apostila to dos materiais no meio ambiente

8/8/2019 Apostila to Dos Materiais No Meio Ambiente

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TECNOLOGIA

NAVAL

2004 - 2005

Parte - I Tecnologia Naval e Comportamento dos

Materiais no Meio Ambiente


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1 Introduo ao estudo dos Materiais

1.1 Razes do Estudo dos Materiais na Engenharia Naval

A Engenharia Naval essencialmente um ramo de Engenharia onde a par dedeterminados conhecimentos e tcnicas especficas, se sintetizam outras, inerentesaos diversos ramos bsicos da Cincia e da Tecnologia. Como consequncia, osmateriais empregues so muito diversificados, compreendendo um grupo de materiaisde utilizao confinada a aplicaes em navios e outras plataformas ocenicas, a parde materiais de utilizao corrente.

O estudo aplicado dos materiais, englobando os requisitos de utilizao, os limites deaplicao e os critrios de seleco com nfase especial no seu comportamentomecnico e na sua resistncia deteriorao por corroso no ambiente martimo, justifica-se para qualquer das variantes da profisso de Engenheiro Naval, enquantotal. Deve tambm fazer-se o estudo dos materiais do ponto de vista da tecnologia defabrico, isto , relacionando os processos tecnolgicos de alterao de forma e dealterao de propriedade, correntes na construo naval e indstrias conexas, com osmateriais disponveis.Assim, enquanto o Projectista e o Engenheiro de Estaleiro necessitam de conhecer osmateriais correntemente usados e os que se encontram em desenvolvimento, para osespecificar e seleccionar, o Especialista em Estruturas necessita de compreender ocomportamento mecnico e caractersticas de fiabilidade dos diversos materiais, oConsultor Tcnico do Armador e o Perito necessitam de uma preparao especfica noque se refere inspeco estrutural, anlise de falhas e s solues de reparao.

1.2 Relao entre a concepo das Estruturas e a sua Segurana e osMateriais com as suas Caractersticas e o seu Comportamento

As Estruturas Navais so concebidas satisfazendo determinados requisitos funcionaisou operacionais. Utilizam-se critrios de dimensionamento correspondentes a modelosde comportamento tanto quanto possvel anlogos s estruturas reais. Estes critriosde dimensionamento so baseados no comportamento mecnico, previso dedeteriorao, e demais propriedades dos materiais a utilizar. As incertezas noscarregamentos e no valor das propriedades dos materiais obrigam utilizao defactores de segurana tendentes a obstar a falhas intempestivas.

O correcto conhecimento das caractersticas dos materiais a par do desenvolvimentodos mtodos de clculo, permitem uma maior eficincia e racionalidade na aplicaodesses materiais, bem como permitem o desenvolvimento e evoluo das estruturas e

vice-versa, isto , a necessidade de determinadas solues estruturais acelera odesenvolvimento das materiais.

Quanto maior for o desconhecimento dos materiais e do seu comportamento, maiorter de ser o factor de segurana, logo mais dispendiosa ser a estrutura.

O sistema APLICAO- ESTRUTURA compreende um ciclo integrado e dependentede aces e funes que esto esquematizados naFigura 1.


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Figura 1 Ciclo de estudo dos materiais e seu relacionamento com as estruturas, assolicitaes e o ambiente e a tecnologia de fabrico

MATERIAISCincia dos Materiais

Investigao eDesenvolvimentoPropriedades Normalizao

Produo - Disponibilidade

PROJECTOModelos de

comportamentoFactores de seguranaCalculo de fiabilidade

Procedimentos declculo

CINCIA ETECNOLOGIA

Teorias - Princpios

Novasteorias

Novos

Novos Modelos

Afinao dosfactores

FABRICOCONSTRUO

Tcnicas deProduo

Melhoria dastcnicas de fabrico

e de controlo

VIDA TIL

Comportamentoreal

Alterao dosmateriais

Investigao denovos materiais

Avaria

Deteriorao

Runa devido a:

Fadiga

ABANDONO

Fim da vida

RECICLAGEM

Reutilizaode Materiais

DESPERDCIO

Destruio


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A ESTRUTURA MARTIMA OPERA EM CONDIES HOSTIS

ISOLAMENTO FSICO

SOLICITAES ELEVADAS E ALEATRIAS

(VENTO- ONDULAO - GELO)

AMBIENTE CORROSIVO

Figura 2 Factores fundamentais para aplicao dos materiais em engenharianaval

1.3 Critrios de Seleco dos Materiais

No projecto, a escolha do material a adoptar para cada componente, rgo ouelemento essencial. Havendo disponveis mais de uma centena de milhar devariedades de materiais, como poder o projectista fazer uma escolha adequada? Oproblema extremamente complexo e s se resolve completamente dispondo de umficheiro e de um computador de relativamente grande capacidade que atravs de umprograma conveniente possa dar a resposta adequada perguntas que o projecto ponha.

