Mecânica dos Materiais

Introdução
Nos séculos passados, como a construção dos objectos era essencialmente artesanal, não havia um
controlo de qualidade regular dos produtos fabricados.
Avaliava-se a qualidade de uma lâmina de aço, a dureza de um prego, a pintura de um objecto
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 objecto depois de pronto.
O acesso a novas matérias-primas e o desenvolvimento dos processos de fabricação obrigaram à criação
de métodos padronizados de produção, em todo o mundo. Ao mesmo tempo, desenvolveram-se processos
e métodos de controlo de qualidade dos produtos.
Actualmente, entende-se que o controlo de qualidade precisa começar pela matéria-prima e deve ocorrer
durante todo o processo de produção, incluindo a inspecção 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 possível que você já tenha analisado algumas delas ao estudar o módulo de Materiais ou mesmo em
outras oportunidades.

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 afectam os materiais.

Tracção

Torção

Corte ou cisalhamento

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É evidente que os produtos têm de ser fabricados com as características necessárias para suportar esses
esforços. Mas como saber se os materiais apresentam 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 objecto
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.
Os ensaios podem ser realizados na própria oficina ou
em ambientes especialmente equipados para essa
finalidade: os laboratórios de ensaios.

Os ensaios fornecem resultados gerais, que são aplicados a diversos casos, e devem poder ser repetidos
em qualquer local que apresente as condições adequadas.
São exemplos de ensaios que podem ser realizados 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.

Ensaio pela análise da centelha - É utilizado para fazer a classificação do

teor de carbono de um aço, em função da forma das centelhas que o material
emite ao ser desbastado num esmeril.

Por meio desses tipos de ensaios não se obtêm valores precisos, apenas
conhecimentos de características específicas dos materiais.
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 tipo de tesoura, com lâmina de aço especial. 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 dessas tesouras, que passam a ser os protótipos.
Cada uma dessas tesouras será submetida a uma série de testes que procurarão reproduzir todas as
situações de uso cotidiano. Por exemplo, o corte da tesoura 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 objectos 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.

Protótipo é a versão preliminar de um produto, produzida em pequena quantidade, e utilizada durante a

fase de testes.
Corpo de prova é uma amostra do material que se deseja testar, com dimensões e forma especificadas
em normas técnicas.
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Propriedades dos materiais
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:
1- físicas;
2-·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 + oxigénio). O aço-carbono, em contacto 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 embriaguem do carro, ele volta à posição de origem graças à elasticidade da
mola ligada ao sistema accionador do pedal.
A elasticidade é um exemplo de propriedade mecânica. Pode ser definida como a capacidade que um
material tem de retornar à sua forma e dimensões originais quando cessa o esforço que o deformava.

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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Uma viga de uma ponte rolante deve suportar esforços de flexão
sem se romper. Para tanto, é necessário que ela apresente
resistência mecânica suficiente.
Resistência mecânica é a capacidade que um material tem de
suportar esforços externos (tracção, compressão, flexão etc.) sem
se romper.

Para determinar qualquer dessas propriedades é necessário realizar

um ensaio específico.

Tipos de ensaios mecânicos

Existem vários critérios para classificar os ensaios mecânicos. A classificação que adoptaremos neste
módulo agrupa os ensaios em dois blocos:
1- ensaios destrutivos;
2- ensaios não destrutivos.
Ensaios destrutivos são aqueles que deixam algum sinal na peça ou corpo de prova submetido ao ensaio,
mesmo que estes não fiquem inutilizados.
Os ensaios destrutivos abordados nas próximas aulas deste módulo são:
1-Tracção
2- Compressão
3- Corte
4- Dobramento
5- Flexão
6- Embutimento
7- Torção
8- Dureza
9- Fluência
10- Fadiga
11- Impacto
Ensaios não destrutivos são aqueles que após sua realização não deixam nenhuma marca ou sinal e, por
consequência, nunca inutilizam a peça ou corpo de prova. Por essa razão, podem ser usados para detectar
falhas em produtos acabados e semi-acabados.
Os ensaios não destrutivos tratados nas aulas deste módulo são:
a) Visual
b) Líquido penetrante
c) Partículas magnéticas
d) Ultra-som
e) Radiografia industrial

Exercício 1
Complete as frases com a alternativa que as torna correctas:
a) A propriedade física ............................. mudança na composição química do material.
· acarreta
· não acarreta
b) Resistência mecânica é uma propriedade .............................
· física
· química
c) Resistência à corrosão é uma propriedade .............................
· química
· mecânica
d) À forma como os materiais reagem aos esforços externos chamamos de propriedade .............................
· química
· mecânica

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Exercício 2
Marque com um X a resposta correcta.
Cessando o esforço, o material volta à sua forma original. Dizemos que esta propriedade mecânica se
chama:
( ) resistência mecânica;
( ) elasticidade;
( ) plasticidade.

Exercício 3
Você estudou que os ensaios podem ser: destrutivos e não destrutivos.
Relacione correctamente os exemplos com os ensaios: 1- Ensaio destrutivo 2- Ensaio não destrutivo
Ensaio por ultra-som
Ensaio visual
Ensaio de tracção
Ensaio por lima
Ensaio de dureza

