RELATÓRIO ENSAIO DE COMPRESSÃO - RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS EXPERIMENTAL

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ 
 Instituto de Engenharia de Produçao 
 
 
 
 
 
 
Thalles Matheus Gonçalves Mello – 2019004975 
 
 
Samuel Augusto Lucas Conceição – 2017006620- T10 
 
Pedro Henrique Cosentino Quelhas 31847 
 
 
 
 
 
 
 
EME 438P – T10 
EXPERIMENTO 3: ENSAIO DE COMPRESSÃO 
 
 
 
 
 
FELIPE DE SOUZA ELOY 
 
 
 
 
 
 
 
ITAJUBÁ 
 
INTRODUÇÃO 
 
 
O ensaio de compressão é indicado para avaliar se um material possui 
boa resistência à compressão, ou seja, que não se deforme facilmente e que 
assegure boa precisão dimensional quando solicitado por esforços de 
compressão (principalmente quando se trata de materiais frágeis, como ferro 
fundido, madeira, pedra e concreto). É também recomendado para produtos 
acabados, como molas e tubos. 
Porém, não se costuma utilizar ensaios de compressão para os metais, 
porque a determinação das propriedades mecânicas por esse ensaio é 
dificultada pela existência de atrito entre o corpo de prova e as placas da 
máquina, pela possibilidade de flambagem, pela dificuldade de medida dos 
valores numéricos do ensaio e por alguns outros fatores que provocam 
incidência considerável de erros. 
O objetivo desse ensaio é determinar a resistência à compressão de 
dois materiais, aço 1020 e alumínio, aplicando uma carga uniaxial crescente 
que irá comprimir os corpos de prova cilíndricos. 
1. MATERIAIS E MÉTODOS 
1.1. Materiais 
 
 
• Máquina universal para ensaios 
mecânicos adaptada para ensaio 
de compressão. Marca: 
INSTRON/EMIC; Modelo EMIC 
DL-3000, eletromecânica, 
microprocessada. 
• Dois Corpos de Provas 
cilíndricos, sendo um de Aço 
1020 e outro de Alumínio; 
• Computador com o software de 
ensaios da máquina; 
• Paquímetro da marca 
DIGIMESS. 
 
1.2. Métodos 
 
 
 
Após selecionados os dois corpos de prova a 
serem utilizados no ensaio de compressão, 
medimos o diâmetro e o comprimento de cada um 
dos cilindros utilizando um paquímetro (as 
dimensões coletadas estão dispostas na Tabela 1). 
Para minimizar o atrito, os dois corpos de 
prova foram lubrificados e em seguida, um de cada 
vez, foram colocados na máquina universal de 
ensaios, que fora adaptada para a realização do 
ensaio de compressão com duas placas lisas — 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2: Modelo do 
Posicionamento do Corpo de 
Prova 
uma fixa e outra móvel. É entre elas que o corpo de prova foi apoiado e 
mantido firme durante a compressão como mostra a Figura 2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1: Máquina Adaptada para Ensaio de 
Compressão. 
Depois das devidas configurações no software, a máquina foi acionada, 
aplicando uma carga crescente comprimindo cada um dos corpos de prova. O 
software começou a coletar os dados e a esboçar o gráfico Tensão X 
Deformação, até que os corpos de prova fossem achatados, transformando-se 
em “discos”, num processo conhecido como embarrilhamento. 
 
 
2. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
2.1. Obtenção de Dados e Cálculos 
 
 
A partir do experimento realizado no dia 09 de Outubro de 2020 no 
Laboratório de Ensaios Destrutivos e Não Destrutivos da Universidade Federal 
de Itajubá foram coletados dados de força (N) e deformação (mm) obtidos 
durante o ensaio de compressão. 
Além dos dados acima, foi medido com o paquímetro o diâmetro e o 
comprimento dos corpos de provas, e a partir da fórmula abaixo foi possível 
calcular a área da seção transversal em mm² que está contida na Tabela 1 
abaixo: 
 
𝑆 = 
𝜋 ∙ 𝑑2 
 
 
4 
 
 
 
 
(mm). 
Fórmula 2.1 
 
Onde S é a área da seção (mm²) e d é o diâmetro do corpo de prova 
 
Tabela 1: Dimensões dos Corpos de Prova 
Antes 
Material Diâmetro (mm) Comprimento (mm) Área da Seção (mm²) 
Aço 1020 6,1 13 29,22 
Alumínio 6,6 14,7 34,21 
Depois 
Material Diâmetro (mm) Comprimento (mm) Área da Seção (mm²) 
Aço 1020 — — — 
Alumínio 12 4 113,10 
Com o cálculo da área da seção transversal foi possível calcular, 
utilizando a Fórmula 2.2 abaixo a tensão para cada força aplicada. E com a 
Fórmula 2.3, calculamos a deformação especifica. 
𝐹 
𝜎 = 
𝐴 
 
Fórmula 2.2 
 
Onde 𝜎 é a tensão (Pa) obtida por uma força (F) em Newtons aplicada 
na área (A) da seção transversal do cilindro em m². 
 
𝜀 = 
∆𝐿 
 
 
𝐿0 
 
Fórmula 2.2 
 
Sendo 𝜀 a deformação específica (adimensional), ∆L a deformação total 
(mm) e L0 o comprimento inicial do material (mm). 
A partir dos dados obtidos de tensão e deformação específica, foram 
calculados para cada material algumas características importantes como o 
limite de escoamento, o módulo de elasticidade e a dilatação transversal. Para 
isso foram utilizadas as fórmulas que se seguem: 
𝜎 
𝐸 = 
𝜀 
 
Fórmula 2.3: Lei de Hooke 
 
E é o módulo de elasticidade (Pa), 𝜎 é a tensão (Pa) e 𝜀 é a deformação 
específica (adimensional). 
 