OS MODELOS DECOMPORTAMENTO PREVMESTRUTURAS IDEAIS

COM MATERIAIS REAIS

AS ESTRUTURAS REAIS

SO CONSTRUDAS COM

MATERIAIS REAIS

O MATERIAL IDEAL :

CONTNUO

SEM DEFEITOS

HOMOGNEO

FORMA PERFEITA

ISOTRPICO

SEM TENSES INICIAIS

O MATERIAL REAL :

DESCONTNUO

COM DEFEITOS

NO HOMOGNEO

FORMA IMPERFEITA

ANISOTRPICO

COM TENSES INICIAIS

UMA DEFICIENTE ESCOLHA E APLICAO DE MATERIAIS A PAR DEUM PROJECTO INADEQUADO, UM FABRICO DE QUALIDADEINSUFICIENTE E UMA UTILIZAO DESCUIDADA PODE CONDUZIR AAVARIAS, FALTA DE CUMPRIMENTO DE MISSES E RUINA COMPERDAS MATERIAIS E HUMANAS


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No nosso objectivo tratar deste assunto em profundidade, mas apenas dar ideia dosaspectos essenciais e apresentar certos critrios simples de escolha. O projectista emregra no dispe dos meios poderosos atrs referidos, nem nos casos correntes issose torna necessrio, pois alm de ser demasiado caro poderia ser desproporcionadocom as exigncias e o custo do prprio projecto.

A escolha dos materiais tem de ser compatvel com o processo de fabrico pois nem

todos os materiais se adaptam a qualquer processo; por exemplo, h certos materiaisque no se prestam a ser laminados, como sejam o bronze e o ferro fundido; outrosno se prestam a ser soldados, colados ou forjados. Por isso a escolha dos materiaisdepende das aplicaes a que os rgos se destinam, das condies defuncionamento a que esto submetidos e das propriedades que se lhes exige; para queos materiais correspondam a essas exigncias devem aqueles possuir as propriedadesconvenientes conforme referiremos em seguida.

De um modo geral imperativo que o projectista, ao escolher o material, o especifiquecorrectamente, o que normalmente feito atravs de normas nacionais, estrangeirasou internacionais, ou na sua falta atravs de definio das caractersticas essenciais.

Os factores a ter em conta na escolha e seleco dos materiais a utilizar so variados.Citaremos os de maior relevncia:

a. Requisitos de utilizao e de desempenho

b. Aspectos econmicos - disponibilidade e custo

c. Existncia de Tecnologia - mo-de-obra e equipamento de fabrico

d. Propriedades dos materiais

A variedade de aplicaes em Engenharia Naval, desde a construo de super-petroleiros, construo de embarcaes de pesca para pases em desenvolvimento,passando por construes sofisticadas de navios de transporte de produtos qumicos,submarinos, aero barcos, etc., d uma ideia da diversidade de materiais a usar e danecessidade de especializao que o engenheiro naval deve possuir para atingirdesejveis nveis de qualificao tcnica.

Em seces subsequentes desenvolveremos os aspectos relacionados com osrequisitos de utilizao e com as propriedades dos materiais, abordando agoraaspectos mais genricos e com menor profundidade, no que se refere a disponibilidadede materiais mo-de-obra, custo e tecnologia de fabrico.

