Relatório ensaio de torção

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Nota: 
 
 
 
Acadêmico(s): Fernanda Mônego RA(s): 0254598 Curso(s): Engenharia Civil 
Disciplina: Mecânica dos Sólidos II Professor: Gustavo Alberto Ludwig 
 
Em diversos maquinários e equipamentos, existem componentes que sofrem 
determinado esforço, chamado torção. Ocorre principalmente em eixos, partes fundamentais de 
muitos sistemas. Em virtude desta importância, é necessário determinar qual o melhor tipo de 
material a ser utilizado para cada situação. Para isso, utiliza-se comumente ensaios mecânicos, 
a fim de se determinar as propriedades especificas de cada material. Entre eles, está o ensaio de 
torção, que submete um objeto a este tipo de esforço. Com este ensaio mecânico, é possível, 
através de alguns cálculos, determinar diversas propriedades de um material, que são muito 
importantes para que se evitem possíveis acidentes, haja redução de custos com manutenção 
entre outras vantagens que facilitam o processo industrial. 
 
 
Ensaios de torção, não são geralmente usados para a especificações de materiais, e 
são facilmente substituídos pelo ensaio de tração, pelo fato deste fornecer mais informações com 
cálculos menos complexos. Entretanto, é sempre recomendado para materiais que irão sofrer 
esforços de torção (SOUZA,1982). 
 
Este ensaio mecânico ocorre prendendo o corpo de prova e uma máquina, na qual 
uma das extremidades é uma cabeça giratória, na qual é aplicado um momento torsor que é 
transmitido, através do corpo de prova, até a outra extremidade. Esta última ligada a um pendulo, 
cujo desvio é proporcional ao momento. 
 
Segundo Souza (1982), a informação obtida através dos ensaios de torção tem uso 
principalmente em projetos que utilizem eixos. O corpo de prova pode ser retirado do material, 
ou até mesmo ser o próprio material, desde que haja uma máquina com o tamanho necessário. 
Neste caso, pode-se ensaiar diretamente eixos, brocas e hastes. 
 
A deformação no corpo de prova é calculada pelo ângulo de torção. Este ângulo é 
medido pelo deslocamento angular de algum ponto do corpo de prova, próximo à extremidade 
giratória, em relação a um outro ponto, próximo a outra extremidade, em uma mesma linha 
longitudinal (HIBBELER, 2004). Está associado a um plano no centro do eixo, como mostra a 
Figura 01, que se distorce e assume uma forma oblíqua. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Introdução 
Referencial Teórico 
Nota: 
 
Figura 01 – Distorção do plano central do eixo 
 
Fonte: HIBBELER, 2004 
 
Já os círculos e as retas longitudinais se distorcem como mostra a Figura 02, os 
círculos mantêm o mesmo formato, e as retas longitudinais deformam-se em modelo de hélice, 
e cortam os círculos nos mesmos ângulos. Conclui-se então que, se o ângulo de rotação for 
pequeno, o comprimento e o raio do eixo não se alteram. 
 
Figura 02 – Deformação de círculos e linhas longitudinais do eixo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: HIBBELER,2004 
 
Através, porém, da deformação do plano central do eixo, as faces frontal e traseira 
do corpo sofrem rotações diferentes, submetendo o elemento a uma deformação por 
cisalhamento internamente, que varia linearmente de zero, no centro do eixo, até seus máximos, 
na superfície externa (HIBBELER,2004). 
Nota: 
 
 
Com o ensaio de torção, também é possível obter um diagrama tensão x deformação, 
semelhante ao obtido em um ensaio de tração. Com isso, também é possível extrair informações 
análogas, como por exemplo, o modulo de elasticidade transversal, que é válido na zona elástica 
do material. De acordo com Souza (1982), é importante que o ensaio seja realizado em 
velocidade e temperatura constantes, para que não haja interferência nos resultados. 
 
É possível também, através do diagrama, determinar o valor do limite de escoamento, 
ainda que seja um processo mais difícil, devido à falta de nitidez do processo, não sendo possível 
visualiza-lo pelo gráfico, principalmente em metais mais dúcteis, nestes casos, é possível fazer 
uma relação, sendo 0,6 vezes o resultado obtido em um ensaio de tração (SOUZA,1982). 
 