Ensaio de tracção, cálculo da tensão

Você com certeza já andou de elevador, já observou uma carga sendo elevada por um guindaste ou viu,
uma ponte rolante transportando grandes cargas para lá e para cá. Além das grandes cargas
movimentadas nessas situações, um outro fato certamente chama a sua atenção: são os cabos de aço
usados nesses equipamentos!
Você faz ideia do esforço que esses cabos têm de aguentar ao deslocar estas cargas? Sabe como se
chama esse esforço e como ele é calculado? Sabe que a determinação deste tipo de esforço e a
especificação das dimensões de cabos estão entre os problemas mais frequentemente encontrados no
campo da Mecânica?
Tanto o super dimensionamento como o sub dimensionamento de produtos têm consequências que podem
ser graves: o primeiro porque gera desperdício de material, maior consumo de energia e baixo
desempenho; o segundo porque o produto vai falhar e, além do prejuízo, pode causar sérios acidentes,
com danos irreparáveis.
Essas considerações servem para ilustrar o quanto é importante conhecer a resistência dos materiais, que
pode ser avaliada pela realização de ensaios mecânicos. O ensaio mecânico mais importante para a
determinação da resistência dos materiais é o ensaio de tracção.
Se você está interessado em aprofundar seus conhecimentos sobre esses assuntos, está no caminho
certo. Nesta aula você terá oportunidade de conhecer as unidades de medida usadas nos ensaios
mecânicos de tracção. Ficará sabendo o que se entende por tensão e deformação. E aprenderá a fórmula
para calcular a tensão a que estão submetidos os materiais durante o uso. Fique com a gente!

Para que servem os ensaios de tracção

Como você já sabe, as propriedades mecânicas constituem uma das características mais importantes dos
metais em suas várias aplicações na engenharia, visto que o projecto e a fabricação de produtos se
baseiam principalmente no comportamento destas propriedades.

A determinação das propriedades mecânicas dos materiais é obtida por meio de

ensaios mecânicos, realizados no próprio produto ou em corpos de prova de dimensões
e formas especificadas, segundo procedimentos padronizados por normas brasileiras e
estrangeiras.
O corpo de prova é preferencialmente utilizado quando o resultado do ensaio precisa
ser comparado com especificações de normas internacionais.
O ensaio de tracção consiste em submeter o material a um esforço que tende a alongá-
lo até a ruptura. Os esforços ou cargas são medidos na própria máquina de ensaio.
No ensaio de tracção o corpo é deformado por alongamento, até o momento em que se
rompe. Os ensaios de tracção permitem conhecer como os materiais reagem aos
esforços de tracção, quais os limites de tracção que suportam e a partir de que

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momento se rompem.

Antes da ruptura, a deformação

Imagine um corpo preso numa das extremidades, submetido a uma força,
como na ilustração ao lado. Quando esta força é aplicada na direcção do eixo
longitudinal, dizemos que se trata de uma força axial.
Ao mesmo tempo, a força axial é perpendicular à secção transversal do corpo.
Observe novamente a ilustração anterior. Repare que a força axial está
dirigida para fora do corpo sobre o qual foi aplicada. Quando a força axial está dirigida para fora do corpo,
trata-se de uma força axial de tracção.

A aplicação de uma força axial de tracção num corpo preso produz uma
deformação no corpo, isto é, um aumento no seu comprimento com
diminuição da área da secção transversal.
Este aumento de comprimento recebe o nome de alongamento. Veja o efeito
do alongamento num corpo submetido a um ensaio de tracção.

Corpo de prova antes do ensaio à tracção

Corpo de prova depois do ensaio à tracção

O alongamento é representado pela letra A e é calculado subtraindo-se o comprimento inicial do
comprimento final e dividindo-se o resultado pelo comprimento inicial.
Em linguagem matemática, esta afirmação pode ser expressa pela seguinte igualdade: sendo que Lo
representa o comprimento inicial antes do ensaio e Lf representa o comprimento final após o ensaio.

Suponha que você quer saber qual o alongamento sofrido por um corpo de 12 mm que, submetido a uma
força axial de tracção, ficou com 13,2 mm de comprimento.
Aplicando a fórmula anterior, você fica sabendo que:

A unidade mm/mm indica que ocorre uma deformação de 0,1 mm por 1 mm de dimensão do material.
Pode-se também indicar a deformação de maneira percentual. Para obter a deformação expressa em
percentagem, basta multiplicar o resultado anterior por 100.
No nosso exemplo: A = 0,1 mm/mm ´ 100 = 10%.

Há dois tipos de deformação, que se sucedem quando o material é submetido a

uma força de tracção: a elástica e a plástica.
·
Deformação elástica: não é permanente.
Uma vez cessados os esforços, o material volta à sua forma original.

Deformação plástica: é permanente.

Uma vez cessados os esforços, o material recupera a deformação elástica, mas fica com
uma deformação residual plástica, não voltando mais à sua forma original.

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Tensão de tracção: o que é e como é medida
A força de tracção actua sobre a área da secção transversal do material. Tem-se assim uma relação entre
essa força aplicada e a área do material que está sendo exigida, denominada tensão. Neste módulo, a
tensão será representada pela letra T.
Em outras palavras:
Tensão (T) é a relação entre uma força (F) e uma unidade de área (S):
T = F/S

Dica
Para efeito de cálculo da tensão suportada por um material, considera-se como área útil da secção deste
material a soma das áreas de suas partes maciças. Por exemplo: um cabo metálico para elevação de
pesos, cuja área da secção é de 132,73 mm2, composto por 42 espiras de 1,2 mm2, tem como área útil
50,4 mm2.

A unidade de medida de força adoptada pelo Sistema Internacional de Unidades (SI) é o newton (N).
A unidade quilograma-força (kgf) ainda é usada, porque a maioria das máquinas disponíveis possui escalas
nesta unidade. Porém, após a realização dos ensaios, os valores de força devem ser convertidos para
newton (N).
A unidade de medida de área é o metro quadrado (m2). No caso da medida de tensão, é mais
frequentemente usado seu submúltiplo, o milímetro quadrado (mm2).
Assim, a tensão é expressa matematicamente como:

Durante muito tempo, a tensão foi medida em kgf/mm2 ou em psi (pound square inch, que quer dizer: libra
por polegada quadrada).
Com adopção do Sistema Internacional de Unidades (SI) essas unidades foram substituídas pelo pascal
(Pa). Um múltiplo dessa unidade, o megapascal (MPa), vem sendo utilizado por um número crescente de
países.
Veja no quadro de conversões a seguir a correspondência entre essas unidades de medida.