Para se considerar a utilizao dum material, preciso que ele exista no mercado sobforma comercialmente disponvel; sendo um factor que parece bvio, tem facetascomplexas que merecem ser analisadas. Com efeito, um material pode existir numadada poca, ou num dado pas e no estar disponvel noutra poca ou noutro pas. Asrazes so variadas: o material pode-se ter esgotado; a procura ser to grande que osprazos de entrega sejam exageradamente longos que se tornam incompatveis com osprazos impostos ao fabrico; a procura ser to reduzida e o seu fabrico ser econmicoem determinadas quantidades, conduzindo a produes sazonais tambmincompatveis com os prazos do projecto; razes econmicas, que obriguem os pasesa no importar determinados produtos em favor de outros de que eles prprios


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disponham ou de outros provenientes de origens de mais fcil acesso, como seja ocaso de certos produtos estratgicos; essas situaes agudizam-se normalmente emperodos de guerra ou em perodos em que a poltica e a economia limitam os tcnicosnas suas opes. O custo , a seguir disponibilidade, o factor de maior relevnciaentre os critrios de escolha; se atendermos que o custo das matrias primas e dosacessrios a incorporar num dado equipamento influi no seu preo final entre limitesmuito variados mas que poderemos situar de uma forma aproximada entre 25% e 75%

fcil de compreender a sua relevncia no projecto. Deve salientar-se que estes doisfactores que acabamos de referir variam extraordinariamente no tempo, pelo que oprojectista tem de dispor de um conjunto de informaes actualizadas para proceder auma escolha criteriosa; em funo das exigncias do projecto haver naturalmente queconhecer no s o custo por unidade de massa, como o custo por unidade de volume,ou qualquer outro custo unitrio.

A possibilidade de dispor ou no de mo-de-obra e tecnologia adequada stransformaes das matrias primas e ao fabrico das estruturas e demais elementos,deve ser seriamente considerada. Tambm neste caso o local de fabrico fundamentale deve ser tomado em conta. Tecnologias dominadas em pases industrializados, comomaquinagens, soldaduras e fundies de ligas metlicas e processamento de materiaiscompsitos podem no ser exequveis, sem investimentos massivos, nos pases emdesenvolvimento ou de menor nvel de industrializao.

A tecnologia de Construo Naval em materiais metlicos, primordialmente em ao esecundariamente em ligas de alumnio, requer a necessidade de efectuar cortesmecnicos e trmicos, de conformar chapas, perfis e tubos, com recurso a prensas,quinadeiras, calandras, etc., e de unir componentes metlicos por unies mecnicas esobretudo por soldaduras. A aplicao destas tcnicas reveste-se de diversos nveis dequalidade e dificuldade, relacionadas com o tipo de estrutura.

A tecnologia de construo em madeira, plsticos, materiais compsitos, etc., tambmvaria com o tipo de estrutura e respectiva aplicao.

1.4 Processo de escolha dos materiais

a. Anlise da aplicao dos materiais.

Esta anlise requer o estudo dos requisitos de desempenho incluindo aspectosfuncionais, atributos fsicos e condies de aplicao.

b. Correspondncia entre os requisitos de aplicao dos materiais e aspropriedades dos materiais.

Em alguns casos relativamente fcil fazer esta correspondncia; como exemploreferem-se aplicaes onde os materiais esto sujeitos a esforos unidireccionais quepodem ser comparados com a resistncia traco (ou compresso).

Na maioria das situaes as condies de servio no tem uma correspondnciadirecta e simples, obrigando a clculos, simulaes ou ensaios de modelosmatemticos ou fsicos, tanto quanto possvel idnticos realidade.

c. Escolha dos materiais potencialmente utilizveis


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Quando as propriedades relevantes esto definidas procura-se em seguida o materialou materiais que melhor satisfazem essas propriedades.

Embora a busca pudesse abranger todo o universo de materiais, um mnimo deconhecimento e realismo elimina algumas classes de materiais, reduzindo a escolha auma quantidade reduzida de materiais com efectivas potencialidades de satisfazer opretendido.

Em situaes convencionais vulgar partir de materiais conhecidos para a aplicao eanalisar comparativamente outros materiais potencialmente utilizveis.

Em situaes onde se fazem aplicaes especiais, de elevadas exigncias ou ondeno existe experincia adequada, haver que fazer uma procura sistemtica oueventualmente desenvolver materiais especificamente para a aplicao em estudo.

d. Avaliao dos materiais potencialmente adequados

Na fase de avaliao os materiais potencialmente aplicveis so sujeitos a umaponderao das respectivas aptides - disponibilidade, propriedades, aptido para ofabrico, custo, etc., correspondendo a escolha seleco do que melhor satisfaz oobjectivo.

e. Objectivao do processo de escolha

Para responder necessidade de tornar a escolha objectiva adoptam-se mtodosquantitativos, de entre os quais se menciona o seguinte:

Identificam-se as caractersticas essenciais que o material deve possuir face aplicao.

