 
a peça ou corpo de prova. Por essa razão, podem ser usados para detectar falhas em produtos 
acabados e semi-acabados (ultra-som, líquido penetrante, visual e etc). 
• Pode-se classificar os ensaios mecânicos, quanto a velocidade, em ensaios estáticos, 
dinâmicos e de carga constante. Nos ensaios estáticos a carga é aplicada lentamente (tração, 
compressão, flexão, dureza e torção), já nos ensaios dinâmicos a carga é aplicada de forma 
rápida ou cíclica (fadiga e impacto). Os ensaios de carga constante são realizados aplicando 
as cargas por longos períodos de tempo (fluência). 
 
Testes mais comuns para se determinar as propriedades mecânicas dos materiais 
 
• Resistência à tração (Teste mais comum, determina a elongação) 
• Resistência à compressão 
• Resistência à torção 
• Resistência ao choque 
• Resistência à fadiga (A solicitação cíclica de um carregamento por um determinado 
período de tempo pode levar o material à falha mecânica em níveis de tensão inferiores 
aos nominalmente previstos. Resistência a fadiga é a capacidade de um material suportar 
a estes carregamentos cíclicos) 
• Dureza 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ensaio de tração 
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A relação entre as tensões e as deformações, para um determinado material, é 
encontrada por meio de um ensaio de tração. 
 
 
Esquema de máquina para ensaio de tração 
 
• Sistema de aplicação de carga 
• dispositivo para prender o corpo de prova 
• Extensômetro: sensor que permite medir a tensão aplicada e a deformação promovida. 
 
Um corpo de prova que pode ser uma barreta circular ou retangular, é colocado na 
máquina de testar e submetido à tração. A força atuante e as deformações resultantes são 
medidas à proporção que a carga aumenta. Obtém-se as tensões dividindo as forças pela área 
da seção transversal da barra, e a deformação específica dividindo o alongamento pelo 
comprimento ao longo do qual ocorre deformação. 
Tensão normal atuante: 
 = F/A0, 
onde 
 é dado em Kgf/cm2 ou Kgf/mm2 ou N/ mm2 
 A0 é a área inicial da seção reta transversal 
 F é a Força ou cargaDeformação (variação dimensional): 
 
 
onde 
 l0 - comprimento inicial 
 lf - comprimento final 
 ε- deformação (adimendional) 
Deste modo, obtém-se um diagrama tensão x deformação completo para o material em 
estudo. 
 
00
0
l
l
l
ll f 
=
−
=
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De O até A, as tensões são diretamente proporcionais às deformações e o diagrama é 
linear. A partir deste ponto, a proporcionalidade já não existe mais e o ponto A é chamado limite 
de proporcionalidade. Com o aumento da carga, as deformações crescem mais rapidamente do 
que as tensões, até um ponto B, onde uma deformação considerável começa a aparecer, sem 
que haja aumento apreciável da força de tração. Este fenômeno é conhecido como escoamento 
do material e a tensão no ponto B é denominada tensão de escoamento ou ponto de escoamento. 
Na região BC, diz-se que o material tornou-se plástico e a barra pode realmente, deformar-se 
plasticamente, da ordem de 10 a 15 vezes o alongamento ocorrido até o limite da 
proporcionalidade. No ponto C, o material começa a oferecer resistência adicional ao aumento 
da carga, acarretando acréscimo de tensão para um aumento da deformação, atingindo o valor 
máximo ou tensão máxima (também conhecida como tensão de ruptura ou tensão de tração) , 
no ponto D. Além deste ponto, a deformação aumenta ocorrendo diminuição da carga até que 
aconteça, finalmente, a ruptura do corpo-de-prova no ponto E do diagrama. 
Durante o alongamento da barra, há uma contração lateral, que resulta na diminuição da 
área de seção transversal. Isto não tem nenhum efeito no diagrama tensão x deformação até o 
ponto C, porém, deste ponto em diante, a diminuição da área afeta de maneira apreciável o 
cálculo da tensão. Ocorre estrangulamento (estricção) na barra que no caso de ser considerado 
no cálculo de σ, tomando-se a áreareal da seção reduzida, fará com que a curva do diagrama 
tensão x deformação verdadeiro siga a linha interrompida CE’ da figura. A carga total que a 
barra suporta diminui depois de atingir a tensão máxima, linha DE, porém tal diminuição 
decorre da redução da área e não por perda da resistência do material. Este resiste realmente a 
um acréscimo de tensão até o ponto de ruptura. Entretanto, para fins práticos, o diagrama tensão 
x deformação convencional, OABCDE, baseado na seção transversal original, dá informações 
satisfatórias para fins de projeto. 
É possível traçar diagramas análogos aos de tração, para vários materiais sob 
compressão, estabelecendo-se tensões características, tais como limite de proporcionalidade, 
escoamento, e tensão máxima. Os materiais costumam ser divididos em dúcteis e frágeis. 
Os materiais dúcteis que compreendem o aço estrutural e outros metais, se caracterizam 
por apresentarem um patamar de escoamento bem definido (diagramas a e b). Já os materiais 
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frágeis, como ferro fundido, vidro e pedra, são caracterizados por uma ruptura que ocorre sem 
nenhuma mudança sensível no modo de deformação do material (diagrama c). 
 
