Livro Ensaios Mecanicos

Prévia do material em texto

ENSAIOS 
MECÂNICOS
Cláudia Luisa Mendes
 
Ensaios destrutivos
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Conceituar ensaios destrutivos e aplicações.
 � Reconhecer os ensaios destrutivos existentes.
 � Identificar o tipo de ensaio de acordo com a propriedade ou falha 
que precisa ser investigada.
Introdução
Muitos projetos visam desenvolver produtos caracterizados pela ca-
pacidade de suportar a ação de forças ou cargas. É preciso conhecer 
as características dos materiais a serem utilizados, para que os projetos 
atendam a essas solicitações, sem que ocorram fraturas. Para conhecer 
as propriedades dos materiais que garantem capacidade de suportar as 
cargas a que serão submetidos, são aplicados ensaios em laboratórios. 
Esses reproduzem fielmente as possíveis condições de serviços enfren-
tados pelos produtos desenvolvidos. Em sua maioria, são os ensaios 
conhecidos como destrutivos.
Neste capítulo, você vai aprender o conceito e aplicações de ensaios 
destrutivos, vai conhecer os ensaios destrutivos existentes e vai aprender 
a identificar o tipo de ensaio de acordo com a propriedade ou falha a 
ser investigada.
Conceito de ensaios destrutivos e aplicações
Os ensaios destrutivos são os mais utilizados para determinação ou verificação 
das propriedades dos materiais. São também muito empregados para medir 
a capacidade de um componente de suportar esforços. 
Levam esse nome por provocar a inutilização do material ou corpo de 
prova em teste, mesmo que o dano pareça ser pequeno.
Esse tipo de ensaio é aplicado no processo produtivo para identificar falhas 
e, principalmente, para determinar de forma quantitativa as propriedades 
mecânicas dos materiais.
O conhecimento dessas propriedades, muitas vezes, só é possível quando há 
destruição total do material investigado. Por conta disso, na maioria das vezes 
em que esses ensaios se fazem necessários, são utilizados corpos de prova 
construídos com o mesmo material que será utilizado no projeto, atendendo 
a normas próprias para cada tipo de ensaio e material, ou seja, reproduzindo 
as condições de serviços. 
Nesses experimentos, deve-se levar em conta sempre a natureza da carga 
aplicada, a duração de sua aplicação e as condições ambientais. O tempo de 
aplicação da carga e a temperatura de operação são fatores muito importantes 
a serem considerados. As cargas aplicadas podem ser de tração, compressão, 
cisalhamento, flexão, torção ou uma combinação delas. Sua representação 
esquemática é apresentada pela Figura 1. 
Figura 1. Representação esquemática de esforços em materiais.
Para selecionar o material adequado a cada projeto, devem-se levar em 
conta as combinações desejáveis de suas características mecânicas. 
Ensaios destrutivos existentes
Os ensaios destrutivos existentes são:
Ensaios destrutivos2
 � tração;
 � compressão;
 � flexão e dobramento;
 � torção;
 � dureza;
 � fratura (impacto);
 � fadiga;
 � fluência;
 � cisalhamento;
 � estampabilidade.
Ensaio de tração
Segundo Callister Junior (2008), o ensaio mais executado para determinar 
tensão-deformação é o ensaio de tração. Ele consiste na aplicação axial grada-
tiva de cargas de tração nas extremidades de um corpo de prova, especificado 
por norma, até sua ruptura. A deformação, durante o ensaio, fica limitada à 
região central, com secção uniforme do corpo de prova, por ser mais estreita. 
A Figura 2 mostra esse tipo de ensaio e seu corpo de prova.
Figura 2. Representação esquemática do ensaio de tração com um corpo de prova padrão 
de seção reta circular.
3Ensaios destrutivos
Ensaio de compressão
Segundo Callister Junior (2008), o ensaio de compressão é semelhante ao 
ensaio de tração, com a diferença de a carga ser compressiva (inversa), o que 
gera contração no corpo de prova. 