Exercicio
Sabendo que a tensão sofrida por um corpo é de 20 N/mm2, como você expressa esta mesma medida em
MPa?
Para dar sua resposta, consulte o quadro de conversões, se achar necessário.
Resposta: ....................
T = N/mm2
Se você interpretou correctamente o quadro de conversões, sua resposta deve ter sido 20 MPa.
Veja a conversão desta mesma medida para:
kgf/mm2 se 1 MPa = 0,102 kgf/mm2, então: 20 MPa = 2,04 kgf/mm2
e para:
psi se 1 kgf/mm2 = 1422,27 psi, então 2,04 kgf/mm2 = 2901,4308 psi

Calculando a tensão
Um amigo, que está a montar uma oficina de manutenção mecânica, pediu a sua ajuda para calcular a
tensão que deve ser suportada por um tirante de aço de 4 mm2 de secção, sabendo que o material estará
exposto a uma força de 40 N.
Sabendo qual a força aplicada (F = 40 N) e qual a área da secção do tirante (S = 4 mm2), basta aplicar a
fórmula:

Portanto, a tensão que o cabo deverá suportar é de 10 N/mm2. Mas, se o seu Amigo quiser saber a
resposta em megapascal, o resultado será 10 MPa.
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Exercício 1
Assinale com um X a(s) resposta(s) que completa(m) a frase correctamente:
O ensaio de tracção tem por finalidade(s) determinar:
a) ( ) o limite de resistência à tracção;
b) ( ) a impressão causada por um penetrador;
c) ( ) o diâmetro do material ensaiado;
d) ( ) o alongamento do corpo ensaiado.

Exercício 2
Quando se realiza ensaio de tracção, podem ocorrer duas deformações.
Assinale com um X quais são elas, na sequência em que os fenómenos ocorrem no material.
a) ( ) plástica e elástica;
b) ( ) plástica e normal;
c) ( ) plástica e regular;
d) ( ) elástica e plástica.

Exercício 3
Calcule a deformação sofrida por um corpo de 15 cm, que após um ensaio de tracção passou a apresentar
16 cm de comprimento. Expresse a resposta de forma percentual.

Exercício 4
Sabendo que a tensão de um corpo é igual a 12 N/mm2, a quanto corresponde essa tensão em kgf/mm2?

Exercício 5
Qual a tensão, em MPa, sofrida por um corpo com 35 mm2 que está sob efeito de uma força de 200 kgf?

Ensaio de tracção: Propriedades mecânicas avaliadas

Segure um pedaço de elástico com as duas mãos, uma em
cada ponta, como mostra a ilustração.
Depois, mantendo um dos lados fixos, vá aplicando,
devagar, uma força de tracção do lado oposto. Pare de
aplicar a força por um instante. Observe como o elástico tende a retornar à sua forma original quando a
força é aliviada.
Volte a traccionar um dos lados. Veja que, ao mesmo tempo em que o elástico vai se alongando, sua
secção se estreita. Agora não tem mais jeito! Mesmo que você pare de traccionar, o elástico não volta mais
à forma original. Continue traccionando mais um pouco. Ops! O elástico se rompeu. Você está com dois
pedaços, um em cada mão. Juntando os dois pedaços você notará que eles estão maiores que o pedaço
original.
Isso que você acabou de fazer pode ser considerado uma forma rudimentar de ensaio de tracção. Quando
o ensaio de tracção é realizado num laboratório, com equipamento adequado, ele permite registrar
informações importantes para o cálculo de resistência dos materiais a esforços de tracção e,
consequentemente, para projectos e cálculos de estruturas. Algumas informações são registadas durante a
realização do ensaio e outras são obtidas pela análise das características do corpo de prova após o ensaio.
Os dados relativos às forças aplicadas e deformações sofridas pelo corpo de prova até a ruptura permitem
traçar o gráfico conhecido como diagrama tensão-deformação.

Diagrama tensão-deformação
Quando um corpo de prova é submetido a um ensaio de tracção, a máquina de ensaio fornece um gráfico
que mostra as relações entre a força aplicada e as deformações ocorridas durante o ensaio.
Mas o que nos interessa para a determinação das propriedades do material ensaiado é a relação entre
tensão e deformação.
Você já sabe que a tensão (T) corresponde à força (F) dividida pela área da secção (S) sobre a qual a força
é aplicada. No ensaio de tracção convencionou-se que a área da secção utilizada para os cálculos é a da
secção inicial (So).

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Assim, aplicando a fórmula T = F,/So podemos obter os valores de tensão para montar um gráfico que
mostre as relações entre tensão e deformação.
Este gráfico é conhecido por diagrama tensão-deformação.
Os valores de deformação, representados pela letra grega minúscula e (epsílon), são indicados no eixo das
abcissas (x) e os valores de tensão são indicados no eixo das ordenadas
(y).
A curva resultante apresenta certas características que são comuns a
diversos tipos de materiais usados na área da Mecânica.

Analisando o diagrama tensão-deformação passo a passo, você vai ficar a

conhecer cada uma das propriedades que ele permite determinar. A
primeira delas é o limite elástico.
Limite elástico
Observe o diagrama ao lado. Note que foi
marcado um ponto A no final da parte recta do gráfico. Este ponto
representa o limite elástico.
O limite elástico recebe este nome porque, se o ensaio for interrompido
antes deste ponto e a força de tracção for retirada, o corpo volta à sua
forma original, como faz um elástico.
Na fase elástica os metais obedecem à lei de Hooke. Suas deformações
são directamente proporcionais às tensões aplicadas.
Exemplificando: se aplicarmos uma tensão de 10 N/mm2 e o corpo de
prova se alongar 0,1%, ao aplicarmos uma força de 100 N/mm2 o corpo de prova se alongará 1%.