Identificam-se as propriedades e outros factores que o material deve satisfazer.

Relativamente s primeiras verifica-se se o material considerado as satisfaz ou no(S/N); relativamente s segundas, as diversas propriedades e outros factores sograduadas numa escala (por exemplo de 1 a 5, de 1 a 4, de 1 a 3, etc.) que reflectir omrito relativo das propriedades para a aplicao. Para cada material e cadapropriedade, depois atribuda a graduao na escala considerada.

Como exemplos para componentes mecnicos podemos referir as seguintescaractersticas essenciais: resistncia corroso, soldabilidade, aptido para abrazagem. Como propriedades a graduar, numa escala convencionada podem-sereferir: resistncia traco, tenacidade, rigidez, estabilidade dimensional, resistncia fadiga, resistncia traco aps soldadura e tenses trmicas. Referiremos ainda ofactor custo que obviamente importante.

Se definirmos o mrito relativo da propriedade ou factor por Mi e por Gi a graduaona respectiva escala, teremos que a aptido do material K ser medida pelo valor

=

i

ik Mi

Gi MiQ


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Outros processos quantitativos de escolha podem ser utilizados, alguns pondo emmaior evidncia o custo final do produto: o que, se for considerado um nvelpredeterminado de qualidade ou de satisfao funcional, pode ser uma adequadamedida de mrito.

Termina-se com uma palavra de precauo relativamente ao estabelecimento dosmritos relativos das propriedades exigidas pela aplicao.

1.5 Introduo s Propriedades dos Materiais

Os materiais apresentam determinadas caractersticas e comportamentos que osdefinem, identificam e distinguem dos outros. So as suas propriedades.

De uma forma mais precisa, poderemos dizer que a propriedade se traduz na relaoentre as condies de servio ou aplicaes a que o material se sujeita, em termos deabsoro de energia, e a sua resposta sob a forma de libertao de energia ou demudana de estado.

Esta caracterizao funcional da propriedade pode ser representada em diagrama,

como se indica na figura 4.1.

ENERGIADENVELDEALTERAOESTADODEMUDANA

ESPROPRIEDAD

RADIAO PTICA

ELECTRICA QUMICA

TRMICAMECNICA

EXTERNAACO

Figura 3 Relao das propriedades dos materiais com a absoro de energiae respectiva resposta em termos de absoro ou dissipao de energia ou demudana de estado

As variaes de energia podem ser qualitativas ou quantitativas, consoante setraduzem na transformao do tipo de energia ou na variao do seu nvel. No primeirocaso, teremos como exemplo a converso de energia elctrica aplicada a um corpo,em energia calorfica; no segundo caso, poderemos apresentar como exemplo a quedade tenso entre dois pontos de um corpo onde foi aplicada uma corrente elctrica.

As mudanas de estado podem ser "internas" como por exemplo a variao nacomposio qumica e na estrutura cristalina, ou fsicas como a variao de tamanho,deformao, ruptura, deteriorao, etc.

Das diversas formas de agrupamento das propriedades, podemos distinguir asseguintes:

- Propriedades fsicas- Propriedades qumicas- Propriedades mecnicas

Das propriedades fsicas , que dependem da estrutura dos materiais e fornecemindicaes sobre o seu comportamento quando sujeitos aco dos campos de foras


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fsicas, como o campo gravitacional, os campos elctricos e magnticos e as variaestrmicas, referem-se como exemplo as seguintes:

- Propriedades acsticas- Densidade (massa volmica)- Resistncia ao calor

- Condutibilidade trmica- Dilatao trmica- Rigidez dielctrica- Condutibilidade elctrica- Cor, etc.

Das propriedades qumicas , que dependem da composio qumicas, e que doindicaes sobre o comportamento destes elementos quando sujeitos aco deagentes qumicos, pode-se citar a resistncia corroso electroqumica e a resistncia oxidao a temperaturas elevadas.

