O documento discute o comportamento mecânico dos materiais, explicando propriedades como elasticidade, plasticidade, ductilidade e fratura. Descreve ensaios mecânicos como tração e compressão para medir essas propriedades e analisar o comportamento dos materiais sob cargas.

1. COMPORTAMENTO MECÂNICO
DOS MATERIAIS
Professora: Raquel Leite
Universidade Estadual da Paraíba
Centro de Ciências, Tecnologia e Saúde
Departamento de Engenharia Civil
Disciplina: Materiais de Construção I

2. Por que estudar o comportamento
mecânico dos materiais?
 É de obrigação dos engenheiros e arquitetos
compreenderem como as várias propriedades mecânicas
são medidas e o que essas propriedades representam .
 Elas podem ser necessárias para o projeto de
estruturas/componentes materiais predeterminados, a fim de
que não ocorram níveis inaceitáveis de deformação e/ou
falhas

3. Propriedades Mecânicas
 As propriedades mecânicas compreendem a resposta dos
materiais às influências mecânicas externas, manifestadas
pela capacidade de desenvolverem deformações, e
resistirem à fratura.
 O Comportamento mecânico de um material reflete a
relação entre a sua resposta ou deformação a uma carga
ou força que esta sendo aplicada.
 As propriedades mecânicas são alvo de atenção de
grupos que possuem interesses diferentes.

4. Propriedades Mecânicas
 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.
Como determinar?

5. Propriedades
Resistencia
Elasticidade
Fragilidade
Resiliência
Tenacidade
Ductilidade
Dureza
Propriedades Mecânicas

6.  Propriedade do
material segundo a qual
a deformação que
ocorre em função da
aplicação de tensão
desaparece quando a
tensão é retirada.
Propriedades Mecânicas
Elasticidade

7.  Capacidade do material sofrer deformação
permanente sem se romper.
Propriedades Mecânicas
Plasticidade

8. Propriedades Mecânicas
Ductilidade

9. Propriedades Mecânicas
Ductilidade - É o grau de deformação plástica suportado até a fratura do
material.
Pode ser medida pelo alongamento percentual ou pela redução de área
percentual.

10. Propriedades Mecânicas
Tenacidade
É a energia total necessária para
provocar a fratura do material
ou a capacidade que o material
apresenta de absorver energia
até a fratura.
É a área sob a curva tensão x
deformação até o ponto de
fratura.

11. Propriedades Mecânicas
Tenacidade

12.  Capacidade do material de absorver energia
quando este é deformado elasticamente.
Propriedades Mecânicas
Resiliência
 Materiais resilientes
são aqueles que têm
alto limite de
elasticidade e baixo
módulo de
elasticidade (como os
materiais utilizados
para molas).

13. Propriedades Mecânicas
Dureza

14. Tipos de deformação
ELÁSTICA
 Precede à deformação plástica;
 É reversível;
 Desaparece quando a tensão é
removida;
 É praticamente proporcional à
tensão aplicada (obedece a lei
de Hooke- σ= E.ԑ)
PLÁSTICA
 É provocada por tensões que
ultrapassam o limite de
elasticidade;
 É irreversível porque é resultado do
deslocamento permanente dos
átomos e portanto não desaparece
quando a tensão é removida.

15. Comportamento elástico

16. Comportamento elástico
 Módulo de Elasticidade é determinado pela inclinação
(coeficiente angular) do segmento linear na região elástica
da curva tensão x deformação.
 Existem alguns materiais (ex. ferro fundido, concreto e muitos
polímeros) para os quais a porção inicial da curva tensão x
deformação não é linear. Para este comportamento não linear
utiliza-se normalmente módulo tangencial ou módulo
secante.

17. Comportamento elástico
Módulo tangencial é a
inclinação da curva tensão x
deformação em um nível de
tensão específico .
Módulo secante é a
inclinação de uma secante
tirada desde a origem até
algum ponto específico sobre
a curva tensão x deformação.