De modo geral, o ensaio de compressão é um esforço axial, que tende a 
provocar encurtamento do corpo submetido a este esforço. Devido a isso, por 
convenção, a força compressiva é considerada como sendo negativa, que gera 
uma tensão também negativa. A Figura 3 exemplifica esse tipo de ensaio e 
seu corpo de prova.
Figura 3. Representação esquemática do ensaio de compressão com um corpo de prova 
padrão de secção circular.
Ensaio de flexão e dobramento
Segundo Souza (1982), o ensaio de flexão e dobramento consiste em dobrar 
um material por intermédio de um cutelo que aplica um esforço de flexão no 
centro do corpo de prova até que seja atingido um ângulo de dobramento α 
especificado. O corpo de prova, de eixo retilíneo e secção constante, deve ser 
apoiado em dois pontos afastados a uma distância especificada, de acordo 
com o tamanho do referido corpo de prova,
Ensaios destrutivos4
Quando a força provoca somente deformação elástica no material, é con-
siderado esforço de flexão. Já quando a força produz deformação plástica, é 
considerado esforço de dobramento. Com isso, basicamente, flexão e dobra-
mento são etapas diferentes da aplicação do mesmo esforço, sendo a flexão 
associada à fase elástica e o dobramento à fase plástica. A Figura 4 mostra o 
ensaio nessas duas etapas.
Figura 4. Representação esquemática do ensaio de flexão e dobramento e o 
formato do corpo de prova antes e após os ensaios.
Ensaio de torção
Segundo Souza (1982), o ensaio de torção é bastante utilizado em pesquisas 
e aplicações específicas na Engenharia. Consiste na aplicação de uma carga 
rotativa em um corpo de prova, geralmente cilíndrico. A máquina de ensaio 
possui uma cabeça giratória, responsável pela aplicação do momento de torção, 
na qual uma das extremidades do corpo de prova é fixada e a outra é engastada.
5Ensaios destrutivos
Esse ensaio mede, basicamente, o ângulo de deformação em função do 
momento torsor aplicado. A Figura 5 apresenta esse tipo de ensaio e seu corpo 
de prova.
Figura 5. Representação esquemática do ensaio de torção com um corpo de prova padrão 
de secção circular.
Ensaio de dureza
Segundo Souza (1982), dureza, para um metalurgista, significa a resistência 
à deformação permanente; para um engenheiro mecânico, é a resistência à 
penetração de um material duro em outro; para um projetista, é base de medida 
para conhecer a resistência e o tratamento térmico ou mecânico de um metal 
e sua resistência ao desgaste; para um técnico em usinagem, fornece uma 
medida de resistência ao corte do metal; e para um mineralogista, finalmente, 
a dureza mede a resistência ao risco que um material pode fazer em outro. 
Desta maneira, o ensaio de dureza é dividido em três tipos principais: por 
risco, por choque e por penetração. 
Ensaios destrutivos6
Mineral Dureza
Talco 1
Gispsita (gesso) 3
Calcita 9
Fluorita 21
Apatita 48
Feldspato/ortoclásito 72
Quartzo 100
Topázio 200
Corindon 400
Diamante 1.600
Tabela 1. Dureza Mohs
A dureza por choque, ou dureza Shore como é conhecida, se verifica através 
de um ensaio dinâmico que produz impressão no corpo de prova por meio 
de um penetrador que colide na sua superfície plana. Essa colisão pode ser 
através de um pêndulo ou por queda livre de um embolo. O ensaio de dureza 
por choque está representado na Figura 6.
Ensaios com foco na dureza por risco raramente são realizados. Sua escala 
de medida é dada em Mohs, que consiste em uma tabela de 10 minerais padrões 
colocados em ordem crescente da possibilidade de ser riscado pelo mineral 
seguinte. A dureza Mohs pode ser observada na Tabela 1.
7Ensaios destrutivos
Figura 6. Representação esquemática do ensaio de dureza por choque.
Fonte: Dureza... (2010, documento on-line).