Aspropriedades mecnicas indicam como se espera que o material se comporte e quala sua resistncia quando sujeito a diversas solicitaes ou combinao desolicitaes de natureza mecnica. Estas propriedades, nalguns casos, sodeterminadas por mtodos normalizados, designados genericamente por ensaiosmecnicos, estabelecidos por Associaes que se dedicam ao estudo dos materiais,por Institutos de Normalizao, etc. Noutros casos, a sua determinao apenas denatureza qualitativa.

Citam-se em seguida algumas propriedades mecnicas:

Homogeneidade: caracteriza-se pela manuteno das mesmas propriedades emtodo o corpo.

Elasticidade: capacidade de um corpo se deformar quando sujeito a uma solicitao,retornando sua forma e tamanho iniciais, quando essa solicitao cessar.

Isotropia: propriedade de um material que mostra as mesmas propriedades elsticasem todas as direces.

Plasticidade: propriedade de um material se deformar quando sujeito a uma solicitaoexterna de um certo valor, continuando a deformar-se sem aparente aumento nasolicitao, no retomando forma e tamanho iniciais quando a solicitao cessar.

Ductilidade: propriedade que permite que o material se deforme plasticamente emtraco sem que ocorra fractura; permite que o material se reduza a fios muitopequenos.

Maleabilidade: propriedade dos materiais que permite que estes sofram grandesdeformaes plsticas, pela aco de foras externas violentas que actuam emcompresso, sem sofrerem rotura.

Dureza: capacidade do material resistir penetrao ou de resistir a ser riscado poroutros.


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Resistncia Fadiga: capacidade de os materiais resistirem sem se desagregarem aplicao de esforos variveis em sentido e intensidade.

Tenacidade: capacidade que os materiais tm de resistir a foras sem sedesagregarem; uma propriedade geral e que mede a capacidade de absoro deenergia do material, at rotura, por aco de esforos normais e (ou) tangenciais.

Resilincia: propriedade que reflecte a capacidade de absoro de energia no domnioelstico.

Resistncia traco: capacidade dos materiais de resistirem a esforos de traco,sem se fracturarem.

Como se disse anteriormente, algumas destas propriedades, podem ser objecto demedio, atravs da definio de parmetros cujos valores caractersticos so obtidosem ensaios como os ensaios de traco, dureza, fadiga, dobragem, resistncia,fluncia, desgaste, tenacidade fractura, etc. Esta apreciao quantitativa deelevado interesse e constituir a individualizao do material do ponto de vista dassuas propriedades mecnicas.

Noutras formas de classificao poderemos encontrar outras propriedades importantes,como o caso das propriedades relacionadas com o fabrico (propriedadestecnolgicas), estando neste caso as seguintes:

- aptido para a fuso (fundio) - a fluidez do material uma caractersticaimportante em peas vazadas e em soldadura.

- aptido para o forjamento, para a estampagem e embutissagem corrente ouprofunda.

- soldabilidade (aptido para permitir a juno de peas temperatura defuso).

- maquinabilidade, por corte ou arranque de apara.- aptido para tratamentos trmicos, mecnicos e termoqumicos.- aptido para tratamentos superficiais, etc.

Durante o estudo dos ensaios mecnicos sero aprofundado alguns aspectosrelacionados com as propriedades mecnicas mais importantes e a forma de as avaliar.

1.6 Os Requisitos de Utilizao e Desempenho em Engenharia Naval

A engenharia de construo naval, ou de uma forma mais geral engenharia ocenica,abrange um vasto conjunto de estruturas e equipamentos. Numa perspectiva evolutiva,

verificamos que a construo de navios foi objecto de grande mudana h 100 anos,quando o ao foi introduzido substituindo o ferro e a madeira como materiaisestruturais.

Anos passados, novo desenvolvimento significativo ocorreu quando as qualidades dosmateriais produzidos e o desenvolvimento da tecnologia da soldadura permitiram aexecuo de navios, totalmente soldados, sem o risco de ocorrerem roturas frgeisgraas ao desenvolvimento dos conceitos da tenacidade fractura.