18. Comportamento elástico
 Fatores influentes - Módulo de elasticidade
 O módulo de elasticidade é fortemente dependente das forças de
ligação entre os átomos;
 As forças de ligação entre os átomos, e consequentemente o módulo
de elasticidade, são maiores para metais com temperaturas de fusão
mais elevadas.

19. Comportamento elástico

20. Comportamento plástico
 Caracterizada pela presença de deformações
permanentes no corpo de prova. Nessa região, pode-
se determinar uma série de características do material
ensaiado, como:
 limite de resistência à tração
 limite de ruptura
 alongamento
 coeficiente de estricção
 ductilidade

21. Curvas de Tensão x Deformação

22. Escoamento e limite de escoamento
 Estruturas são projetadas para assegurar que
apenas ocorra a deformação elástica.
 É desejável conhecer o nível de tensão onde
se inicia a deformação plástica (escoamento).

23. Escoamento e limite de escoamento
 O escoamento é um fenômeno localizado
caracterizado por um aumento relativamente
grande na deformação, acompanhado por uma
pequena variação na tensão.

24.  A deformação plástica é gradual e a
plasticidade começa no ponto onde há a
mudança reta-curva.
 O ponto P (limite de proporcionalidade)
não pode ser determinado com precisão,
pois é gradual.
 •Traça-se uma linha paralela à porção
elástica a partir de uma pré- deformação
específica (0,002 ou 0,2%).
 •A interseção é a tensão limite de
escoamento (σy). (Medida de resistência à
deformação plástica). σy é a tensão capaz
de causar uma deformação permanente de
0,2% no material.
Escoamento e limite de escoamento

25. Ensaio de Tração
 Ensaio de tração consiste na aplicação de carga de tração uniaxial
crescente em um corpo de prova específico até a ruptura.
 Mede-se a variação no comprimento como uma função da carga.
 Trata-se de um ensaio amplamente utilizado devido à vantagem de
fornecer dados quantitativos das características mecânicas dos
materiais.

26. Ensaio de Tração

27. Ensaio de Tração

28.  Características mecânicas dos materiais
 limite de resistência à tração,
 limite de escoamento,
 módulo de elasticidade,
 módulo de resiliência,
 módulo de tenacidade,
 ductilidade,
 coeficiente de encruamento.
Ensaio de Tração

29.  Limite de resistência a tração
Ensaio de Tração
•Corresponde à tensão
máxima aplicada ao material
antes da ruptura (muitas vezes
é superior à tensão de
ruptura).
•É calculada dividindo-se a
carga máxima suportada
pelo material pela área de
seção reta inicial.

30.  Tensão de ruptura
Ensaio de Tração
• Corresponde à tensão que
prove a ruptura do
material.
•O limite de ruptura é
geralmente inferior ao limite
de resistência em virtude de
que a área da seção reta
para um material dúctil reduz-
se antes da ruptura.

31.  Esboço da curva obtida no ensaio de tração
Ensaio de Tração
•AO – região de comportamento
elástico.
•AB – região de escoamento – se
caracteriza por um aumento
relativamente grande na
deformação, acompanhado por uma
pequena variação da tensão.
•BF – região de comportamento
plástico - a partir de B o material
entra na região plástica, que é
caracterizado pela presença de
deformações permanentes.

32.  Esboço da curva obtida no ensaio de tração
Ensaio de Tração
Após o escoamento, a
tensão necessária
para continuar a
deformação plástica
em alguns materiais
aumenta até um valor
máximo, o ponto M, e
então, diminui até a
fratura do material,
no ponto F.

33.  Consiste na aplicação de carga compressiva uniaxial
em um corpo de prova.
Ensaio de Compressão

34. Tensão X Deformação
Ensaio de Compressão
Mesmas características do ensaio de tração;
Diferença: utilizado para materiais frágeis.

