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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