PATOLOGIA E INSPECÇÃO ESTRUTURA METÁLICA

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1 PATOLOGIA E INSPECÇÃO DE CONSTRUÇÕES EM ESTRUTURA METÁLICA 1/305 CAPÍTULO 3 TÉCNICAS 2/305 1

2 Sub-capítulos: 3.1 Introdução 3.3 Conclusões do capítulo 3/ Introdução 4/305 2

3 3.1 Introdução Durante a inspecção através de observação visual das anomalias, deverão ser caracterizados os mecanismos físicos e químicos que estão na sua origem e estabelecidas relações causa-efeito. Para além do conhecimento aprofundado dos materiais, do seu comportamento e das técnicas de construção, devem ser seguidas metodologias rigorosas de observação, registo, análise dos defeitos, com a eventual realização de ensaios (in-situ ou laboratoriais). Os ensaios expeditos permitem verificar certas características do material e confirmar a sua aptidão. Indicam a necessidade de análises complementares em laboratório. 5/305 6/305 3

4 a) Ensaios de tracção: A aplicação de uma força num corpo sólido promove uma deformação do material na direcção do esforço. O ensaio consiste em submeter um material a um esforço que tende a esticá-lo. Procedimento: O provete é fixo numa máquina de ensaio que aplica esforços crescentes na sua direcção axial; Barra submetida a esforço de tracção 7/305 a) Ensaios de tracção: Procedimento (cont.): São medidas as deformações correspondentes com um extensómetro; os esforços ou cargas são medidos pela própria máquina de ensaio e o provete é levado até à sua rotura. Parte útil: Região onde são feitas as medidas das propriedades mecânicas do metal. Cabeça: Parte destinada à fixação na máquina de ensaio. Provetes para ensaio de tracção 8/305 4

5 a) Ensaios de tracção: Verifica-se que: as deformações são uniformemente distribuídas, pelo menos até ser atingida a carga máxima no final do ensaio; a tensão tem a dimensão da força por unidade de área. O ensaio permite: medir satisfatoriamente a resistência do material; traçar a curva tensão-deformação do metal. Gráfico tensão-deformação de um metal ou liga metálica 9/305 b) Ensaio à rotura frágil: O ensaio de impacto é o ensaio mais usado para o estudo da rotura frágil nos metais. Características: ensaio dinâmico usado para materiais utilizados em baixas temperaturas; mede a tendência de um metal se comportar de uma maneira frágil; 10/305 5

6 b) Ensaio à rotura frágil: Procedimento: o provete é provido de um entalhe para localizar a sua rotura e produzir um estado triaxial de tensões, quando é submetido a uma flexão por impacto, produzida por um martelo pendular; a energia que o provete absorve, para se deformar e romper, é medida pela diferença entre a altura atingida pelo martelo antes e após o impacto, multiplicada pelo peso do martelo; quanto menor for a energia absorvida, mais frágil será o material. 11/305 b) Ensaio à rotura frágil: Técnica de ensaio - Charpy e Izod o provete tipo Charpy é apoiado na máquina de ensaio; o martelo é montado na extremidade de um pêndulo e ajustado num ponto; depois de romper o provete, o martelo sobe até a uma altura que é inversamente proporcional à energia absorvida para deformar e romper o provete; quanto menor for a altura atingida pelo martelo, mais energia o provete terá absorvido; a ductilidade do material também pode ser avaliada neste ensaio, através da percentagem de contracção do entalhe. 12/305 6

7 b) Ensaio à rotura frágil: Técnica de ensaio - Charpy e Izod a) Máquina Charpy b) Máquina Izod c) Máquina de impacto com tracção 13/305 c) Ensaio de dureza por penetração: i) Dureza Brinell consiste em comprimir lentamente uma esfera de aço, sobre uma superfície plana, polida de um metal durante determinado período de tempo; a compressão provoca um impressão permanente no metal, que é medida; a dureza Brinell é definida em N/mm 2. 14/305 7

8 c) Ensaio de dureza por penetração: Sequência de medição da dureza Rockwell ii) Dureza Rockwell ensaio mais rápido e livre de erros pessoais; o ensaio é baseado na profundidade de penetração de uma ponta, subtraída da recuperação elástica devida à retirada de uma carga maior e da profundidade causada pela aplicação de uma carga menor; depois de aplicada e retirada a carga maior, a profundidade da impressão é directamente dada no mostrador da máquina. Mostrador da máquina Rockwell 15/305 d) Ensaio de dureza por choque: Ensaio dinâmico que produz a impressão num provete, através de um penetrador que bate na sua superfície plana; o choque pode ser produzido por meio de um pêndulo ou por queda livre de um êmbolo, tendo na ponta o penetrador; a altura de ressalto mede a perda de energia cinética do peso, absorvida pelo provete (dureza Shore). 16/305 8