35.  Este ensaio é mais utilizado nas indústrias de construção
civil e de materiais cerâmicos.
 Na indústria de conformação (laminação, forjamento,
extrusão, etc.) o ensaio de compressão é utilizado para
parametrizar condições de processos.
Ensaio de Compressão

36. Ensaio de Compressão
 Às vezes, a grande exigência requerida para um projeto é a
resistência à compressão:
 deve possuir boa resistência à compressão;
 não se deformar facilmente;
 assegurar boa precisão dimensional quando solicitado por
esforços de compressão.
O ensaio de compressão é o mais indicado para avaliar
essas características, principalmente quando se trata de
materiais como concreto, madeira, compósitos e demais
materiais frágeis.

37. Ensaio de Compressão
 O ensaio de compressão é mais utilizado para
materiais frágeis. Nesses materiais a fase plástica é
muito pequena, de modo que não há possibilidade de
se determinar com precisão as propriedades relativas a
essa fase.

38. Ensaio de Compressão
 Não se costuma utilizar ensaios de compressão para os
metais.
 No campo da pesquisa, os ensaios de compressão são
realizados para comparação dos resultados com o ensaio
de tração, bem como das curvas tensão-deformação nos
dois ensaios.

39. Ensaio de Compressão

40. Ensaio de Compressão
 O que os ensaios de tração e compressão tem em
comum?
1. Podem ser executados na mesma máquina de ensaios, com adaptação
de duas placas, uma fixa e outra móvel;
2. Resultados numéricos similares;
 limite de resistência à compressão (σu);
 limite de ruptura (σf);
 limite de escoamento (σe);
 limite de proporcionalidade;
 módulo de elasticidade (E);

41. Ensaio de Compressão
 3. Limite de resistência à compressão e à tração (σu ):
 O limite de resistência à compressão é cerca de 8 vezes maior
que o limite de resistência à tração para os materiais frágeis,
não sendo considerado defeitos internos existentes nos mesmos.
 O limite de resistência à compressão é calculado pela carga
máxima dividida pela secção original do corpo de prova.

42. Ensaio de Compressão

43. Limitações do ensaio de compressão
 ATRITO
 Não é muito utilizado para os materiais extremamente dúcteis.
 Um problema que sempre ocorre é o atrito entre o corpo de prova
e as placas da máquina de ensaio.
 As faces do corpo de prova que estão em contato com as placas da
máquina sofrem uma resistência que se opõe ao escoamento do
material do centro para as extremidades devido as forças de atrito
que atuam nestas interfaces.

44. Limitações do ensaio de compressão
 FLAMBAGEM
 Qualquer excentricidade na aplicação do esforço de
compressão tende a favorecer a flambagem (instabilidade na
compressão de um metal dúctil).

45. Limitações do ensaio de compressão
 FLAMBAGEM
 Causas da flambagem:
 Instabilidade elástica causada pela falta de uniaxialidade na aplicação
da carga;
 comprimento excessivo do corpo de prova;
 Torção do corpo de prova no momento inicial da aplicação da carga.
Para evitar a flambagem, o corpo de prova usualmente adotado tem a forma cilíndrica
com a relação comprimento/diâmetro variando de 3 até no máximo 8.

46. Limitações do ensaio de compressão
 DUCTIBILIDADE
 Nos materiais dúcteis a compressão vai provocando uma
deformação lateral apreciável. Essa deformação lateral prossegue
com o ensaio até o corpo de prova se transformar num disco, sem
que ocorra a ruptura.
Não se costuma utilizar ensaios de compressão para os
materiais dúcteis.

47. Limitações do ensaio de compressão
Nos materiais dúcteis:
deformação excessiva
dilatação transversal
embarrilhamento
Aspecto da fratura ocorrida no ensaio de compressão:

48. Limitações do ensaio de compressão
Aspecto da fratura ocorrida no ensaio de compressão:
Nos materiais frágeis:
deformação mínima;
A ruptura ocorre por cisalhamento e
escorregamento ao longo de um plano
inclinado de aproximadamente 450C.
Corpo de prova
Fratura (450C)
Corpo de prova
ensaiado

49. Fratura Frágil
 À temperatura ambiente, tanto as cerâmicas
cristalinas como as cerâmicas não-cristalinas
quase sempre fraturam antes de deformação
plástica ocorrer em resposta à aplicação de
uma carga de tração.
 Consiste na formação e propagação de trincas
através da seção reta do material em uma
direção perpendicular à carga aplicada.
 Crescimento da trinca em cerâmicas cristalinas
através dos grãos e ao longo de planos
cristalográficos específicos, planos de elevada
densidade atômica.

50. Concentradores de tensões podem ser:
 Microtrincas de superfície ou internas.
 Poros internos e arestas de grãos, os quais são virtualmente
impossíveis de serem eliminados ou controlados.
 Umidade e os contaminantes presentes na atmosfera
podem introduzir trincas de superfície em fibras de vidro
recentemente estiradas.
 Concentração de tensões na extremidade de um defeito
pode causar a formação de uma trinca, a qual pode se
propagar até uma fratura real.
Fratura Frágil

51.  Mecanismo da fratura dúctil
Fratura Dúctil
(a) Formação do pescoço.
(b) Formação de cavidades.
(c) Coalescimento das cavidades
para promover uma trinca ou
fissura.
(d) Formação e propagação da
trinca.
(e) Rompimento do material por
propagação da trinca.

52.  Ocorre apenas após extensa deformação plástica e
se caracteriza pela propagação lenta de trincas
resultantes da nucleação e crescimento de
microcavidades.
Fratura Dúctil

53. Fratura Frágil x Dúctil
Fratura Dúctil Fratura Frágil

54. Propriedades mecânicas
 Influencia da porosidade
• Para algumas técnicas de fabricação
de materiais cerâmicos o material de
origem encontra-se na forma de um pó.
• Após a compactação ou conformação
existirão poros ou espaços vazios entre
as partículas do pó.
• Durante o tratamento térmico posterior,
a maior parte da porosidade será
eliminada.
• Processo de eliminação de poros
incompleto - porosidade residual.

55. Propriedades mecânicas
 Influencia da porosidade
A influência da porosidade sobre o módulo de elasticidade
para o oxido de alumínio à temperatura ambiente.

56. • É difícil preparar e testar amostras que tenham a geometria exigida;
• É difícil prender e testar materiais frágeis sem fraturá-los;
• As cerâmicas falham após uma deformação de aproximadamente
0,1%, o que exige que as amostras sejam perfeitamente alinhadas,
com o objetivo de evitar a presença de tensões de dobramento ou
flexão, as quais não são facilmente calculadas
A avaliação da resistência mecânica de um cerâmico NÃO
ocorre através de tração por três motivos básicos:
Portanto, prefere-se um ensaio de flexão

57. Ensaio de Flexão
 Consiste na aplicação de uma carga crescente em determinados
pontos de uma barra de geometria padronizada até a ruptura.
 O valor da carga aplicada versus o deslocamento do ponto central
(flecha) é a resposta do ensaio.

58. Ensaio de Flexão
 Trata-se de um ensaio
amplamente utilizado na
indústria cerâmica e de metais
duros (ferro fundido e aço
rápido) devido à vantagem de
fornecer dados quantitativos da
deformação destes materiais
quando sujeitos a cargas de
flexão.

59. Ensaio de Flexão
 Os materiais dúcteis, quando sujeitos a este tipo de carga, são
capazes de absorver grandes deformações, ou dobramentos, não
fornecendo resultados quantitativos confiáveis.

60. Ensaio de Flexão
TIPOS
 1. ensaio de flexão em três pontos

61. Ensaio de Flexão
TIPOS
 2. ensaio de flexão em quatro pontos
O teste em 4
pontos é mais
adequado para
materiais que
contém
pequenos
defeitos, pois
caso contrário a
amostra não irá
fraturar de
modo aleatório
entre os apoios.

62. Ensaio de Flexão

63. Ensaio de Flexão

64. Ensaio de Flexão

65. Ensaio de Flexão

66. Torção

67. Torção

68. Cisalhamento
 Quando as forças que atuam sobre um corpo agem, provocam
um deslocamento em planos diferentes, mantendo o volume
constante.
Ruptura devido ao cisalhamento em
concreto armado.

69. Cisalhamento

70. Dureza
É uma medida da resistência de um material a uma
deformação plástica localizada (uma pequena impressão ou um
risco).
A dureza depende diretamente das forças de ligação entre os
átomos, íons ou moléculas.
Um penetrador é forçado contra a superfície do metal a ser
testado.
Os principais ensaios de dureza são: Brinell, Rockwell, Vickers e
Knoop.

71.  Utilizada com frequência quando se exige uma ação
de abrasão ou de esmerilhamento.
 Os materiais mais duros conhecidos são materiais
cerâmicos.
 Somente os materiais cerâmicos que apresentam
durezas Knoop de aproximadamente 1000 ou
superiores são utilizados em função das suas
características abrasivas.
Dureza

72. Dureza

73. Fluência
 Deformação permanente
que ocorre com os
materiais ao serem
submetidos a tensão
constante e temperatura
elevada.
É a deformação plástica que ocorre
gradualmente no tempo.

74.  Exemplo: variação do comprimento de um fio
suportando um peso em sua extremidade por um
longo período de tempo
Fluência

75. Fadiga
 É a forma de falha ou ruptura que ocorre nas estruturas sujeitas
à forças dinâmicas e cíclicas.
 Nessas situações o material rompe com tensões muito inferiores à
correspondente à resistência à tração (determinada para cargas
estáticas).
 A falha por fadiga é geralmente de natureza frágil, mesmo em
materiais dúcteis.
 A falha por fadiga é geralmente de natureza frágil, mesmo em
materiais dúcteis.
• É comum ocorrer em estruturas como pontes.
Ex: arame quando torcido
para um lado e para outro
repetidas vezes.

76. Fadiga
A fratura ou rompimento do material por fadiga geralmente
ocorre com a formação e propagação de uma trinca.
A trinca inicia-se em pontos onde há imperfeição estrutural ou de
composição e/ou de alta concentração de tensões (que ocorre
geralmente na superfície).
Esforços alternados de tração, compressão, flexão, torção podem
levar à fadiga.

77. Fadiga

78. Densidade
 É a relação entre a massa de uma
determinada quantidade de matéria e o
volume ocupado por ela.

79. Massa específica

80. Massa específica
Qual a diferença entre
massa específica e
densidade?

81. Peso específico

82. Peso específico relativo

83. Exemplo

84. Exemplo
2-O heptano e o octano são duas substâcias que entram na
composição da gasolina.
Suas massas especificas valem, respectivamente, 0,68 g/cm3 e
0,70 g/cm3. Desejamos saber a densidade da gasolina obtida,
misturando-se 65 cm3 de heptano e 35 cm3 de octano.

85.  3- Um ensaio de flexão de três pontos foi
realizado num corpo de prova de vidro de seção
transversal retangular de 50 mm de comprimento,
largura 10 mm e espessura 5 cm. A distância entre
cada um dos pontos de apoio inferiores é de 45
mm. Assumindo que não aconteceu deformação
plástica ao longo de todo o ensaio, e que o corpo
rompeu quando uma carga de 290 N foi aplicada,
qual é valor da tensão de ruptura à flexão para
esse vidro?
Exemplo

86.  4 - Um pedaço de cobre originalmente com 300
mm de comprimento é puxado em tração com uma
tensão de 270 MPa. Se a sua deformação é
inteiramente elástica, qual será o alongamento
resultante? O modulo de elasticidade E é de
108000 MPa.
Exemplo