Em 1678, sir Robert Hooke descobriu que uma mola tem sempre a deformação (e) proporcional à tensão
aplicada (T), desenvolvendo assim a constante da mola (K), ou lei de Hooke, onde K = T/e.

Módulo de elasticidade
Na fase elástica, se dividirmos a tensão pela deformação, em qualquer ponto, obteremos sempre um valor
constante.
Este valor constante é chamado módulo de elasticidade.
A expressão matemática dessa relação é:
, onde E é a constante que representa o módulo de elasticidade.
O módulo de elasticidade é a medida da rigidez do material. Quanto maior for o módulo, menor
será a deformação elástica resultante da aplicação de uma tensão e mais rígido será o material.
Esta propriedade é muito importante na selecção de materiais para fabricação de molas.

Coeficiente de Poisson
A relação entre a contracção transversal e o alongamento é dita coeficiente de Poisson µ:
µ = εt / ε

Limite de proporcionalidade
Porém, a lei de Hooke só vale até um determinado valor de tensão, denominado
limite de proporcionalidade, que é o ponto representado no gráfico a seguir por
A., a partir do qual a deformação deixa de ser proporcional à carga aplicada.
Na prática, considera-se que o limite de proporcionalidade e o limite de
elasticidade são coincidentes.

Escoamento
Terminada a fase elástica, tem início a fase plástica, na qual ocorre uma deformação
permanente no material, mesmo que se retire a força de tracção.
No início da fase plástica ocorre um fenómeno chamado escoamento. O
escoamento caracteriza-se por uma deformação permanente do material sem que

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haja aumento de carga, mas com aumento da velocidade de deformação. Durante o escoamento a carga
oscila entre valores muito próximos uns dos outros.

Limite de resistência
Após o escoamento ocorre o encruamento, que é um endurecimento causado pela quebra dos grãos que
compõem o material quando deformados a frio. O material resiste cada vez mais à
tracção externa, exigindo uma tensão cada vez maior para se deformar.
Nessa fase, a tensão recomeça a subir, até atingir um valor máximo num ponto
chamado de limite de resistência (B).
Para calcular o valor do limite de resistência (LR), basta aplicar a fórmula:

Limite de ruptura
Continuando a tracção, chega-se à ruptura do material, que ocorre num ponto chamado limite de ruptura
(C).
Note que a tensão no limite de ruptura é
menor que no limite de resistência, devido à
diminuição da área que ocorre no corpo de
prova depois que se atinge a carga
máxima.
Agora você já tem condições de analisar
todos esses elementos representados num
mesmo diagrama de tensão-deformação,
como na figura a seguir.

Estricção
É a redução percentual da área da secção transversal do corpo de prova na região onde vai se localizar a
ruptura.
A estricção determina a ductilidade do material. Quanto maior for a percentagem de estricção, mais dúctil
será o material.

Exercício 1
Analise o diagrama de tensão-deformação de um corpo de prova de aço e indique:
a) o ponto A, que representa o limite de elasticidade___
b) o ponto B, que representa o limite de resistência___
Marque com um X a resposta correcta.

Exercício 2
Compare as regiões das fracturas dos corpos de prova A e B, apresentados a seguir.
Depois responda: qual corpo de prova representa material dúctil (elástico)?

Exercício 3
Analise o diagrama tensão-deformação abaixo e assinale
qual a letra que representa a região de escoamento.
A()
B()
C()
D()

Exercício 4
A fórmula ao lado permite calcular:
a) (__) o limite de escoamento; b) ( __) a estricção;
c) (__ ) o limite de resistência; d) ( __) o limite de ruptura.
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Exercício 5
Dois materiais (A e B) foram submetidos a um ensaio de tracção e apresentaram
as seguintes curvas de tensão-deformação:
Qual dos materiais apresenta maior deformação permanente? A ( __) B ( __)

Ensaio de tracção: procedimentos normalizados

Hoje em dia é comum encontrar uma grande variedade de artigos importados em qualquer supermercado e
até mesmo em pequenas lojas: são produtos electrónicos panelas antiaderentes, utilidades domésticas e
uma infinidade de quinquilharias fabricadas pelos chineses.
A crescente internacionalização do comércio de produtos põe em destaque a importância da normalização
dos ensaios de materiais. Qualquer que seja a procedência do produto, os testes pelos quais ele passou
em seu país de origem devem poder ser repetidos, nas mesmas condições, em qualquer lugar do mundo.

Confiabilidade dos ensaios

Os ensaios não indicam propriedades de uma maneira absoluta, porque não reproduzem totalmente os
esforços a que uma peça é submetida, em serviço.
Quando realizados no próprio produto, os ensaios têm maior significado pois procuram simular as
condições de funcionamento do mesmo. Mas na prática isso nem sempre é realizável. Além disso, os
resultados assim obtidos teriam apenas uma importância particular para aquele produto.
Para determinarmos as propriedades dos materiais, independentemente das estruturas em que serão
utilizados, é necessário recorrer à confecção de corpos de prova.
Os resultados obtidos dependem do formato do corpo de prova e do método de ensaio adoptado. Por
exemplo, no ensaio de tracção de um corpo de prova de aço, o alongamento é uma medida da sua
ductilidade. Este valor é afectado pelo comprimento do corpo de prova, pelo seu formato, pela velocidade
de aplicação da carga e pelas imprecisões do método de análise dos resultados do ensaio.
Portanto, os resultados dos ensaios, quando não são suficientemente representativos dos comportamentos
em serviço, exigem na fase de projecto das estruturas a introdução de um factor multiplicativo chamado
coeficiente de segurança, o qual leva em consideração as incertezas, não só provenientes da
determinação das propriedades dos materiais, mas também da precisão das hipóteses teóricas referentes
à existência e ao cálculo das tensões em toda a estrutura.

