( PDF ) Comportamento estrutural de elementos em aço inoxidável

Download PDF

ads:

Universidade do Estado do Rio de Janeiro

Centro de Tecnologia e Ciências

Faculdade de Engenharia

João de Jesus dos Santos

Comportamento Estrutural de Elementos em Aço Inoxidável

Rio de Janeiro

2008

ads:

Livros Grátis

http://www.livrosgratis.com.br

Milhares de livros grátis para download.

João de Jesus dos Santos

Comportamento Estrutural de Elementos em Aço Inoxidável

Dissertação apresentada como requisito

parcial para obtenção do título de Mestre

em Engenharia Civil, ao PGECIV -

Programa de Pós-Graduação em

Engenharia Civil, da Universidade do

Estado do Rio de Janeiro - UERJ. Área de

concentração: Estruturas.

Orientador: Pedro Colmar Gonçalves da Silva Vellasco

Co-orientador (es): Luciano Rodrigues Ornelas de Lima

Sebastião Arthur Lopes de Andrade

Rio de Janeiro

2008

ads:

CATALOGAÇÃO NA FONTE

UERJ / REDE SIRIUS / BIBLIOTECA CTC

SOLICITAR NA BIBLIOTECA

Autorizo, apenas para fins acadêmicos e científicos, a reprodução total ou parcial

desta tese.

Assinatura Data

João de Jesus dos Santos

Comportamento Estrutural de Elementos em Aço Inoxidável

Dissertação apresentada, como requisito

para obtenção do título de Mestre em

Engenharia Civil, ao PGECIV - Programa

de Pós-Graduação em Engenharia Civil

da Universidade do Estado do Rio de

Janeiro – UERJ. Área de concentração:

Estruturas.

Aprovado em: __________________________________________

Banca Examinadora: _____________________________________

_______________________________________________________

Prof. Pedro C. G. da S. Vellasco, PhD – Presidente/Orientador

Departamento de Estruturas e Fundações – UERJ

_______________________________________________________

Prof. Luciano Rodrigues Ornelas de Lima, DSc – Co-Orientador

Departamento de Estruturas e Fundações – UERJ

_______________________________________________________

Prof. Sebastião A. L. de Andrade, PhD - Co-Orientador

Departamento de Estruturas e Fundações – UERJ

_______________________________________________________

Prof. José Guilherme Santos da Silva, DSc

Departamento de Engenharia Mecânica – UERJ

_______________________________________________________

Prof. Eduardo de Miranda Batista, PhD

COPPE – UFRJ

Rio de Janeiro

2008

DEDICATÓRIA

A Deus, por ter iluminado meu caminho ao longo de todos estes

anos, e a minha família, pelo carinho, paciência e incentivo ao meu

trabalho.

AGRADECIMENTOS

Em primeiro de tudo, gostaria de agradecer aos meus orientadores, Prof. Doutor

Pedro Vellasco, Prof. Doutor Luciano Lima e Prof. Doutor Sebastião Andrade por

toda a ajuda, orientação e amizade fortalecida durante a realização deste trabalho.

Aos Laboratoristas Euclides (Vavá) e José do Laboratório de Materiais da PUC, pela

ajuda e orientação sempre oportuna.

Ao Eng. Antonio Inácio por ter ajudado na realização de toda a parte experimental

da dissertação no Laboratório de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da

Universidade do Estado do Rio de Janeiro.

Aos Professores Doutores Vitor Oguri e Marcia Begalli pelo incentivo e indicação

para o Mestrado.

Aos meus amigos de trabalho pela paciência com os meus estudos.

A ACESITA e USIMINAS pelo fornecimento do material para realização dos ensaios

experimentais desenvolvidos neste trabalho.

A METALFENAS pelo empréstimo dos equipamentos para execução dos corpos-de-

prova e dos espécimes utilizados nos ensaios das ligações aparafusadas.

Ao Professor Doutor Biondi que soube reconhecer a minha potencialidade e pela

grande amizade que estará comigo para sempre.

Aos meus colegas de mestrado que compartilharam comigo os estudos e a amizade.

A UERJ, porque sem ela não poderia ter realizado este sonho de conquista.