Segundo Souza (1982), a ruptura dos corpos de prova submetidos a ensaios de torção, 
se dá de modo diferente das fraturas em um ensaio de tração. Enquanto nos ensaios de tração, os 
materiais dúcteis apresentam estricção em seu eixo, e os frágeis se rompem sem grandes 
deformações, no ensaio de torção o material dúctil se rompe perpendicularmente ao eixo do 
corpo, como mostra a Figura 03 (a), enquanto o material frágil apresenta fratura em formato de 
hélice, como mostra a Figura 03 (b). Isso ocorre, devido ao fato de as tensões cisalhantes atuarem 
em dois planos perpendiculares entre si, sendo um destes paralelo a eixo; enquanto as tensões 
principais, também perpendiculares, atuam a 45 graus do eixo longitudinal. Portanto, o material 
dúctil rompe-se pelo cisalhamento ao longo dos planos onde se situam as tensões máximas de 
cisalhamento, enquanto o metal frágil rompe-se em um plano perpendicular à direção da tensão 
de tração máxima, que faz o ângulo de 45 graus com o eixo, resultando em uma fratura helicoidal. 
 
Figura 03 – Fraturas típicas em um ensaio de torção 
 
Fonte: SOUZA, 1982 
 
 
 
O ensaio virtual foi realizado em laboratório virtual, utilizando a ferramenta 
ALGETEC. Os materiais utilizados foram: 
• Máquina para ensaios de torção; 
• Corpos de prova; 
• Paquímetro; 
• Sistema de medição 
 
Primeiramente, mediu-se o corpo de prova com o auxílio de um paquímetro, os nove 
corpos de prova utilizados apresentaram mesmas medidas, sendo 6mm de diâmetro e 86mm de 
Desenvolvimento 
Nota: 
 
comprimento. Após a medição, fixou-se o corpo de prova nas garras da máquina, em seguida foi 
ligado o sistema de medição. 
 
Com o corpo de prova já na máquina, aplicou-se no princípio, uma pré-carga, a fim 
de retirar possíveis folgas no sistema. Logo após, zerou-se o sistema de medição e se iniciou o 
teste. Os números mostrados no visor do sistema de medição foram colhidos a cada três 
acionamentos do volante, até que acontecesse a ruptura do corpo de prova. Com isso, após ser 
retirado da máquina, ele foi medido novamente e, então, descartado. É importante firmar, que 
não houve alteração nas dimensões do material após o ensaio. 
 
Neste ensaio foram utilizados três corpos de prova cada três materiais, sendo eles 
Aço, Alumínio e Ferro fundido. Com as medidas de ângulo e momento de torque obtidas no 
ensaio, foi possível converter os dados em um diagrama tensão x deformação, que se encontram 
abaixo. 
Durante o ensaio do Alumínio, mostrado no Gráfico 01, não houve grandes 
diferenças nas curvas dos corpos de prova, as curvas apresentaram o mesmo padrão de 
comportamento. 
 
Gráfico 01 - Ensaio de torção: Alumínio 
 
 
 
O ensaio do aço apresentou duas curvas muito semelhantes, que se sobrepõem no 
gráfico, enquanto a curva do corpo de prova AÇ 3 apresentou uma pequena variação na tensão, 
se mostrando superior às demais, como mostra o Gráfico 02. 
 
 
 
 
 -
 50
 100
 150
 200
 250
 300
 - 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
Te
n
sã
o
 (
M
P
a)
Deformação
Gráfico 01 - Ensaio de Torção: Alumínio
AL 1
AL 2
AL 3
Nota: 
 
 
Gráfico 02 - Ensaio de torção: Aço 
 
 
 
Semelhantemente ao ocorrido no ensaio do aço, o ferro fundido apresentou duas 
curvas similares e uma que se sobressaiu, neste caso, o corpo de prova FF 3, que apresentou 
valores diferentes dos demais corpos, como exposto no Gráfico 03. Isso se deve ao fato de haver, 
provavelmente, algum erro nos valores de medição ou a velocidade da execução, já que, devido 
ao fato de as cargas estarem sendo acionadas manualmente, há a possibilidade de falhas. 
 
Gráfico 03 - Ensaio de torção: Ferro fundido 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 -
 50
 100
 150
 200
 250
 300
 350
 400450
 500
 - 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40
Te
n
sã
o
 (
M
P
a)
Deformação
Gráfico 02 - Ensaio de Torção: Aço
AÇ 1
AÇ 2
AÇ 3
 -
 100
 200
 300
 400
 500
 600
 - 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25
Te
n
sã
o
 (
M
P
a)
Deformação
Gráfico 03 - Ensaio de Torção: Ferro fundido
FF 1
FF 2
FF 3
Nota: 
 
 
Com base nos resultados obtido através do ensaio, pode-se notar que dentre os três 
materiais utilizados, o que apresenta maior ductilidade é o alumínio, como já esperado, uma vez 
que as ligas de alumínio são dúcteis (CALLISTER,2020), seguido do aço, e por último o ferro 
fundido, que possui um comportamento tipicamente frágil, como mostra Gráfico 04, que 
compara os três materiais. 
 