Normas técnicas
Quando se trata de realizar ensaios mecânicos, as normas mais utilizadas são as referentes à
especificação de materiais e ao método de ensaio.
Um método descreve o correcto procedimento para se efectuar um determinado ensaio mecânico.
Desse modo, seguindo-se sempre o mesmo método, os resultados obtidos para um mesmo material são
semelhantes e reprodutíveis onde quer que o ensaio seja executado.
As normas técnicas mais utilizadas pelos laboratórios de ensaios provêm das seguintes instituições:
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
AFNOR - Association Française de Normalisation
ASME - American Society of Mechanical Engineer
ASTM - American Society for Testing and Materials
BSI - British Standards Institution
COPANT - Comissão Panamericana de Normas Técnicas
DIN - Deutsches Institut für Normung
ISO - International Organization for Standardization
JIS - Japanese Industrial Standards
SAE - Society of Automotive Engineers

Abaixo valores típicos de E (módulo de elasticidade ) e µ (Poisson)para alguns metais.

Ferro
Metal Aços Alumínio Bronze Cobre Latão
fundido
E (GPa) 206 68,6 98 118 98 64
µ 0,30 0,34 0,33 0,33 0,25 0,37
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Equipamento para o ensaio de tracção
O ensaio de tracção geralmente é
realizado na máquina universal, que
tem este nome porque se presta à
realização de diversos tipos de
ensaios. Analise cuidadosamente a
ilustração a seguir, que mostra os
componentes básicos de uma
máquina universal de ensaios.

Fixa-se o corpo de prova na

máquina por suas extremidades,
numa posição que permite ao
equipamento aplicar-lhe uma força
axial para fora, de modo a aumentar
seu comprimento.
A máquina de tracção é hidráulica,
movida pela pressão de óleo, e está
ligada a um dinamómetro que mede
a força aplicada ao corpo de prova.

A máquina de ensaio possui um registrador gráfico que vai traçando o diagrama de força e deformação, em
papel milimétrico, à medida em que o ensaio é realizado.

Dinamómetro é um equipamento utilizado para medir forças.

Corpos de prova
O ensaio de tracção é feito em corpos de prova com
características especificadas de acordo com normas
técnicas. Suas dimensões devem ser adequadas à
capacidade da máquina de ensaio.
Normalmente utilizam-se corpos de prova de secção
circular ou de secção rectangular, dependendo da
forma e tamanho do produto acabado do qual foram
retirados, como mostram as ilustrações a seguir.

A parte útil do corpo de prova, identificada no desenho

anterior por Lo, é a região onde são feitas as medidas
das propriedades mecânicas do material.

As cabeças são as regiões extremas, que servem para fixar o corpo de prova à máquina de modo que a
força de tracção actuante seja axial. Devem ter secção maior do que a parte útil para que a ruptura do
corpo de prova não ocorra nelas.
Suas dimensões e formas dependem do tipo de fixação à máquina. Os tipos de fixação mais comuns são:

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Entre as cabeças e a parte útil há um raio de concordância para evitar que a ruptura ocorra fora da parte
útil do corpo de prova (Lo).
Segundo a ABNT, o comprimento da parte útil dos corpos de prova utilizados nos ensaios de tracção deve
corresponder a 5 vezes o diâmetro da secção da parte útil.
Por acordo internacional, sempre que possível um corpo de prova deve ter 10 mm de diâmetro e 50 mm de
comprimento inicial. Não sendo possível a retirada de um corpo de prova deste tipo, deve-se adoptar um
corpo com dimensões proporcionais a essas.
Corpos de prova com secção rectangular são geralmente retirados de placas, chapas ou lâminas. Suas
dimensões e tolerâncias de fabrico são normalizadas pela ISO/R377 enquanto não existir norma brasileira
correspondente.
Em materiais soldados, podem ser retirados corpos de prova com a solda no meio ou no sentido
longitudinal da solda, como você pode observar nas figuras a seguir.

Os ensaios dos corpos de prova soldados normalmente determinam apenas o limite de resistência à
tracção. Isso porque, ao efectuar o ensaio de tracção de um corpo de prova com solda, tensiona-se
simultaneamente dois materiais de propriedades diferentes (metal de base e metal de solda). Os valores
obtidos no ensaio não representam as propriedades nem de um nem de outro material, pois umas são
afectadas pelas outras. O limite de resistência à tracção também é afectado por esta interacção, mas é
determinado mesmo assim para finalidades práticas.

Preparação do corpo de prova para o ensaio de tracção

O primeiro procedimento consiste em identificar o material do corpo de prova. Corpos de prova podem ser
obtidos a partir da matéria-prima ou de partes
específicas do produto acabado.
Depois, deve-se medir o diâmetro do corpo de prova em
dois pontos no comprimento da parte útil, utilizando um
micrómetro, e calcular a média.
Por fim, deve-se riscar o corpo de prova, isto é, traçar as
divisões no comprimento útil. Num corpo de prova de 50
mm de comprimento, as marcações devem ser feitas de
5 em 5 milímetros.
Assim preparado, o corpo de prova estará pronto para
ser fixado à máquina de ensaio.

