Ensaio de Cisalhamento, Notas de estudo de Cultura
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Ensaio de Cisalhamento, Notas de estudo de Cultura

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Apresentação

Ensaiar é preciso!

Como você se sentiria se a chave que acabou de mandar fazer quebrasse ao

dar a primeira volta na fechadura? Ou se a jarra de vidro refratário que a propaganda

diz que pode ir do fogão ao freezer trincasse ao ser enchida com água fervente? Ou

ainda, se o seu guarda-chuva virasse ao contrário em meio a um temporal?

É. Hoje em dia ninguém se contenta com objetos que apresentem esses

resultados. Mas por longo tempo essa foi a única forma de avaliar a qualidade de um

produto!

Nos séculos passados, como a construção dos objetos era essencialmente

artesanal, não havia um controle de qualidade regular dos produtos fabricados.

Avaliava-se a qualidade de uma lâmina de aço, a dureza de um prego, a

pintura de um objeto simplesmente pelo próprio uso.

Um desgaste prematuro que conduzisse à rápida quebra da ferramenta era o

método racional que qualquer um aceitava para determinar a qualidade das peças,

ou seja, a análise da qualidade era baseada no comportamento do objeto depois de

pronto.

O acesso a novas matérias-primas e o desenvolvimento dos processos e

fabricação obrigaram à criação de métodos padronizados de produção, em todo o

mundo. Ao mesmo tempo, desenvolveram-se processos e métodos de controle de

qualidade dos produtos.

Atualmente, entende-se que o controle de qualidade precisa começar pela

matéria-prima e deve ocorrer durante todo o processo de produção, incluindo a

inspeção e os ensaios finais nos produtos acabados.

Nesse quadro, é fácil perceber a importância dos ensaios de materiais: é por

meio deles que se verifica se os materiais apresentam as propriedades que os

tornarão adequados ao seu uso.

Que propriedades são essas, que podem ser verificadas nos ensaios?

É bom refrescar a memória, para entender com mais facilidade os assuntos

que virão. Ao terminar desta apresentação, você conhecerá algumas propriedades

físicas e químicas que os materiais precisam ter para resistirem às solicitações a que

serão submetidos durante seu tempo de vida útil. Saberá quais são os tipos de

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ensaios simples que podem ser realizados na própria oficina, sem aparatos

especiais.

Para que servem os ensaios

Se você parar para observar crianças brincando de cabo-de-guerra, ou uma

dona de casa torcendo um pano de chão, ou ainda um ginasta fazendo acrobacias

numa cama elástica, verá alguns exemplos de esforços a que os materiais estão

sujeitos durante o uso.

Veja a seguir a representação esquemática de alguns tipos de esforços que afetam os materiais.

É evidente que os produtos têm de ser fabricados com as características

necessárias para suportar esses esforços. Mas como saber se os materiais

presentam tais características?

Realizando ensaios mecânicos! Os ensaios mecânicos dos materiais são

procedimentos padronizados que compreendem testes, cálculos, gráficos e

consultas a tabelas, tudo isso em conformidade com normas técnicas.

Realizar um ensaio consiste em submeter um objeto já fabricado ou um material que

vai ser processado industrialmente a situações que simulam os esforços que eles

vão sofrer nas condições reais de uso, chegando a limites extremos de solicitação.

Onde são feitos os ensaios

Os ensaios podem ser realizados na própria oficina ou em ambientes

especialmente equipados para essa finalidade: os laboratórios de ensaios.

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Os ensaios fornecem resultados gerais, que são aplicados a diversos casos,

e devem poder ser repetidos em qualquer local que apresente as condições

adequadas.

Um exemplo que pode se feito na oficina:

Ensaio por lima - É utilizado para verificar a dureza por meio do corte do cavaco.

Quanto mais fácil é retirar o cavaco, mais mole o material. Se a ferramenta desliza e

não corta, podemos dizer que o material é duro.

Por meio desse tipo de ensaio não se obtêm valores precisos, apenas

conhecimentos de características específicas do material.

Os ensaios podem ser realizados em protótipos, no próprio produto final ou

em corpos de prova e, para serem confiáveis, devem seguir as normas técnicas

estabelecidas.

Imagine que uma empresa resolva produzir um novo produto. Antes de lançar

comercialmente o novo produto, o fabricante quer saber, com segurança, como será

seu comportamento na prática.

Para isso, ele ensaia as matérias-primas, controla o processo de fabricação e

produz uma pequena quantidade desse produto, que passam a ser os protótipos.

Cada um desses produtos será submetido a uma série de testes que

procurarão reproduzir todas as situações de uso cotidiano. Pode ser testado em

materiais diversos, ou sobre o mesmo material por horas seguidas. Os resultados

são analisados e servem como base para o aperfeiçoamento do produto.

Os ensaios de protótipos são muito importantes, pois permitem avaliar se o

produto testado apresenta características adequadas à sua função. Os resultados

obtidos nesses testes não podem ser generalizados, mas podem servir de base para

outros objetos que sejam semelhantes ou diferentes.