O ensaio de dureza por penetração é o mais comum nos ramos da metalurgia 
e da mecânica. Consiste na impressão de uma pequena marca feita por um 
penetrador na superfície do material. O penetrador pode ser uma esfera de aço 
ou uma ponta de diamante. Esse ensaio pode ser do tipo: Brinell, Rockwell, 
Vickers, Knoop ou Meyer. A Figura 7 mostra exemplos desses tipos de ensaio 
de dureza por penetração.
Figura 7. Representação esquemáticados ensaios de dureza por penetração.
Ensaios destrutivos8
Ensaio de impacto
Segundo Souza (1982), o ensaio de impacto consiste em aplicar carga pela 
queda de um martelo ou pêndulo, de uma altura determinada por norma, sobre 
um corpo de prova definido também por norma. Os mais conhecidos ensaios 
de impacto são o de Charpy (EUA) e o de Izod (Europa). A diferença principal 
entre esses é que o corpo de prova para o ensaio de Charpy é apoiado enquanto, 
para o ensaio de Izod, é engastado na máquina de ensaios. A Figura 8 representa 
os dois esquematicamente, bem como apresenta os diferentes tipos de entalhes.
Figura 8. Representação esquemática do ensaio de impacto e os diferentes corpos de provas.
Fonte: Adaptada de Souza (1982, p. 84).
9Ensaios destrutivos
Ensaio de fadiga
Segundo Souza (1982), o ensaio de fadiga consiste na aplicação de carga cíclica 
em um corpo de prova normalizado. Quando submetidos a cargas repetidas, 
os materiais podem se romper sob exigência bem inferior à carga máxima que 
suportam sob tração ou compressão. Esse fenômeno é chamado de ruptura por 
fadiga. A Figura 9 apresenta o ensaio que investiga essa situação e o corpo 
de prova empregado.
Figura 9. Representação esquemática do ensaio de fadiga com um corpo de prova padrão 
de seção circular.
Ensaio de fluência
Segundo Souza (1982), o ensaio de fluência consiste na aplicação de carga 
constante em um material durante um período elevado de tempo, submetido a 
altas temperaturas. Fluência é definida como a deformação plástica que ocorre 
em um material sob tensão constante em função do tempo. Esses ensaios são 
pouco utilizados, pois demandam longos períodos de tempo para sua realização.
O ensaio de fluência é realizado de forma muito semelhante ao ensaio de 
tração, mas utiliza cargas constantes e altas temperaturas. A Figura 10 mostra 
esse tipo de ensaio e seu corpo de prova.
Ensaios destrutivos10
Figura 10. Representação esquemática do ensaio de fluência com um corpo de prova 
padrão de seção reta circular.
Ensaio de cisalhamento
Segundo Souza (1982), o ensaio de cisalhamento é bastante utilizado em 
parafusos, pois esses produtos são habitualmente submetidos a esse tipo de 
esforço. Consiste na aplicação de cargas compressivas, ou de tração, desali-
nhadas na sua secção transversal até que haja a ruptura do material. O ensaio 
é realizado normalmente em um produto acabado pois não existem normas 
para especificação dos corpos de prova. Quando é necessária a preparação de 
um corpo de prova, cada empresa desenvolve seu próprio modelo, em função 
de suas necessidades específicas. 
Ensaio de estampabilidade
Segundo Souza (1982), o processo de estampagem envolve dois tipos de de-
formações: o estiramento, que consiste em afinar a espessura de uma chapa 
presa na matriz, por meio de um punção; e a estampagem, que se faz pelo 
arrastamento de uma chapa para dentro de uma matriz, também por meio de 
um punção. Os mais utilizados são o ensaio de Erichsen e o ensaio de Olsen. 
O primeiro utiliza um punção de cabeça esférica de 20 mm de diâmetro e uma 
carga, aplicada no anel de fixação, de cerca de 1.000 kgf. O segundo faz uso de 
11Ensaios destrutivos
um punção esférico de 22,2 mm de diâmetro e corpos de prova no formato de 
discos de 76 mm de diâmetro. A Figura 11 exemplifica esses tipos de ensaio.