Exercício
Assinale com um X a única frase falsa sobre ensaios de corpos de prova com solda.
a) (__ ) É possível retirar corpos de prova de materiais soldados para ensaios de tracção;
b) (__ ) Nos ensaios de corpos de prova de materiais soldados são tensionados,
ao mesmo tempo, dois materiais com propriedades diferentes;
c) ( __) Os valores obtidos nos ensaios de tracção de materiais soldados são válidos apenas para o metal
de base;
d) ( __) O limite de resistência à tracção, nos ensaios de tracção de materiais soldados, é afectado pela
interacção do metal de base e do metal de solda.

Mário Loureiro 13
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Ensaio de compressão
Podemos observar o esforço de compressão na construção mecânica, principalmente em estruturas e em
equipamentos como suportes, bases de máquinas, barramentos etc.
Às vezes, a grande exigência requerida para um projecto é a resistência à compressão. Nesses casos, o
projectista deve especificar um material que possua boa resistência à compressão, que não se deforme
facilmente e que assegure 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 frágeis, como ferro fundido, madeira, pedra e concreto. É também recomendado para
produtos acabados, como molas e tubos.
Porém, não se costuma utilizar ensaios de compressão para os metais.
Estudando os assuntos desta aula, você ficará sabendo quais as razões que explicam o pouco uso dos
ensaios de compressão na área da mecânica, analisará as semelhanças entre o esforço de compressão e
o esforço de tracção, já estudado nas aulas anteriores, e ficará a par dos procedimentos para a realização
do ensaio de compressão.

O que a compressão e a tracção têm em comum

De modo geral, podemos dizer que a compressão é um esforço axial, que tende a
provocar um encurtamento do corpo submetido a este esforço.
Nos ensaios de compressão, os corpos de prova são submetidos a uma força axial
para dentro, distribuída de modo uniforme em toda a secção transversal do corpo
de prova.

Do mesmo modo que o ensaio de tracção, o ensaio de compressão pode ser

executado na máquina universal de ensaios, com a adaptação de duas placas lisas - uma fixa e outra
móvel. É entre elas que o corpo de prova é apoiado e mantido firme durante a compressão.
As relações que valem para a tracção valem também
para a compressão. Isso significa que um corpo
submetido a compressão também sofre uma
deformação elástica e a seguir uma deformação
plástica.
Na fase de deformação elástica, o corpo volta ao
tamanho original quando se retira a carga de
compressão.
Na fase de deformação plástica, o corpo retém uma
deformação residual depois de ser descarregado.

Nos ensaios de compressão, a lei de Hooke também

vale para a fase elástica da deformação, e é possível
determinar o módulo de elasticidade para diferentes
materiais.
Na compressão, as fórmulas para cálculo da tensão,
da deformação e do módulo de elasticidade são
semelhantes às que já foram demonstradas em aulas
anteriores para a tensão de tracção.

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Exemplo de cálculo: Um corpo de prova de aço com diâmetro d = 20 mm e comprimento L = 60 mm será

submetido a um ensaio de compressão. Se for aplicada uma força F de 100.000 N, qual a tensão absorvida
pelo corpo de prova (T) e qual a deformação do mesmo (e)? O módulo de elasticidade do aço (E) é igual a
210.000 MPa.
Em primeiro lugar, você deve calcular a área da secção do corpo de prova aplicando a fórmula:

Conhecendo a área da secção, é possível calcular a tensão de compressão aplicando a fórmula:

Para calcular a deformação sofrida pelo corpo de prova aplicando a fórmula,

precisamos do comprimento inicial (60 mm) e do comprimento final, que ainda não conhecemos.
Mas sabemos que o módulo de elasticidade deste aço é de 210.000 MPa.
Então podemos calcular a deformação isolando esta variável na fórmula do módulo de elasticidade:

Para obter a deformação em valor percentual, basta multiplicar o resultado anterior por 100, ou seja:
0,0015165 * 100 = 0,15165%.
Isso significa que o corpo sofrerá uma deformação de 0,15165% em seu comprimento, ou seja, de 0,09099
mm. Como se trata de um ensaio de compressão, esta variação será no sentido do encurtamento.
Portanto, o comprimento final do corpo de prova será de 59,909 mm.

Limitações do ensaio de compressão

O ensaio de compressão não é muito utilizado para os metais em razão das dificuldades para medir as
propriedades avaliadas neste tipo de ensaio.
Os valores numéricos são de difícil verificação, podendo levar a erros.
Um problema que sempre ocorre no ensaio de compressão é o atrito entre o corpo de prova e as placas da
máquina de ensaio.
A deformação lateral do corpo de prova é barrada pelo atrito entre as superfícies do corpo de prova e da
máquina. Para diminuir esse problema, é necessário revestir as faces superior e
inferior do corpo de prova com materiais de baixo atrito (parafina, teflon etc).
Outro problema é a possível ocorrência de flambagem, isto é, encurvamento do
corpo de prova. Isso decorre da instabilidade na compressão do metal dúctil.
Dependendo das formas de fixação do corpo de prova, há diversas
possibilidades de encurvamento, conforme mostra a figura ao lado.
A flambagem ocorre principalmente em corpos de prova com comprimento
maior em relação ao diâmetro. Por esse motivo, dependendo do grau de
ductilidade do material, é necessário limitar o comprimento dos corpos de prova, que devem ter de 3 a 8
vezes o valor de seu diâmetro. Em alguns materiais muito dúcteis esta relação pode chegar a 1:1 (um por
um).
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Outro cuidado a ser tomado para evitar a flambagem é o de garantir o perfeito paralelismo entre as placas
do equipamento utilizado no ensaio de compressão. Deve-se centrar o corpo de prova no equipamento de
teste, para garantir que o esforço de compressão se distribua uniformemente.