“Criar o que não existe

ainda deve ser a pretensão

de todo sujeito que está vivo”

Paulo Freire

RESUMO

Santos, João de Jesus dos; Vellasco, Pedro Colmar Gonçalves da Silva

(Orientador). Comportamento Estrutural de Elementos em Aço Inoxidável. Rio de

Janeiro, 2008. 184p. Dissertação de Mestrado – Programa de Pós-Graduação em

Engenharia Civil, Universidade do Estado do Rio de Janeiro.

Tradicionalmente, o projeto de ligações aparafusadas em estruturas de aço

inoxidável é calculado através de normas específicas, que tem como analogias

assumidas o cálculo utilizado para aço carbono (EUROCODE 3, 2003), porém as

características físicas e o comportamento estrutural entre os dois tipos de aço são

totalmente diferentes. Foram utilizados neste trabalho o aço inoxidável austenítico

S304, e o aço carbono USI 300, ambos com tensão limite de escoamento em torno

de 300 MPa, porém apresentam valores de tensão na ruptura final diferentes, sendo

a tensão última do aço inoxidável superior a aço carbono. Esta dissertação

apresenta ligações aparafusada alternadas rígidas, onde não ocorre nenhuma

rotação entre os membros conectados, devido a sua montagem simétrica,

transferindo nenhum momento fletor, somente força cortante e força normal, fazendo

uma análise mais segura no aspecto da variação das características geométricas (s-

p).

Observou-se apenas os modos de ruptura de uma ligação aparafusada rígida

e o comportamento específico de chapas constituídas de aço carbono e de aço

inoxidável, levantando a carga de escoamento da seção líquida e a carga última.

Os experimentos serão projetados de acordo com o EUROCODE 3, para

obtenção de caracterização precisa do seu comportamento.

O objetivo deste trabalho é descrever alguns resultados experimentais e

numéricos para entender o comportamento de uma ligação aparafusada em aço

inoxidável. Para se cumprir este objetivo, nove ensaios com placas dobradas foram

realizados produzindo resultados e gráficos que são apresentados para serem

usados na avaliação das propriedades da ligação: resistência à tração e rigidez

inicial.

Palavras-chave: Aço Inoxidável; Ligações Aparafusadas; Resistência a tração,

Análise Não-Linear

ABSTRACT

Santos, João de Jesus dos; Vellasco, Pedro Colmar Gonçalves da Silva (Advisor).

Structural behavior of Elements in Stainless steel. Rio de Janeiro, 2008. 184p.

MsC. Dissertation – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade

do Estado do Rio de Janeiro.

Traditionally, the design of bolt joint in stainless steel structures is calculated

by specific rules, which is assumed analogies used to calculate the carbon steel

(Eurocodes 3, 2003), but the physical and structural behavior between the two types

of steel are completely different. The austenitic S304 stainless steel and carbon steel

USI 300, used in this paper, shows the same values of yield strength of 300MPa but

present values of tension in the final rupture different, and the ultimate strength of

stainless steel is over than carbon steel. This thesis presents rigid bolt joint

connections staggered, which does not occur any rotation among the members

connected, due to its symmetrical assembly, transferring Flexion no time, only loaded

in shear or in tension, making a more secure aspect of the variation in geometric

features (s-p).

There was only the modes of rupture of a bolt joint connection rigid and

specific behavior of plates made of carbon steel and stainless steel, finding the yield

force and ultimate force.

The experiments are designed in accordance with the Eurocodes 3, to obtain

accurate characterization of his behavior.

This paper describes some numerical and experimental results to understand

the behavior of a stainless steel bolt staggered connection. To find this objective,

eight double tests were performed producing results and graphics that are shown to

be used in the evaluation of the connection properties: tensile strength and initial

stiffness.