Figura 11. Representação esquemática do ensaio Erichsen e Olsen.
Fonte: Adaptada de Souza (1982, p. 222).
Identificação do tipo de ensaio de acordo 
com a propriedade ou falha que precisa ser 
investigada 
Os ensaios que estamos estudando investigam as propriedades mecânicas 
dos materiais. Cada um deles tem como objetivo identificar o comportamento 
mecânico do material estudado. A seguir, apresentamos as propriedades que 
cada ensaio destrutivo busca conhecer.
Ensaio de tração
O ensaio de tração gera uma curva de carga ou força em função do alongamento, 
que é registrado através de um software computacional em comunicação com 
a máquina de ensaios. Os dados obtidos com o ensaio de tração são:
 � resistência à tração;
 � limite de escoamento;
Ensaios destrutivos12
 � módulo de elasticidade;
 � módulo de resiliência;
 � módulo de tenacidade;
 � ductilidade;
 � coeficiente de encruamento;
 � coeficiente de resistência.
Qualquer falha detectada por conta dessas propriedades mecânicas pode 
ser investigada pelo ensaio de tração.
Ensaio de compressão
O ensaio de compressão gera resultados similares ao ensaio de tração. Porém, 
segundo Souza (1982), é mais utilizado para quantificar o comportamento 
mecânico do concreto, da madeira, dos compósitos e de materiais frágeis. Em 
metais, não é comum a utilização desse tipo de ensaio, devido à existência 
de atrito entre os corpos de prova e as placas da máquina, o que compromete 
os resultados. 
O ensaio de compressão, portanto, é utilizado para investigação das mesmas 
propriedades verificadas pelo ensaio de tração, com a particularidade de ser 
aplicado em materiais não metálicos. 
Ensaio de flexão e dobramento
O ensaio de dobramento é utilizado para obter informação qualitativa sobre 
a ductilidade de materiais. Pode ser empregado em materiais frágeis para 
verificar sua resistência à flexão. Segundo Souza (1982), pode ser utilizado 
também para avaliar a tenacidade e resiliência desses materiais.
Ensaio de torção
O ensaio de torção gera uma curva momento em função do ângulo de torção 
registrado através de um software computacional em comunicação com a 
máquina de ensaio. Os dados obtidos com o ensaio de torção são:
13Ensaios destrutivos
 � limite de proporcionalidade;
 � escoamento;
 � momento máximo;
 � momento de ruptura.
Quando a falha ocorre devido à torção, esse tipo de ensaio é o mais indicado 
para identificar o problema.
Ensaio de dureza
Segundo Souza (1982), esse ensaio é largamente utilizado na indústria de 
componentes mecânicos, tratamentos superficiais, vidros e laminados, devido 
à vantagem de fornecer dados quantitativos das características de resistência 
à deformação permanente (plástica) das peças produzidas, ou deformações 
superficiais nas peças após o tratamento térmico.
Para saber mais sobre tratamentos térmicos, acesse o link 
ou o código a seguir.
https://goo.gl/nmP2MQ
O ensaio de dureza objetiva o conhecimento da resistência ao desgaste, o 
controle da qualidade de tratamentos térmicos e o controle da qualidade em 
processos de conformação plástica.
Ensaio de impacto
Segundo Souza (1982), o ensaio de impacto é um dos mais utilizados para o 
estudo da fratura frágil nos metais. Ele mede a energia absorvida pelo material 
antes de seu rompimento (fratura).
Ensaios destrutivos14
https://goo.gl/nmP2MQ
O ensaio de impacto é muito utilizado para a investigação de fraturas 
frágeis, que ocorrem em materiais dúcteis à temperatura ambiente. Isso pode 
ocorrer devido à presença de três principais fatores: estado triaxial de tensões; 
baixas temperaturas e/ou taxa elevada de deformação.