Ensaio de compressão em materiais dúcteis

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.
É por isso que o ensaio de compressão de materiais
dúcteis fornece apenas as propriedades mecânicas
referentes à zona elástica.
As propriedades mecânicas mais avaliadas por meio do ensaio são: limite de proporcionalidade, limite de
escoamento e módulo de elasticidade.

Equação básica da flambagem elástica

f/L = (1/2) √ (1 - K/F), onde K = π2 E J / L2

O factor K, que tem a dimensão de força, é denominado

força de flambagem de Euler. E podemos comparar em
relação à forca aplicada F:

• se F ≤ K, f/L é nulo ou imaginário, isto é, não há flambagem.

• se F > K, f/L é real, significando que a flambagem ocorre.

Portanto, K representa o limite para a flambagem elástica de uma barra comprimida.

Ensaio de corte ou cisalhamento

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
fenómeno damos o nome de corte.
Todo material apresenta certa resistência ao corte. 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.
Nesta aula você ficará conhecendo dois modos de calcular a tensão de corte: realizando o ensaio de corte
e utilizando o valor de resistência à tracção 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 corte

Ao estudar os ensaios de tracção e de compressão, você ficou sabendo que, nos
dois casos, a força aplicada sobre os corpos de prova actua ao longo do eixo
longitudinal do corpo.
No caso do corte, a força é aplicada ao corpo na direcção perpendicular ao seu
eixo longitudinal.
Esta força cortante, aplicada no plano da secção transversal (plano de tensão),
provoca o corte.
Como resposta ao esforço cortante, o material desenvolve em cada um dos pontos de sua secção
transversal uma reacção chamada resistência ao cisalhamento.

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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 corte

A forma do produto final afecta sua resistência ao cisalhamento. É por essa
razão que o ensaio de cisalhamento é mais frequentemente 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 tracção e de compressão, a
velocidade de aplicação da carga deve ser lenta, para não afectar 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 utiliza-se um dispositivo como o
que está representado simplificadamente na figura ao lado.

Tensão de cisalhamento
A tensão de cisalhamento será aqui identificada por TC. Para calcular a tensão de corte, usamos a fórmula:

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

O conhecimento da relação entre a tensão de cisalhamento e a tensão de tracção 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.
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:

Ainda não sabemos qual é o número de rebites necessários, por isso vamos chamá-lo de n. A tensão de
corte será então distribuída pela área de cada rebite, multiplicada pelo número de rebites (S ´ n).
Consequentemente, a fórmula para cálculo da tensão de cisalhamento sobre as chapas será expressa por:

Isolando o n, que é o factor que nos interessa descobrir, chegamos à fórmula para o cálculo
do número de rebites:

Exemplo em que a realização de sucessivos ensaios mostrou que existe uma relação constante entre a
tensão de cisalhamento e a tensão de tracção. Na prática, considera-se a tensão de cisalhamento (TC)
equivalente a 75% da tensão de tracção (T).
:as chapas suportarão uma força cortante (F) de 20.000 N
· o diâmetro (D) de cada rebite é de 4 mm
· a tensão de tracção (T) suportada por cada rebite é 650 MPa

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Apesar de não termos o valor da tensão de corte dos rebites, mas sabemos que ela equivale a 75% da
tensão de tracção, que é conhecida. Então, podemos calcular:
TC = 0,75 T Þ TC = 0,75 * 650 Þ TC = 487,5 MPa

Agora, basta transportar os valores conhecidos para a fórmula:

Como N/mm2 é igual a MPa, podemos retirar 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.

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 corte, normalmente são adaptados na máquina de ..................

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 corte no rebite?

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 tracção do material do rebite é de 650 MPa).

Algumas propriedades dos materiais

Resiliência é a propriedade de um corpo de devolver a energia armazenada devido a uma determinada

deformação.

Tenacidade é a capacidade do material de absorver energia devido à deformação até a ruptura. É uma
propriedade desejável para casos de peças sujeitas a choques e impactos, como engrenagens, correntes,
etc.

Outra propriedade bastante usada no estudo de materiais é a ductilidade. É também em geral uma
característica não definida numericamente. Quanto mais dúctil um material, maior a deformação de ruptura
(εr). Isto significa que um material dúctil pode ser, por exemplo, trefilado com mais facilidade. Alguns
autores consideram dúctil o material com deformação de ruptura acima de 0,05. O contrário da ductilidade
é a fragilidade.

Ensaio de fadiga
Fadiga é uma falha que pode ocorrer sob solicitações bastante inferiores ao limite de resistência do metal,
isto é, na região elástica. É consequência de esforços alternados, que produzem fendas, em geral na
superfície, devido à concentração de tensões.

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A fractura por fadiga é facilmente identificável. A área de ruptura C
tem um aspecto distinto da restante, que se forma gradualmente.
A fadiga é um processo progressivo mas a ruptura é brusca e,
assim, não é difícil imaginar o perigo que pode representar, uma
vez que cargas variáveis ocorrem em inúmeros casos.
Um ensaio de fadiga por flexão pode ser feito com um arranjo
conforme Figura
Um motor gira um corpo de prova C. Os rolamentos externos são
fixos em apoios e os internos recebem uma carga P, produzindo
um esforço de flexão alternado, devido à rotação do corpo de
prova.
Portanto, um ciclo completo de flexão alternada é aplicado a cada volta do eixo e o número de voltas é
registrado pelo contador A.
Quando o corpo se parte por fadiga, o contador deixa de ser
accionado e sua indicação é o número de ciclos que o corpo
suportou com a carga P.
Dadas as dimensões do corpo de prova, é possível calcular
a tensão de flexão em função de P. Assim, repetindo o
ensaio para diversos valores de P, é possível elaborar um
gráfico relacionando o número de ciclos até a ruptura com a
tensão de flexão
A curva de cima é típica de um aço-carbono 0,5% C
endurecido; a curva do meio, de uma liga de alumínio e a baixo, de um ferro fundido.