Keywords: Steel; screw connections; resistance to traction, Non-Linear Analysis

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 – Stonecutters Bridge - China (www.nickelinstitute.org, 2008).................23

Figura 1.2 – Curva tensão versus deformação - aço carbono e aço inoxidável ........24

Figura 1.3 – Estudo de ligações - parafusos alternados (Cochrane, 1922)...............26

Figura 2.1 – Ligação em aço inoxidável ....................................................................29

Figura 2.2 – Estados limites últimos em chapa aparafusada ....................................30

Figura 2.3 – Definição dos parâmetros L e t..............................................................31

Figura 2.4 – Definição dos parâmetros e1, e2, s e p.................................................32

Figura 2.5 – Limitação de parâmetros geométricos (EUROCODE 3, 2003) .............32

Figura 2.6 – Limitação de parâmetros geométricos (EUROCODE 3, 2003) .............33

Figura 2.7 – Gráfico Tensão versus Deformação (Souza, 1974) ..............................38

Figura 2.8 – Comportamento do aço carbono e inoxidável .......................................39

Figura 2.9 – Curvas tensão versus deformação aço carbono e aço inoxidável ........40

Figura 2.10 – Ensaios de corpos-de-prova ...............................................................41

Figura 3.1 – Interação de parâmetros – Lxt – txd

- Lxp ...........................................43

Figura 3.2 – Interação de parâmetros – Lxd

– Lxs - txs............................................44

Figura 3.3 – Interação de parâmetros – d

xs – sxp - txp...........................................45

Figura 3.4 – Interação de parâmetros – d

xp ............................................................46

Figura 3.5 – Esquema de ligação..............................................................................49

Figura 3.6 – Esquema experimental..........................................................................49

Figura 3.7 – Curva tensão versus deformação (Dieter, 1981)...................................50

Figura 3.8 – Tensão versus deformação - metal ou liga metálica (Souza, 1974)......54

Figura 3.9 – Curva teórica - limite de escoamento superior e inferior (Souza, 1974) 56

Figura 3.10 – Tipos de curvas Tensão versus Deformação ......................................57

Figura 3.11 – Curva de Ramberg-Osgood (Ramberg, W., & Osgood, W. R., 1943). 59

Figura 3.12 – Corpo-de-prova (t=3 mm)....................................................................60

Figura 3.13 – Corpo-de-prova (t=15mm)...................................................................60

Figura 3.14 – Esquema de retirada dos corpos-de-prova e o sentido da laminação.61

Figura 3.15 – Curva tensão versus deformação do aço carbono..............................62

Figura 3.16 – Curva tensão versus deformação do aço inoxidável...........................63

Figura 3.17 – Evolução de tensões normais – placa sujeita a carregamento axial ...64

Figura 3.18 – Tensões limites do aço carbono..........................................................65

Figura 3.19 – Tensões limites do aço inoxidável.......................................................65

Figura 4.1 – Detalhe do parafuso ASTM A325 M12 cl. 8.8 (Lima, 2003) ..................69

Figura 4.2 – Caminhos de ruptura possíveis para a ligação em estudo....................69

Figura 4.3 – Esquema da ligação aparafusada alternada .........................................70

Figura 4.4 – Detalhe do extensômetro ......................................................................72

Figura 4.5 – Ponte de Wheatstone

..........................................................................72

Figura 4.6 – Célula de carga .....................................................................................73

Figura 4.7 – Localização dos extensômetros da célula de carga..............................73

Figura 4.8 – Esquema da montagem da célula de carga (PUC-DEC, 1993) ............74

Figura 4.9 – Histerese do sistema.............................................................................75

Figura 4.10 – Fenômeno da "fluência" ou creep

......................................................75

Figura 4.11 – Leitura da carga digital e analógica.....................................................76

Figura 4.12 – Posicionamento dos extensômetros - Ensaio E3_CARB_S50............77

Figura 4.13 – Cotas dos extensômetros em milímetros - Ensaio E3_CARB_S50.....77

Figura 4.14 – Localização do transdutor linear variável diferencial...........................79

Figura 4.15 – Detalhe de localização do LVDT na máquina de tração......................80

Figura 4.16 – Diferentes tipos de configuração de furação das placas.....................83

Figura 4.17 – Desenho geométrico do Ensaio E1_CARB_S50_a.............................84

Figura 4.18 – Ensaio E1_CARB_S50_a....................................................................84

Figura 4.19 – Ruptura do ensaio 1 - E1_CARB_S50_a ............................................85

Figura 4.20 – Gráfico carga versus deformação - E1_CARB_S50_a........................85

Figura 4.21 – Gráfico carga versus deslocamento - E1_CARB_S50_a ....................86