Já os ensaios em corpos de provas, realizados de acordo com as normas

técnicas estabelecidas, em condições padronizadas, permitem obter resultados de

aplicação mais geral, que podem ser utilizados e reproduzidos em qualquer lugar.

Propriedades dos materiais

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Todos os campos da tecnologia, especialmente aqueles referentes à

construção de máquinas e estruturas, estão intimamente ligados aos materiais e às

suas propriedades.

Tomando como base as mudanças que ocorrem nos materiais, essas

propriedades podem ser classificadas em dois grupos:

-físicas;

-químicas.

Se colocamos água fervente num copo descartável de plástico, o plástico

amolece e muda sua forma. Mesmo mole, o plástico continua com sua composição

química inalterada. A propriedade de sofrer deformação sem sofrer mudança na

composição química é uma propriedade física.

Por outro lado, se deixarmos uma barra de aço-carbono (ferro + carbono)

exposta ao tempo, observaremos a formação de ferrugem (óxido de ferro: ferro +

oxigênio). O aço-carbono, em contato com o ar, sofre corrosão, com mudança na

sua composição química. A resistência à corrosão é uma propriedade química.

Entre as propriedades físicas, destacam-se as propriedades mecânicas, que

se referem à forma como os materiais reagem aos esforços externos, apresentando

deformação ou ruptura.

Quando você solta o pedal da embreagem do carro, ele volta à posição de

origem graças à elasticidade da mola ligada ao sistema acionador do pedal.

A estampagem de uma chapa de aço para fabricação de um capô de

automóvel, por exemplo, só é possível em materiais que apresentem plasticidade suficiente. Plasticidade é a capacidade que um material tem de apresentar deformação permanente apreciável, sem se romper.

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Ensaio de cisalhamento

Introdução

Pode ser que você não tenha se dado conta, mas já praticou o cisalhamento

muitas vezes em sua vida. Afinal, ao cortar um tecido, ao fatiar um pedaço de queijo

ou cortar aparas do papel com uma guilhotina, estamos fazendo o cisalhamento.

No caso de metais, podemos praticar o cisalhamento com tesouras, prensas

de corte, dispositivos especiais ou simplesmente aplicando esforços que resultem

em forças cortantes. Ao ocorrer o corte, as partes se movimentam paralelamente,

por escorregamento, uma sobre a outra, separando-se. A esse fenômeno damos o

nome de cisalhamento.

Todo material apresenta certa resistência ao cisalhamento. Saber até onde vai

esta resistência é muito importante, principalmente na estamparia, que envolve corte

de chapas, ou nas uniões de chapas por solda, por rebites ou por parafusos, onde a

força cortante é o principal esforço que as uniões vão ter de suportar.

Você ficará conhecendo dois modos de calcular a tensão de cisalhamento:

realizando o ensaio de cisalhamento e utilizando o valor de resistência à tração do

material. E ficará sabendo como são feitos os ensaios de cisalhamento de alguns

componentes mais sujeitos aos esforços cortantes.

A força que produz o cisalhamento

Ao estudar os ensaios de tração e de compressão, você ficou sabendo que,

nos dois casos, a força aplicada sobre os corpos de prova atua ao longo do eixo

longitudinal do corpo.

No caso do cisalhamento, a força é aplicada ao corpo na direção

perpendicular ao seu eixo longitudinal.

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Esta força cortante, aplicada no plano da seção transversal (plano de tensão),

provoca o cisalhamento.

Como resposta ao esforço cortante, o material desenvolve em cada um dos

pontos de sua seção transversal uma reação chamada resistência ao cisalhamento.

A resistência de um material ao cisalhamento, dentro de uma determinada

situação de uso, pode ser determinada por meio do ensaio de cisalhamento.

Como é feito o ensaio de cisalhamento

A forma do produto final afeta sua resistência ao cisalhamento. São por essa

razão que o ensaio de cisalhamento é mais freqüentemente feito em produtos

acabados, tais como pinos, rebites, parafusos, cordões de solda, barras e chapas.

É também por isso que não existem normas para especificação dos corpos de

prova. Quando é o caso, cada empresa desenvolve seus próprios modelos, em

função das necessidades.

Do mesmo modo que nos ensaios de tração e de compressão, a velocidade

de aplicação da carga deve ser lenta, para não afetar os resultados do ensaio.

Normalmente o ensaio é realizado na máquina universal de ensaios, à qual se

adaptam alguns dispositivos, dependendo do tipo de produto a ser ensaiado.

Para ensaios de pinos, rebites e parafusos utilizam-se um dispositivo como o

que está representado simplificadamente na figura a seguir. Fig.1.

O dispositivo é fixado na máquina de ensaio e os rebites, parafusos ou pinos

são inseridos entre as duas partes móveis.

Ao se aplicar uma tensão de tração ou compressão no dispositivo, transmite

se uma força cortante à seção transversal do produto ensaiado. No decorrer do

ensaio, esta força será elevada até que ocorra a ruptura do corpo.

No caso de ensaio de solda, utilizam-se corpos de prova semelhantes aos

empregados em ensaios de pinos. Só que, em vez dos pinos, utilizam-se junções

soldadas.