Factores que influenciam a resistência à fadiga

Uma superfície mal acabada contém irregularidades que, como se fossem um entalhe, aumentam a
concentração de tensões, resultando em tensões residuais que tendem a diminuir a resistência à fadiga.
Defeitos superficiais causados por polimento (queima superficial de carbono nos aços, recozimento
superficial, trincas etc.) também diminuem a resistência à fadiga.
Tratamentos superficiais (cromagem, niquelagem etc.) diminuem a resistência à fadiga, por introduzirem
grandes mudanças nas tensões residuais, além de conferirem porosidade ao metal. Por outro lado,
tratamentos superficiais endurecedores podem aumentar a resistência à fadiga.
O limite de fadiga depende da composição, da estrutura granular, das condições de conformação
mecânica, do tratamento térmico etc.
O tratamento térmico adequado aumenta não somente a resistência estática, como também o limite de
fadiga.
O encruamento dos aços dúcteis aumenta o limite de fadiga.
O meio ambiente também influencia consideravelmente o limite de fadiga, pois a acção corrosiva de um
meio químico acelera a velocidade de propagação da fenda.
A forma é um factor crítico, porque a resistência à fadiga é grandemente afectada por descontinuidades
nas peças, como cantos vivos, encontros de paredes, mudança brusca de secções.

A resistência à fadiga pode ser melhorada

Sempre que possível, deve-se evitar a concentração de tensões. Por exemplo, um rasgo de chaveta num
eixo é um elemento que concentra tensão e, consequentemente, diminui a resistência à fadiga.
Os projectos devem prever tensões contrárias favoráveis (opostas às tensões principais aplicadas), por
meio de processos mecânicos, térmicos ou similares.
Uma compensação deste tipo é encontrada em amortecedores de vibrações de motores a explosão.
Defeitos metalúrgicos como inclusões, poros, pontos moles etc. devem ser eliminados.
Deve-se seleccionar os materiais metálicos de acordo com o ciclo de tensões: para aplicações com baixas
tensões cíclicas, onde a deformação pode ser facilmente controlada, deve-se dar preferência a ligas de alta
ductilidade. Para aplicações com elevadas tensões cíclicas, envolvendo deformações cíclicas
predominantemente elásticas, deve-se preferir ligas de maior resistência mecânica.

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Microestruturas estáveis, isto é, que não sofrem alterações espontâneas ao longo do tempo, apresentam
maior resistência à fadiga.
De tudo que foi dito sobre fadiga nesta aula, você deve ter concluído que, no uso normal dos produtos, nós
os submetemos permanentemente a ensaios de fadiga, que só terminam quando o produto falha.
Porém, a indústria tem que se preocupar com a fadiga antes de lançar o produto no mercado, pois este
ensaio fornece informações que afectam directamente a segurança do consumidor.

Ensaio de impacto
A tenacidade de um material, avaliada a
partir do ensaio de tracção, pode dar uma
ideia da sua resistência ao impacto, mas a
relação pode não ser conclusiva. Este fato
se tornou relevante durante a segunda
guerra mundial, quando navios passaram a
usar chapas soldadas no lugar da
tradicional construção rebitada.

Sob impacto, fendas iniciadas em regiões

de solda podiam se propagar pelas chapas,
que não apresentavam perda de
tenacidade ou ductilidade em ensaios de tracção.
Foram desenvolvidos então ensaios específicos para impactos, considerando que a resistência aos
mesmos é grandemente afectada pela existência de trincas ou entalhes e pela velocidade de aplicação da
carga, condições que não podem ser facilmente implementadas em um ensaio comum de tracção. A
temperatura também exerce significativa influência.
O ensaio de impacto é simples conforme pode ser visto pelo esquema da figura anterior um corpo de prova
padronizado com um entalhe é rompido pela acção de um martelo em forma de pêndulo. O princípio de
operação pode ser analisado pela vista lateral (b) da mesma figura.
Supomos que o pêndulo seja levado até uma posição tal que o seu centro de gravidade fique a uma altura
h0 em relação a uma referência qualquer. Desprezando a resistência do ar e o atrito no pivot, uma vez
liberado e na ausência do corpo de prova, o pêndulo deverá atingir mesma altura do outro lado pelo
princípio da conservação da energia,
Se o corpo de prova é inserido e rompido pelo impacto do pêndulo, a energia absorvida nessa operação
faz o pêndulo atingir, no outro lado, uma altura máxima h1 menor que h0. Ou seja, a resistência ao impacto
do material é dada pelas diferenças entre as energias potenciais em h0 e em h1.
Na prática, o instrumento tem uma escala graduada, com indicador de valor máximo, para leitura directa da
diferença de energias.
Por ser energia, a resistência ao impacto deve ser dada em Joules (J) de acordo com o Sistema
Internacional.
Em equipamentos mais antigos, podem ser consideradas unidades como quilograma-força metro (kgf m)
ou libra-força pé (lbf ft). Há dois padrões comuns para o ensaio: Charpy e Izod. O primeiro é usual nos
Estados Unidos e o segundo, na Europa.
No ensaio Charpy, o corpo de prova tem um entalhe central e é apoiado em ambas as extremidades. O
impacto se dá no centro conforme Figura a.

O entalhe comum é tipo "V", mas há também padrão em forma de "U" ou fenda terminada em furo
(dimensões para V: comprimento 55 mm, secção 10 x 10 mm, entalhe a 45º profundidade 2 mm). Há
padrões especiais (sem entalhe) para materiais como ferro fundido.
No padrão Izod, o corpo é engastado em um lado e recebe o impacto na outra extremidade conforme
Figura b.
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