 
Fórmula 2.4: Dilatação Transversal 
 
Onde 𝜑 é a dilatação transversal (adimensional), Df é o diâmetro final 
(mm) e D0 é o diâmetro inicial (mm). 
Os resultados dos cálculos estão dispostos na Tabela 2 a seguir: 
Tabela 2: Resultado dos Cálculos 
 
Material 
Dilatação 
Transversal 
Módulo de 
Elasticidade 
(Gpa) 
Tensão de 
Escoamento 
(Mpa) 
Deformação de 
Escoamento (%) 
Alumínio 2,31 206,5048 150,313 10,7 
Aço 1020 -1 399,98 399,98 13,0 
 
 
2.2. Construção e Análise Gráfica 
 
 
Com os dados coletados em laboratório foi possível construir o gráfico 
Tensão (MPa) X Deformação Específica (adimensional) para os dois materiais 
em questão, afim de classifica-los quanto a ductilidade ou fragilidade e 
identificar as regiões de maior importância. 
 
 
Ambos os materiais apresentaram gráfico com características 
semelhantes e assim foram identificadas as principais regiões: 
A - Região elástica: região em que o material apresenta deformações, 
porém ainda é capaz de voltar ao seu estado original, essa região acaba 
quando a tensão atinge ou ultrapassa a tensão de escoamento. 
B - Região de encruamento: região em que o material não é capaz 
mais de voltar a seu estado original, porém é capaz de suportar a tensão e 
resistir com uma pequena deformação. 
Em ambos os materiais só foi possível identificar duas regiões, a elástica 
e a de encruamento. Isso aconteceu porque durante o ensaio de compressão o 
material não rompeu, o ensaio era finalizado quando o material atingia 
determinada deformação ou quando a máquina atingia a força máxima. Assim 
é possível verificar que o gráfico do alumínio foi interrompido ainda na região 
de encruamento, assim como o do aço. Porém, devido a dimensões 
inadequadas do corpo de prova, o aço sofreu flambagem e por isso seu gráfico 
não apresenta o comportamento parecido com o do alumínio. 
Os dois materiais analisados em questão são dúcteis, pois materiais 
frágeis, como o concreto por exemplo, se rompem durante o ensaio de 
compressão. Ademais, o gráfico de ambos os materiais possuem 
características de materiais dúcteis, como a região elástica menos acentuada e 
região de encruamento longa, o que indica que o material suporta altas 
tensões. 
 
 
2.3. Análise das Deformações do Corpos de Prova 
 
 
Outra característica importante a ser analisada para definir as 
características do material é a maneira com que o corpo de prova sofre com a 
tensão aplicada. Em se tratando de compressão, os materiais frágeis 
apresentam fratura em 45º enquanto os materiais dúcteis apresentam 
embarrilhamento, em que o corpo de prova é achatado até se tornar um disco 
(que é o caso deste ensaio). 
 
Figura 3: Tipos Comuns de Deformação em Compressão 
 
A partir da análise dos corpos de provas é possível verificar que ambos 
os materiais sofreram embarrilhamento (mesmo o aço 1020 tendo flambado), e 
assim é possível concluir que tanto o aço quanto o alumínio são materiais 
dúcteis. 
Figura 4: Corpos de Prova Após o Ensaio: Aço 1020 e Alumínio, respectivamente 
CONCLUSÃO 
 
 
É possível concluirque o ensaio realizado apresentou resultados 
satisfatórios apenas para o alumínio, pois como as dimensões do corpo de 
prova do aço não seguiam as normas adequadas, seus resultados apresentam 
diferenças quando comparados à literatura, devido a flambagem. Isso 
aconteceu pois de acordo com a norma a relação entre comprimento e 
diâmetro de corpos de prova dúcteis variam em uma proporção de 3 a 8, e a do 
material utilizado no ensaio era de 2,13. 
Dessa forma o módulo de elasticidade calculado para o alumínio foi de 
34,17 GPa que é um valor próximo do da literatura de 45GPa. Esse valor 
sofreu alterações devido a alguns erros que podem ter acontecido durante o 
ensaio. Um deles é a existência de atrito entre a máquina e o corpo de prova, 
que apesar de reduzida pelo lubrificante que foi aplicado aos corpos de prova, 
ainda pode ter alterado os resultados. 
Já o módulo de elasticidade experimental do aço 1020 resultou em 75,13 
GPa enquanto o valor esperado é de 200GPa, o que mostra o quanto a 
flambagem prejudicou o ensaio. 
Entretanto, mesmo com os erros ocorridos durante o ensaio, foi possível 
construir o gráfico de ambos os materiais, analisar a deformação do corpo de 
prova e caracterizá-los em materiais dúcteis, sendo que para o alumínio foi 
possível chegar em valores significativos e compatíveis com a literatura. 
REFERÊNCIAS 
 
 
GARCIA, A.; SPIM, J. A.; SANTOS, C.A. Ensaios dos materiais. 2. ed. São 
Paulo: LTC -Livros Técnicos e científicos, 2012. 
TELECURSO AULA 6. Ensaio de compressão. Disponível em: 
<http://www.essel.com.br/cursos/material/01/ensaiomateriais/ensa07.pdf>. 
Acesso em: 30 set. 2016. 
http://www.essel.com.br/cursos/material/01/ensaiomateriais/ensa07.pdf