9 e) Ensaio de flexão: Descrição geral: fornece uma indicação qualitativa da ductlidade do material; não determina nenhum valor numérico, havendo no entanto variantes que permitem obter valores de certas propriedades mecânicas do material; consiste em dobrar um provete rectilíneo e de secção circular, rectangular ou quadrada com auxílio de um cutelo; Esquema de ensaio de flexão 17/305 e) Ensaio de flexão: Descrição geral (cont.): o cutelo aplica um esforço de flexão no centro do provete até que seja atingido um ângulo de dobragem (90, 120 ou 180º); atingido o ângulo, examina-se a olho nu a zona traccionada do corpo, que não deve conter fissuras; a velocidade do ensaio não é um factor importante na flexão. 18/305 9

10 f) Ensaio de torção: Descrição geral: geralmente não é usado para especificações de materiais; é sempre recomendado para peças que na prática vão sofrer esforços de torção como molas em espiral, barras de torção, etc.; a máquina de torção possui uma cabeça giratória que prende uma extremidade do provete; nessa extremidade, é aplicado o momento de torção; 19/305 f) Ensaio de torção: Descrição geral (cont.): o momento é transmitido pelo provete que está preso, pela outra extremidade, à outra cabeça da máquina, ligada a um pêndulo, cujo desvio é proporcional ao momento que é acusado na máquina; quanto maior for o peso colocado no pêndulo, maior será o momento de torção. Tipos de fractura de torção a) Material dúctil b) Material frágil c) Rotura por flambagem 20/305 10

11 g) Ensaio de compressão: Descrição geral: Não é frequente o emprego do ensaio de compressão em metais porque a determinação das propriedades mecânicas é dificultada: 1. pela existência de atrito entre o provete e as placas da máquina; 2. pela possibilidade de flambagem; 3. pela dificuldade de medida dos valores do ensaio; 4. por outros factores que provocam a incidência de erros. 21/305 g) Ensaio de compressão: As condições de ensaio variam muito conforme o metal seja dúctil ou frágil. Compressão em metais dúcteis: como no ensaio de tracção, podem-se determinar as propriedades referentes à zona elástica, onde é seguida a lei de Hooke. na fase plástica, pelo aumento da secção transversal, a curva real de compressão fica abaixo da curva convencional. AISI AISI AÇO Tracção (kgf/mm 2 ) 46, ,1 Compressão (kgf/mm 2 ) 49,7 59,5 88,9 22/305 11

12 g) Ensaio de compressão: Compressão em metais frágeis: a fase elástica é muito pequena; o limite de resistência à compressão é calculado pela carga máxima dividida pela secção original do corpo de prova; o ensaio pode ser efectuado numa peça acabada, obtendo-se assim apenas a carga de rotura. Ensaio de compressão a) Metal dúctil: deformação sem rotura; b) Metal frágil: rotura sem deformação lateral. 23/305 h) Ensaio de fadiga: Quando são aplicados esforços dinâmicos, repetidos ou flutuantes a um material metálico, este pode romper com uma carga inferior à carga máxima atingida na tracção ou na compressão. Existem três tipos de ciclo de tensão, possíveis para o ensaio de fadiga: 1. tensão reversa; 2. tensão repetida (campo de tracção); 3. tensão repetida (campos de tracção e compressão). Limite de fadiga: valor limite da tensão, abaixo da qual o material pode suportar um número infinito de ciclos de tensões regulares sem romper. 24/305 12

13 h) Ensaio de fadiga: Ciclos regulares de tensões Superfície de fractura de fadiga de uma ponta de eixo de um veículo automóvel 25/305 Conheça vários ensaios de fadiga 26/305 13

14 Máquina de ensaios de fadiga de flexão plana Máquina de ensaios de fadiga de flexão rotativa Máquina de ensaios de fadiga servo-hidráulica tracção-compressão com capacidade até ±250 kn 27/305 i) Ensaio de fluência: Fluência: deformação plástica que ocorre num material sob tensão constante em função do tempo. o esforço aplicado influi nos resultados da experiência: quanto maior for a tensão aplicada, maior será a velocidade de deformação que o metal sofrerá, a uma dada temperatura; não são ensaios de rotina devido ao longo tempo necessário para a sua realização. 28/305 14

15 i) Ensaio de fluência: Existem três tipos de ensaios: ensaio de fluência - mantêm-se constantes a carga (ou a tensão) e a temperatura e mede-se a deformação ao longo do tempo; ensaio de rotura por fluência - o ensaio é levado até à rotura do material e mede-se o tempo de rotura; ensaio de relaxação - é o inverso do primeiro: mantêm-se a temperatura e uma certa deformação constantes e mede-se a queda da tensão inicialmente aplicada para a obtenção da deformação com o decorrer do tempo. 29/ Conclusões do capítulo 30/305 15

16 3.3 Conclusões do capítulo Ensaios: determinação das propriedades mecânicas de um material metálico; são geralmente destrutivos (promovem a rotura ou a inutilização do material); podem servir para comparação de materiais distintos. Provetes: melhor maneira para se determinar as propriedades mecânicas de um metal; podem ter a sua parte útil com secção circular ou rectangular, dependendo da forma e do tamanho do produto acabado do qual foram retirados. 31/305 BIBLIOGRAFIA 32/305 16