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Nos ltimos trinta anos, muitos novos projectos de navios, satisfazendo avanadosconceitos de transporte e de explorao ocenica, que levaram introduo de naviosespecializados como porta contentores, transportadores de gs liquefeito, navios deefeito de superfcie, estruturas ocenicas mveis e fixas, etc., introduziram anecessidade de obter materiais com caractersticas adequadas. Por isso, e entreoutros, foram introduzidos em construo naval materiais para servios a baixatemperatura e materiais com uma elevada taxa de resistncia/peso; as estruturas

complexas usadas como plataformas ocenicas, requerem uma cuidadosa anlise daspropriedades dos materiais quando as solicitaes de traco so aplicadasperpendicularmente s superfcies das placas; a construo de navios de grande portee razes de economia estimularam o uso de processos de fabrico automtico; oconceito simples de tenacidade fractura, que responde aos problemas de fracturafrgil em aos ordinrios, requerem desenvolvimentos extensivos antes de poder seraplicado a novos materiais e estruturas; os aspectos de fadiga e corroso so objectode maior anlise e estudo. Acompanhando todas estas mudanas ocorridas nasltimas dcadas, houve uma maior procura de garantia da qualidade e da utilizao deensaios no destrutivos.

Os sistemas de propulso evoluram desde a navegao vela (onde o aparelho motorera essencialmente velas fabricadas de matrias txteis) passando por robustasinstalaes trmicas com caldeiras e mquinas alternativas a vapor, at s actuaisinstalaes altamente eficientes, com elevados nveis de controle automtico e umagrande diversidade de materiais especiais (metlicos e no metlicos).

Os equipamentos de prestao de servios e os requisitos de habitabilidadeintroduziram todo um conjunto de materiais de construo mecnica, de materiais derevestimento e isolamento e outros, que h 30 ou 40 anos eram desconhecidos ouconsiderados desnecessrios.

Para poder compreender e utilizar os materiais disponveis e as tecnologias do seuprocessamento, o engenheiro naval, projectista ou no, deve ter conhecimentos deMetalurgia, Tecnologia de Soldadura, Ensaios No Destrutivos e da Cincia dosMateriais em geral. O conhecimento dos princpios bsicos relacionados com estescampos do conhecimento permitem projectos muito mais fiveis e eficientes, quer noaspecto estrutural, quer no aspecto de aprestamento, atravs de uma adequadaseleco de materiais, tcnicas de juno e de maquinagem e atravs da correctaespecificao dos requisitos de segurana e de garantia de qualidade.

Das consideraes de natureza geral, que foram feitas, extraem-se alguns aspectosdeterminantes na utilizao e desempenho em engenharia naval:

- Ambiente martimo altamente agressivo; essa agressividade revela-se pelonvel e aleatoriedade das solicitaes mecnicas (estticas e dinmicas) erevela-se pela deteriorao dos materiais por corroso electroqumica.

- O isolamento e auto-suficincia dos navios e outras plataformas ocenicas;neste aspecto, a robustez e a fiabilidade estrutural, a par da resistncia aofogo e da toxidade dos fumos libertados pelos materiais so determinantesna seleco dos materiais a usar.


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1.7 Classificao do materiais, em Engenharia Naval, quanto aplicao.

Sem prejuzo de processos mais objectivos de classificao das aplicaes demateriais em navios, poderemos encontrar 3 grupos bem distintos pelas exigncias daspropriedades dos materiais a usar:

- materiais estruturais

- materiais para sistemas martimos- materiais para isolamento e revestimentos

Para os primeiros considera-se principalmente a utilizao de aos, ligas de alumnio,PRFV e madeira; relativamente aos segundos grande o leque de materiais aconsiderar, no entanto, os que maior importncia apresenta presentemente so as ligasde cobre, os aos ligados, sobretudo os aos inoxidveis e os materiais especficospara aplicaes elctricas; quanto aos ltimos, merecem realce os no metlicos, quea par de caractersticas especficas de isolamento trmico, acstico ou antivibratriodevem ter resistncia ao fogo adequada.


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2 PROPRIEDADES MECNICAS E ENSAIOS

2.1 ENSAIOS DE TRACO

2.1.1 Introduo

As propriedades correntemente referidas para clculos de projecto e para aceitao domaterial so quantitativamente determinadas pelos ensaios de traco. Osprocedimentos e os provetes utilizados nestes ensaios variam entre os diferentesprodutos e so estabelecidos por diversos Institutos, Associaes, Sociedades deClassificao, etc.