Gráfico 04 - Ensaio de torção: Alumínio, Aço e Ferro fundido 
 
 
 
 
Através dos dados obtidos dentro da zona elástica do diagrama, ou seja, o limite no 
qual a deformação que o material sofre é reversível, pode-se calcular o modulo de elasticidade 
transversal. Os resultados encontram-se na Tabela 01 abaixo: 
 
Tabela 01 – Módulo de elasticidade transversal 
 
Alumínio 4,657 GPa 
Aço 4,322 GPa 
Ferro fundido 8,342 GPa 
 
O módulo de elasticidade, está associado às forças de ligação entre os átomos de um 
material, por esse motivo é considerado constante, ainda que possa haver alterações conforme 
elementos adicionados a liga, variações alotrópicas, tratamentos térmicos e etc. (MEZZOMO, 
2020). O do ferro fundido, está associado à grafita presente em sua composição. Quanto mais 
grafita, menor o módulo de elasticidade, em alguns casos, os valores ficam abaixo do aço, com 
matriz similar (GUESSER, 2019). Pode-se observar que não é o caso do ferro fundido utilizado 
no ensaio, pois o mesmo apresenta valores superiores aos do aço. 
 -
 50
 100
 150
 200
 250
 300
 350
 400
 450
 - 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
Te
n
sã
o
 (
M
P
a)
Deformação
Gráfico 04 - Ensaio de Torção
AÇO - AÇ 1
FERRO FUNDIDO -
FF 2
Nota: 
 
 
O ferro fundido e o aço, são ambos ligas ferrosas, ou seja, têm o ferro como principal 
constituinte, no entanto, o ferro fundido possui uma concentração de carbono muito maior que o 
aço (CALLISTER, 2020), o que o torna mais duro e resistente, porém, sua maleabilidade é 
inferior. 
Ainda que não possa ser determinado o tipo de liga dos materiais utilizados no ensaio, 
em virtude de ser um experimento virtual, observa-se que o ferro e o aço suportam tensões mais 
altas que o alumínio, sem que haja grandes deformações. Além disso, os três materiais não sofrem 
altas deformidades na zona elástica, logo entrando na zona plástica, onde as deformações são 
irreversíveis. Ao contrário do exposto anteriormente, os limites de escoamento puderam ser 
visualizados, ainda que não precisamente, através do gráfico. 
 
O alumínio, após sair da zona elástica, não tem um aumento significativo em sua 
tensão suportada, sendo a tensão máxima atingida pelo material aproximadamente 272 MPa. Os 
demais materiais, após atingirem a zona plástica, aguentam tensões expressivamente maiores do 
que suas tensões de escoamento, sendo o aço 420MPa e o ferro fundido 428MPa, 
aproximadamente. 
 
 
 
Apesar de pouco utilizado, o ensaio de torção é de suma importância para 
determinar algumas propriedades fundamentais. Sem este tipo de experimento, torna-se árdua 
a tarefa de selecionar os materiais adequados para cada função dentro de um contexto que exija 
o uso de um eixo, por exemplo. Os materiais testados apresentam significativas diferenças entre 
si, o que mostra suas diferentes finalidades de aplicação. O alumínio, sendo um material dúctil, 
sofre grande deformação antes de romper, o que em alguns casos, pode ser útil como um alerta 
de que a peça está com algum defeito. Já o ferro fundido, de maneira oposta, pouco mostra 
sinais de uma possível deterioração, por outro lado, consegue suportar tensões mais elevadas. 
Pelo exposto, torna-se evidente, então, a relevância de testar os materiais, para que sejam 
empregados com seu maior aproveitamento. 
 
 
MEZZOMO, Mateus Henrique; MORAES, Amauri Gomes de. Determinação do módulo de 
elasticidade em aços e alumínio através da frequência natural comparado ao ensaio de 
tração. Matéria (Rio de Janeiro), v. 25, n. 2, 2020. Acesso em 02 de maio de 2021 
HIBBELER, R.C. Resistência dos Materiais. Pearson. São Paulo, 2004. Acesso em 02 de maio 
de 2021 
SOUZA, Sérgio Augusto de. Ensaios mecânicos de materiais metálicos. Editora Blucher. São 
Paulo, 1982. Acesso em 02 de maio de 2021 
GUESSER, Wilson Luiz. Propriedades mecânicas dos ferros fundidos. Editora Blucher. São 
Paulo, 2019. Acesso em 04 de maio de 2021 
CALLISTER, D. Jr., W. Ciência e Engenharia de Materiais - Uma Introdução. Grupo GEN. Rio 
de Janeiro, 2020. Acesso em 04 de maio de 2021 
 
Considerações finais 
Referências Bibliográficas