Para ensaiar barras, presas ao longo de seu comprimento, com uma

extremidade livre, utiliza-se o dispositivo abaixo:

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Fig.1. No caso de ensaio de chapas, emprega-se um estampo para corte, como o

que é mostrado a seguir.

Neste ensaio normalmente determina-se somente a tensão de cisalhamento,

isto é, o valor da força que provoca a ruptura da seção transversal do corpo

ensaiado. Quer saber mais sobre a tensão de cisalhamento? Então, estude o

próximo tópico.

Tensão de cisalhamento

A tensão de cisalhamento será aqui identificada por TC. Para calcular a

tensão de cisalhamento, usamos a fórmula:

onde F representa a força cortante e S representa a área do corpo.

Esta fórmula permite resolver o problema a seguir. Vamos tentar?

Verificando o entendimento Observe o desenho a seguir. Ele mostra um rebite de 20 mm de diâmetro que

será usado para unir duas chapas de aço, devendo suportar um esforço cortante de

29400 N. Qual a tensão de cisalhamento sobre a seção transversal do rebite?

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Vamos conferir?

O primeiro passo consiste em calcular a área da seção transversal do rebite,

que é dada pela fórmula:

Então, a área da seção do rebite é:

Agora, basta aplicar a fórmula para o cálculo da tensão de cisalhamento:

Deste modo:

A realização de sucessivos ensaios mostrou que existe uma relação constante

entre a tensão de cisalhamento e a tensão de tração. Na prática, considera-se a

tensão de cisalhamento (TC) equivalente a 75% da tensão de tração (T).

Em linguagem matemática isto é o mesmo que: TC = 0,75 T.

É por isso que, em muitos casos, em vez de realizar o ensaio de

cisalhamento, que exige os dispositivos já vistos, utilizam-se os dados do ensaio de

tração, mais facilmente disponíveis.

Uma aplicação prática

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O conhecimento da relação entre a tensão de cisalhamento e a tensão de

tração permite resolver inúmeros problemas práticos, como o cálculo do número de

rebites necessários para unir duas chapas, sem necessidade de recorrer ao ensaio

de cisalhamento.

Como fazer isso? Preste atenção.

Imagine que precisemos unir duas chapas, como mostra a ilustração a seguir.

Sabemos que a tensão de cisalhamento que cada rebite suporta é igual a:

Isolando o n, que é o fator que nos interessa descobrir, chegamos à fórmula

para o cálculo do número de rebites:

No exemplo que estamos analisando, sabemos que:

· as chapas suportarão uma força cortante (F) de 20.000 N

· o diâmetro (D) de cada rebite é de 4 mm

· a tensão de tração (T) suportada por cada rebite é 650 MPa

Portanto, já temos todos os dados necessários para o cálculo do número de

rebites que deverão unir as chapas. Basta organizar as informações disponíveis.

Não temos o valor da tensão de cisalhamento dos rebites, mas sabemos que

ela equivale a 75% da tensão de tração, que é conhecida. Então, podemos calcular:

Conhecendo o diâmetro de cada rebite, podemos calcular a área da sua

seção transversal:

Agora, basta transportar os valores conhecidos para a fórmula:

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Como é igual à MPa, podemos cancelar estas unidades.

Então, o número de rebites será:

n = 3,266 rebites

Por uma questão de segurança, sempre aproximamos o resultado para maior.

Assim, podemos concluir que precisamos de 4 rebites para unir as duas chapas

anteriores.

Muito bem! É hora de dar uma paradinha, rever o que foi estudado e fazer

mais alguns exercícios para reforçar o aprendizado.

Exercícios

Exercício 1

No cisalhamento, as partes a serem cortadas se movimentam paralelamente

por ......................... uma sobre a outra.

Exercício 2

A força que faz com que ocorra o cisalhamento é chamada de força.........................

Exercício 3 Os dispositivos utilizados no ensaio de cisalhamento, normalmente são adaptados

na máquina .........................

Exercício 4

Um rebite é usado para unir duas chapas de aço. O diâmetro do rebite é de 6

mm e o esforço cortante é de 10.000 N. Qual a tensão de cisalhamento no rebite?

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Exercício 5

Duas chapas de aço deverão ser unidas por meio de rebites. Sabendo que

essas chapas deverão resistir a uma força cortante de 30.000 N e que o número

máximo de rebites que podemos colocar na junção é 3, qual deverá ser o diâmetro

de cada rebite? (A tensão de tração do material do rebite é de 650 MPa).

Ensaio de cisalhamento Respostas

1. escorregamento

2. cortante ou de cisalhamento

3. universal de ensaios

4. 353,85 MPa

5. 5,11 mm

Referência de internet: Alunos do grupo Ensaios de Cisalhamento. Ferramentaria de Corte, Dobra e Repuxo. 2010. Disponível em: <http:// www.laboratorios.mecanica.ufrj.br/fabricacao/PF/tc.htm> <http://

www.laboratorios.mecanica.ufrj.br/fabricacao/PF/ensa07.pdf>

Acesso em: 2 Maio2010. Às 00h07min:59

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é a apostila do senai
não e bem o que eu estava procurando, mas deu certo.
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