2.1.2 Limite proporcional e limite elstico

Quando um esforo de traco aplicado a um provete, produz uma deformaolongitudinal proporcional ao esforo e mensurvel entre dois pontos de referncia. Ovalor mximo da tenso de traco correspondente referida proporcionalidade,

designado por limite proporcional e tenso correspondente chama-se tenso limite deproporcionalidade. No caso dos aos de construo naval esta tenso est muitoprxima do limite elstico que a mxima tenso de traco em que no existe umadeformao permanente aps o alvio da tenso aplicada. A constante deproporcionalidade entre a tenso aplicada e a deformao, designa-se por mdulo deelasticidade.

2.1.3 Ponto de cedncia

Quando, durante um ensaio de traco, se atinge um ponto em que ocorre deformaosem aumento de tenso, este ponto corresponde ao ponto de cedncia e a tensorespectiva a tenso de cedncia.

2.1.4 Tenso de prova (tenso convencional)

Nalguns materiais no possvel definir de forma precisa o ponto de cedncia e necessrio referir uma tenso correspondente a um determinada valor de deformaopermanente (normalmente 0,2% ou tambm 0,5%). Esta tenso designa-se por tensode prova a x% ou tenso limite convencional de elasticidade.

2.1.5 Tenso de rotura

Aps o inicio da cedncia, medida que a tenso de traco aumenta, o material

deforma-se, no entanto no existe uma relao de proporcionalidade entre a tensoaplicada e a deformao; verifica-se igualmente quando o material deixa de estarsujeito ao esforo de traco, que ficou com uma deformao permanente.

Esta aplicao de tenso de traco quando h deformao permanente correspondeao domnio plstico.Para o mesmo incremento de tenso, medida que esta aumenta,o incremento de deformao maior, at que ocorre a rotura do material, separando-seem duas partes; a tenso mais elevada decorrente do ensaio de traco designa-se portenso de rotura.


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2.1.6 Extenso aps rotura

Quando ocorre a rotura, no decurso do ensaio de traco verifica-se que se no provetese marcou um comprimento de referncial o , o comprimento de referncia (juntando asduas partes do provete) passou a ter um comprimento maiorl u relacionado com aaludida deformao plstica. O quociente( ) oou lll corresponde extenso apsrotura.

2.1.7 Coeficiente de estrico

Aps a rotura do provete sujeito ao ensaio de traco constata-se que houve umareduo de seco na zona de rotura (ou de estrco). Se a rea da seco for Ao e afinal Au , define-se como coeficiente de estrico o quociente( ) ouo A A A .

2.1.8 Ensaio de traco; sumrio de procedimentos

(1) Normas genricas:Metais - NP 105Plsticos - NP 1198

(2) Objectivos:

Medir:- Resistncia traco (tenso de rotura - r)- Limite de elasticidade (tenso de cedncia -c; tenso limite convencional

de elasticidade - o2, o5; tenso limite convencional de proporcionalidade p)- Alongamento (extenso aps rotura -r)- Estrico (coeficiente de estrico - Z)- Rigidez (mdulo de elasticidade - E)

Avaliar:- Ductilidade ou fragilidade- Plasticidade- Elasticidade- Tenacidade ( de forma indirecta)

Os resultados dos ensaios so aleatrios porque o material:

devia ser: no entanto:

isento de defeitos tem defeitos

homogneo heterogneo

isotrpico anisotrpico

sem tenses iniciais tem tenses internas

de forma perfeita de forma imperfeita

Os resultados dos ensaios so apresentados com um valor mdio, com umdeterminado desvio padro.


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(3) Mdulo de Elasticidade ou de Young

Tangente recta e na zona elstica na maioria dos metais; secante entre 0 e e ou r em ferros fundidos e alguns no metais.

(4) Rotura

Deformao Dctil FrgilModo cristalogrfico Corte Clivagem

Aparncia Fibrosa Granular

Brilho Bao Brilhante

(5) Dimenses de referncia do provete

Lo - comprimento de referencia inicial

Lu - comprimento de referencia final (na rotura)rea inicial da seco til do provete Ao

rea na rotura da seco til do provete Au

AoKL = K = 5.65 (segundo ISO)

LoLoLu

r

= extenso aps rotura

100 x Ao

Au AoZ

= % coeficiente de estrico

(6) Unidades de medida adoptadas SI

Foras N KN

Tenses Pa (1MPa 1N/mm2)

(7) Velocidade Mxima do ensaio (segundo a NP 105)


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Zona elstica (entre 5Kg/mm2 e o limite de elasticidade) incremento de tenso inferior a1Kg/mm/s

Zona plstica: alongamento (extenso) inferior a 25%/minuto, medido na zona entre ostraos de referncia.