17 BIBLIOGRAFIA Publicações por ordem cronológica decrescente :.(2004), Diagnóstico, Patologia e Reabilitação de Construção em Estruturas Metálicas, folhas de apoio ao Curso de Mestrado em Ciências da Construção, FCTUC, Coimbra PACHECO, Mafalda (2004), Patologias em Revestimentos de Pisos Metálicos, Monografia do 5º ano da Licenciatura de Arquitectura, cadeira Reabilitação de Construções, IST GOMES, Helena (2004), Técnicas de Inspecção e Avaliação - Construções Metálicas, Monografia do 5º ano da Licenciatura de Arquitectura, IST FONTINHA, Rute e SALTA Manuela (2003), Comportamento de Componentes Metálicos em Edifícios, 2º Simpósio Internacional sobre Patologia, Durabilidade e Reabilitação dos Edifícios, LNEC, Lisboa EGEA, J. Jurado (2002), Hierro Sublimado, Tectonica, nº 9, acero (I), 3ª edição, pp. 18 a 25 33/305 BIBLIOGRAFIA Publicações por ordem cronológica decrescente RAMOS, A. Carolina (2002), Corrosão Atmosférica do Bronze, 3as Jornadas da Revista Corrosão e Protecção de Materiais, INETI, Lisboa PANOSSIAN, Zehbour (2002), Novos Revestimentos Metálicos na Luta Anticorrosiva - Mecanismos de Actuação e Aplicações, 3as Jornadas da Revista Corrosão e Protecção de Materiais, INETI, Lisboa VALENTE, Artur e LOBO, Victor (2001), Corrosão - Fundamentos, Prevenção e Efluentes, Cenertec, Porto VÁRIOS (2000), REPAR Encontro Nacional sobre Conservação e Reabilitação de Estruturas, Editor / Comissão Organizadora: S. Pompeu Santos, Mary Mun e Paulo Silveira, LNEC, Lisboa ALMEIDA, M. Elisabete (2000), Sector de Tratamentos de Superfície e Revestimentos. Uma Panorâmica Geral - Parte 1, Ingenium, 2ª Série, nº 45, pp /305 17

18 BIBLIOGRAFIA Publicações por ordem cronológica decrescente VÁRIOS (1998), JPEE 98 - Jornadas Portuguesas de Engenharia de Estruturas, Editor/Comissão Organizadora: S. Pompeu Santos e Manuel Pipa, LNEC, Lisboa ALMEIDA, M. Elisabete e FERREIRA, Mário (1997), Corrosão Atmosférica - Mapas de Portugal, INETI LE MONITEUR (1993), Construire en Acier - Structures, Enveloppes, Assemblages et Composants, Le moniteur - Collection Techniques de Conception CATARINO, M. Alice (1992), Efeito de Temperatura e da Concentração de Cloretos na Iniciação da Corrosão, Tese de Mestrado em Engenharia de Materiais, IST Vários (1990), Illustrated Case Histories of Marine Corrosion, Institute of Metals, Londres 35/305 BIBLIOGRAFIA Publicações por ordem cronológica decrescente CRAIG, Bruce D. (1989), Handbook of Corrosion Data, ASM International, Ohio, E.U.A. INETI (1987), Metals handbook, Ninth Edition, Vol Corrosion, vol. 20, nº 2 HENDRICK, T. W. (1967), A Corrosão e os Processos Anticorrosivos, Instituto Nacional de Investigação Industrial, Lisboa CERVER, F. A., La arquitectura de los rascacielos SOUSA, S. A., Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos Fundamentos teóricos e práticos; 5ªedição; DAVIS, C., High Tech Architecture MACAULAY, D. Building Big SALVADORI, M. Why Buildings Stand Up 36/305 18

19 BIBLIOGRAFIA Alguns Links: An Introduction to Metallic Materials Corrosão em Estruturas Metálicas The Corrosion Journal for the Online Community _Burleigh_5.htm Introdução, dimensionamento e patologias ABRACO - Associação Brasileira de Corrosão 37/305 BIBLIOGRAFIA Alguns Links (cont.) Facilities, Planning and Construction (fotos de obra) Fotos sobre a segurança The Steel Construction Institute cmm - Associação Portuguesa de Construção Metálica e Mista Métodos de Controlo da Corrosão 38/305 19

20 BIBLIOGRAFIA Alguns Links (cont.) ATEG - Asociación Técnica Española de Galvanización Zn - Revestimentos de Zinco ARCELOR Group - Soluções metálicas JCSE - The Journal of Corrosion Science and Engineering 39/305 Trabalho realizado com o apoio do Programa Operacional Sociedade da Informação - POSI 40/305 20

21 EXAME FINAL EM FALTA 41/305 21