Ensaio de fadiga
Souza (1982) ensina que o ensaio de fadiga busca determinar quantos ciclos o 
material suporta antes de se deformar ou romper. Esse ensaio é muito utilizado 
em componentes que trabalham com cargas cíclicas e para a investigação de 
falhas que ocorreram por propagação de trincas.
Ensaio de fluência
Para Souza (1982), o objetivo do ensaio de fluência é determinar a vida útil 
do material e a máxima condição de uso de um produto sob tensão constante, 
em função do tempo, quando exposto a temperaturas elevadas.
Esses ensaios são aplicados para verificação das características mecâ-
nicas ou identificação de falhas em equipamentos que trabalham com altas 
temperaturas, como caldeiras, turbinas a vapor ou a gás, destilarias, motores, 
foguetes, mísseis, entre outros.
Ensaio de cisalhamento
Segundo Souza (1982), o ensaio de cisalhamento é realizado para determinar a 
resistência do material a forças cisalhantes. É muito utilizado para identificação 
de falhas em pinos, rebites, parafusos, cordões de solda ealgumas vezes em 
barras e chapas, quando trabalham com esse tipo de esforço.
Ensaio de estampabilidade
Para Souza (1982), o ensaio de estampabilidade tem o objetivo de investigar o 
comportamento do material durante o processo de fabricação, ou seja, verificar 
se o material utilizado é adequado ao processo.
15Ensaios destrutivos
1. Qual das alternativas indica condições de realização 
de ensaios mecânicos destrutivos? 
a) Natureza da carga aplicada, superfície limpa e temperatura ambiente.
b) Duração da aplicação da carga, condições ambientais e superfície limpa.
c) Natureza da carga aplicada, temperatura ambiente e geometria definida.
d) Natureza da carga aplicada, duração da aplicação 
da carga e condições ambientais.
e) Duração da aplicação da carga, geometria definida e superfície limpa.
2. Segundo Calister (2008), qual ensaio é o mais executado 
para determinar a curva tensão-deformação?
a) Ensaio de tração.
b) Ensaio de compressão.
c) Ensaio de flexão.
d) Ensaio de torção.
e) Ensaio de dureza.
3. A imagem a seguir é representativa de qual ensaio mecânico?
a) Ensaio de tração.
b) Ensaio de compressão.
c) Ensaio de flexão.
d) Ensaio de torção.
e) Ensaio de dureza.
4. Qual das alternativas indica o ensaio que consiste na aplicação 
de carga cíclica em um corpo de prova normalizado?
a) Ensaio de impacto.
b) Ensaio de fadiga.
c) Ensaio de fluência.
Ensaios destrutivos16
d) Ensaio de cisalhamento.
e) Ensaio de estampabilidade.
5. Qual das alternativas indica o ensaio utilizado para verificação 
das propriedades mecânicas ou análise de falhas de 
equipamentos que trabalham a temperaturas elevadas?
a) Ensaio de impacto.
b) Ensaio de fadiga.
c) Ensaio de fluência.
d) Ensaio de cisalhamento.
e) Ensaio de estampabilidade.
CALLISTER JUNIOR, W. D. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 7. ed. Rio 
de Janeiro: LTC, 2008. 705 p.
DUREZA shore. Blog da Mecânica, [s.l.], 21 maio 2010. Disponível em: <http://mecanica- 
blog.blogspot.com/2010/05/dureza-shore.html>. Acesso em: 11 jun. 2018.
SOUZA, S. A. Ensaios mecânicos de materiais metálicos: fundamentos teóricos e práticos. 
5. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 1982. 286 p.
Leitura recomendada
GARCIA, A.; SPIM, J. A.; SANTOS, C. A. Ensaios dos materiais. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 
2012. 384 p.
17Ensaios destrutivos
http://blog.blogspot.com/2010/05/dureza-shore.html
Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para 
esta Unidade de Aprendizagem. Na Biblioteca Virtual 
da Instituição, você encontra a obra na íntegra.
 
Conteúdo: