Ensaios laboratoriais são frequentemente utilizados para verificar propriedades mecânicas dos materiais. Quais os tipos de carga (carregamentos) que podem ser utilizados nestes ensaios?
Passo 1
O enunciado pergunta explicitamente: “Quais os tipos de carga (carregamentos) que podem ser utilizados em ensaios laboratoriais para verificar propriedades mecânicas dos materiais?”
Informações dadas: apenas a pergunta; não há dados numéricos nem imagens.
Objetivo desta resolução: listar e explicar, de forma didática e passo a passo, os principais tipos de carregamento usados em ensaios laboratoriais, com definições, o que se mede em cada ensaio e fórmulas essenciais que aparecem frequentemente nas provas.
Informações dadas: apenas a pergunta; não há dados numéricos nem imagens.
Objetivo desta resolução: listar e explicar, de forma didática e passo a passo, os principais tipos de carregamento usados em ensaios laboratoriais, com definições, o que se mede em cada ensaio e fórmulas essenciais que aparecem frequentemente nas provas.
Passo 2
Começando pelo básico: vamos separar os carregamentos por categorias práticas que aparecem em laboratório.
- carga estática versus dinâmica;
- carregamento monotônico (um único aumento até ruptura) versus cíclico (repetido) e versus sustentado no tempo (fluência);
- unicursal/uniaxial versus multiaxial (biaxial, triaxial, combinado).
Esta classificação ajuda a escolher o ensaio certo de acordo com a propriedade que se quer medir.
Passo 3
Tração (ensaio de tração uniaxial).
- Definição: aplicar uma força axial de tração
que puxa a amostra até deformação ou ruptura. - Grandeza principal medida: tensão normal média
e deformação . - Fórmula básica:
, onde é a área da seção transversal. - Em regime elástico usa-se a lei de Hooke:
, onde é o módulo de Young. - O ensaio mede: limite de escoamento, resistência à tração (UTS), alongamento, módulo
. - Como se apresenta na prova: é comum pedir o cálculo de
, , a partir de dados de força e deslocamento.
Passo 4
Compressão (ensaio de compressão uniaxial).
- Definição: aplicar carga axial de compressão
empurrando a amostra. - Fórmula análoga:
(sendo tensão de compressão). - Particularidades: para corpos esbeltos, aparece flambagem (instabilidade elástica) antes da ruptura; para materiais frágeis mede-se resistência à compressão.
- O ensaio mede: resistência à compressão, comportamento plástico sob compressão, módulo de elasticidade em compressão.
Passo 5
Cisalhamento (shear).
- Definição: aplicação de força que tende a fazer as camadas deslizarem umas sobre as outras.
- Grandeza: tensão de cisalhamento
. - Fórmula simples:
para um esforço de cisalhamento direto em uma área . - Ensaios típicos: ensaio de cisalhamento direto, ensaio de punção, teste de lap shear (em juntas coladas/solde).
- O ensaio mede: resistência ao cisalhamento e, em combinação com torção, módulo de cisalhamento
.
Passo 6
Flexão (ensaio de flexão / bending).
- Definição: aplicar uma carga transversa produzindo momento fletor
e curvatura na peça. - Fórmula de tensão fletora na fibra a distância
do neutro: , onde é o momento de inércia da seção. - Ensaios comuns: ensaio de três pontos e de quatro pontos.
- Mede: resistência à flexão (módulo de ruptura), módulo de elasticidade em flexão.
- Observação prática: em quatro pontos, a região entre os carregadores tem momento constante (útil para avaliar fissuração/fratura).
Passo 7
Torção.
- Definição: aplicação de um torque
que faz a peça girar, produzindo tensões de cisalhamento circulares. - Fórmula de tensão de cisalhamento em raio
: , onde é o momento polar de inércia da seção. - Ensaios: ensaio de torção em eixos ou barras.
- Mede: resistência à torção, ângulo por unidade de comprimento, módulo de cisalhamento
.
Passo 8
Carregamentos combinados e multiaxiais.
- Definição: combinação de tensões (por exemplo: tração + torção, flexão + tração, pressão hidrostática + cisalhamento).
- Ensaios: ensaios biaxiais (placas esticadas em duas direções), ensaio triaxial (solo/rochas e alguns metais), ensaios com caminho de carga controlado.
- Importância: materiais na prática quase sempre operam sob estados multiaxiais; propriedades de escoamento e fadiga dependem do estado de tensão.
- Em provas pode cair: transformação de tensões (círculo de Mohr), critério de escoamento (von Mises, Tresca).
Passo 9
Carregamento cíclico — fadiga.
- Definição: aplicar cargas repetidas (alternadas) até a falha por fadiga. Caracteriza-se por amplitude
, tensão média e razão . - Ensaios típicos: ensaio de fadiga rotativa (rotating bending), axial (sinusoidal), flexão alternada.
- Resultado clássico: curva
- (tensão versus número de ciclos até falha). - Relevância: muitas falhas na engenharia ocorrem por fadiga; em provas pedem interpretar curvas
- e aplicar critérios (Goodman, Gerber) para combinação .
Passo 10
Impacto e carregamento dinâmico de alta velocidade.
- Definição: aplicação de energia/força em curta duração (alta taxa de deformação).
- Ensaios: Charpy e Izod (barra com entalhe), ensaios instrumentados de impacto.
- Mede: tenacidade à fratura em regime dinâmico, influência da velocidade de carregamento e temperatura (transição dúctil-frágil).
- Observação prática: propriedades dinâmicas podem diferir muito das estáticas.
Passo 11
Creep (fluência) e relaxação.
- Definição: ensaio com carga constante
por tempo prolongado e temperatura controlada — observa-se deformação que aumenta com o tempo (creep). Em relaxação, aplica-se deformação constante e observa-se queda de tensão. - Resultados: curvas de fluência com estágios primário, secundário e terciário; tempo para ruptura por fluência.
- Importância: turbinas, componentes a alta temperatura, plásticos, etc.
Passo 12
Indentação / dureza.
- Definição: carga localizada por um penetrador (esfera, cone, pirâmide) que mede resistência ao afundamento.
- Ensaios: Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop.
- Relação com propriedades: dureza correlaciona-se muitas vezes com resistência à tração; são testes rápidos e de pequena escala.
Passo 13
Ensaios de fratura e modos de carregamento de fratura.
- Definição: medem tenacidade à fratura e resistência à propagação de trincas (métodos com corpo de prova entalhado/cracked).
- Modos de fratura: modo I (abertura), modo II (cisalhamento deslizante), modo III (cisalhamento rasgante).
- Grandezas: fator de intensidade de tensões
, energia de fratura , . - Ensaios típicos: compact tension (CT), single edge notch bending (SENB).
Passo 14
Resumo prático para a prova — como escolher e o que costuma ser pedido:
- Se te pedirem módulo elástico, expectiva é ensaio de tração (ou flexão para materiais frágeis); use
. - Para resistência à tração/compressão/torção/flexão, indique o ensaio correspondente e a fórmula básica (
, , ). - Para comportamento sob serviço: descreva se a solicitação é estática, cíclica (fadiga), de longa duração (fluência) ou dinâmica (impacto).
- Lembre-se de mencionar condições de ensaio que afetam resultados: taxa de carregamento, temperatura, meio corrosivo, controle por força versus controle por deslocamento.
Resposta
Tração (ensaio de tração uniaxial).
Compressão (ensaio de compressão uniaxial).
Cisalhamento (shear/direct shear, punch shear).
Flexão (ensaio de três pontos e quatro pontos).
Torção (ensaios de torque em eixos/barras).
Carregamentos combinados / multiaxiais (biaxial, triaxial, estados de tensão combinados).
Carregamento cíclico — fadiga (rotating bending, axial fatigue, S‑N).
Impacto / dinâmico (Charpy, Izod, ensaios de alta taxa de deformação).
Fluência (creep) e relaxação (ensaios de longa duração e temperatura).
Indentação / dureza (Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop).
Ensaios de fratura e modos de fratura (modo I, II, III; CT, SENB, ,
).
Compressão (ensaio de compressão uniaxial).
Cisalhamento (shear/direct shear, punch shear).
Flexão (ensaio de três pontos e quatro pontos).
Torção (ensaios de torque em eixos/barras).
Carregamentos combinados / multiaxiais (biaxial, triaxial, estados de tensão combinados).
Carregamento cíclico — fadiga (rotating bending, axial fatigue, S‑N).
Impacto / dinâmico (Charpy, Izod, ensaios de alta taxa de deformação).
Fluência (creep) e relaxação (ensaios de longa duração e temperatura).
Indentação / dureza (Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop).
Ensaios de fratura e modos de fratura (modo I, II, III; CT, SENB,