 
 
 
Elasticidade 
 
Os diagramas tensão x deformação apresentados anteriormente, ilustram o 
comportamento de vários materiais, quando carregados por tração. Quando um corpo-de-prova 
do material é descarregado, isto é, a carga é gradualmente diminuída até zero, a deformação 
sofrida durante o carregamento desaparecerá parcial ou completamente. Esta propriedade do 
material, pela qual ele tende a retornar à forma original, é denominada elasticidade. Quando a 
barra volta completamente à forma original, perfeitamente elástica; mas se o retorno não for 
total, é parcialmente elástica. Neste último caso, a deformação que permanece depois de retirada 
a carga é denominada deformação permanente. 
 
Ao se fazer um ensaio de tração em determinado material, a carga pode ser levada até 
um certo valor (pequeno) e, em seguida, removida. Não havendo deformação permanente, isto 
é, se a deformação da barra voltar a zero, o material é elástico até aquele valor atingido pela 
carga. Este processo de carregar e descarregar o material pode ser repetido para sucessivos 
valores, cada vez mais alto. Em certo momento, atingir-se-á um valor que fará com que a 
deformação não volte a zero quando se retirar o carregamento da barra. Desta maneira, pode-
se determinar a tensão que representa o limite superior da região elástica; esta tensão é chamada 
limite elástico. 
 
Lei de Hooke 
 
A relação linear entre tensão e deformação pode ser expressa por: 
 = ε E 
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onde E é uma constante de proporcionalidade conhecida como módulo de elasticidade ou 
módulo de Young. É o coeficiente angular da parte linear do diagrama σ x ε e é diferente para 
cada material. 
 
 
 
Tensão Admissível 
 
Ao projetar uma estrutura, é necessário assegurar-se que, nas condições de serviço, ela 
atingirá o objetivo para o qual foi calculada. Do ponto de vista da capacidade de carga, a tensão 
máxima na estrutura é, normalmente, mantida abaixo do limite de proporcionalidade, porque 
somente até aí não haverá deformação permanente, caso as cargas sejam aplicadas e, depois, 
removidas. Para permitir sobrecargas acidentais, bem como para levar em conta certas 
imprecisões na construção e possíveis desconhecimentos de algumas variáveis na análise as 
estrutura, normalmente emprega-se um coeficiente de segurança, escolhendo-se uma tensão 
admissível, ou tensão de projeto, abaixo do limite de proporcionalidade. Há outras situações 
em que a tensão admissível é fixada tomando-se um coeficiente de segurança adequado sobre 
a tensão máxima do material. Isto é normal quando se trata de materiais quebradiços, tais como 
o concreto ou a madeira. Em geral, quando se projeta em função da tensão admissível, uma das 
equações seguintes deve ser usada no cálculo da tensão admissível, σadm, 
 
onde σe e σlim representam, respectivamente, a tensão no ponto de escoamento e a tensão 
máxima do material, e n1 e n2, os coeficientes de segurança.