(8) Factores que afectam os resultados do ensaio

- Temperatura- Velocidade do ensaio- Dimenso do provete e sua preciso- Acabamento do provete- Preciso do ensaio- Orientao do material do provete relativamente laminagem- Excentricidade de aplicao da carga- Colheita de provetes

(9) Como escolher o ensaio- Seleco do tipo do provete de acordo com a geometria do material (chapa,

perfil, etc.)- Seleco das dimenses do provete em funo da mquina disponvel e da

sua capacidade de carga e de resistncia traco que se espera que omaterial tenha.

- Execuo do ensaioNota: Usam-se normalmente mquinas universais

(10) Diagramas convencional/racionalVer i. Ensaio de traco - complementos

(11) Normas

- Metais- Madeira- Plsticos

(12) Mdulo de resilincia

Capacidade de absoro de energia no domnio elstico(13) Mdulo de tenacidade

Capacidade de absoro de energia sem que ocorra a rotura


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i. Ensaio de traco complementos

Diferena entre a tenso convencional ou nominal e a tenso real ou racional.

SF

v = Pressuposto: volume constanteoLL

=

oconv S

F= LSSL oo = LSLS oo=

o

o

ooov L

LLSF

SLFL +

== ( )+= 1convv (a)

Para alongamentos instantneos considera-se: dL/L

a deformao total

+=

+ +

==oLL

1noL

LoL nLoL

oLL

dLv

( )+= 1nv (b)

As relaes (a) e (b) permitem passar do diagrama convencional ao diagrama racional(tenses nominais a tenses reais)

Na figura temos: ( ) =+==ooo

convv SF

SF

SF MN 1

( )+== 1nNP v

O traado das curvas racionais permite separar doisfenmenos que se confundem no ensaio clssico:

- aumento de resistncia traco

- enfraquecimento devido diminuio de seco

vv , valores reais

conv, conv valores nominais (so os valoresnormalmente considerados nos ensaios de traco, onde se assume que a secotransversal se mantm constante).

j. Ensaio alternativo ao de traco

Nos materiais frgeis, particularmente cermicos e alguns compsitos o ensaio detraco normal difcil de executar porque os resultados so falseados devido a falhassuperficiais.

Um processo alternativo de avaliar a resistncia traco o ensaio de flexo quemede a resistncia flexo (ou o mdulo de rotura).


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hFL

flexo

=

Na tabela que se segue verifica-se que osmateriais frgeis tm uma clara vantagemna resistncia compresso porque nessecaso as falhas superficiais tm tendncia afechar.Os materiais frgeis so geralmente usados tirando-se partido da resistncia compresso que relativamente elevada, se comparada com a resistncia traco

Tenso de Tenso de Tenso de

rotura rotura rotura

traco compresso flexo

Poliester + 50% fibra vidro 160 220 300

Poliester + 50% tecido

de fibra de vidro 255 190 320

Al2 O3 210 259 345

Si C 170 690 255

Torna-se evidente que os resultados dos ensaios tm de ser comparados entre si, isto, a avaliao dos materiais feita comparando propriedades resultando de ensaiosiguais

2.2 Ensaio de compresso

Tal como no ensaio de traco, neste, o provete devidamente dimensionado epreparado submetido a um carregamento uniaxial, de valor crescente, aplicado at rotura.

Este ensaio tem aplicao para determinar as caractersticas de resistncia compresso de alguns materiais cujas aplicaes exigem o conhecimento dessaspropriedades; entre esses materiais figuram a madeira e o beto.

Convm referir que o dimensionamento dos componentesestruturais esbeltos (comprimento muito superior s dimensestransversais da seco) sujeitos a esforos de compresso no determinado pelas propriedades dos materiais compresso, massim pelos mecanismos de instabilidade conhecidos pelos termosde "encurvadura", enfunamento" ou "varejamento".

Do ponto de vista tcnico a execuo dos ensaios de compresso bastante mais complexa e exige mquinas de maior capacidade,relativamente aos ensaios de traco. Referimos algumas dessaslimitaes e dificuldades


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Para evitar o efeito de varejamento adoptar dimenses tais que 5.1h

apostila to dos materiais no meio ambiente

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