Figura 4.22 – Desenho geométrico do ensaio E2_CARB_S70_a .............................87

Figura 4.23 – Seqüência de ruina do ensaio E2_CARB_S70_a ...............................87

Figura 4.24 – Gráfico carga versus deformação - E2_CARB_S70_a........................88

Figura 4.25 – Gráfico carga versus deslocamento - E2_CARB_S70_a ....................88

Figura 4.26 – Desenho geométrico do ensaio E3_CARB_S50 .................................89

Figura 4.27 – Seqüência de ruptura do ensaio E3_CARB_S50................................90

Figura 4.28 – Gráfico carga versus deformação - E3_CARB_S50............................90

Figura 4.29 – Gráfico carga versus deslocamento - E3_CARB_S50 ........................91

Figura 4.30 – Desenho geométrico do ensaio E4_CARB_S30 .................................92

Figura 4.31 – Ruptura do ensaio E4_CARB_S30 .....................................................92

Figura 4.32 – Gráfico carga versus deformação - E4_CARB_S30............................93

Figura 4.33 – Gráfico carga versus deslocamento - E4_CARB_S30 ........................93

Figura 4.34 – Desenho geométrico do ensaio E5_INOX_S50 ..................................94

Figura 4.35 – Seqüência de ruptura do ensaio E5_INOX_S50 .................................95

Figura 4.36 – Corte apresentado no parafuso do ensaio E5_INOX_S50..................95

Figura 4.37 – Gráfico carga versus deformação - E5_INOX_S50.............................96

Figura 4.38 – Gráfico carga versus deslocamento - E5_INOX_S50 .........................96

Figura 4.39 – Desenho geométrico do ensaio E6_CARB_S30_P10.........................97

Figura 4.40 – Seqüência de ruptura do ensaio E6_CARB_S30_P10........................98

Figura 4.41 –Furos da placa base do ensaio E6_CARB_S30_P10 ..........................98

Figura 4.42 – Gráfico carga versus deformação - E6_CARB_S30_P10 ...................99

Figura 4.43 – Gráfico carga versus deslocamento - E6_CARB_S30_P10................99

Figura 4.44 – Desenho geométrico do ensaio E7_INOX_S30 ................................101

Figura 4.45 – Seqüência de ruptura do ensaio E7_INOX_S30 ...............................101

Figura 4.46 – Gráfico carga versus deformação - E7_INOX_S30...........................102

Figura 4.47 – Gráfico carga versus deslocamento - E7_INOX_S30 .......................102

Figura 4.48 – Desenho geométrico do ensaio E8_CARB_S50_P8.........................103

Figura 4.49 – Seqüência de ruptura do ensaio E8_CARB_S50_P8........................104

Figura 4.50 – Gráfico carga versus deformação - E8_CARB_S50_P8 ...................105

Figura 4.51 – Gráfico carga versus deslocamento - E8_CARB_S50_P8................105

Figura 4.52 – Desenho geométrico do ensaio E9_INOX_S23 ................................106

Figura 4.53 – Seqüência de ruptura do ensaio E9_INOX_S23 ...............................107

Figura 4.54 – Gráfico carga versus deformação - E9_INOX_S23...........................107

Figura 4.55 – Gráfico carga versus deslocamento - E9_INOX_S23 .......................108

Figura 5.1 – Análise comparativa - ensaios aço carbono e inoxidável ....................111

Figura 5.2 – Disposição dos extensômetros no ensaio E2_CARB_S70_a .............112

Figura 5.3 – Curvas carga versus deformação dos ensaios E1 e E2 (ext. 2 e 4)....113

Figura 5.4 – Curvas carga versus deslocamento dos ensaios E1 e E2 ..................114

Figura 5.5 – Curvas percentagem de carga por linha de parafuso versus carga total

aplicada - E1 e E2............................................................................................115

Figura 5.6 – Localização das seções nas chapas de ensaio ..................................116

Figura 5.7 – Configurações de furação ...................................................................117

Figura 5.8 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E1, E2, E3 e E4 (ext. 2) .118

Figura 5.9 – Curvas carga versus deslocamento - Ensaios E1, E2, E3 e E4..........119

Figura 5.10 – Curvas percentagem de carga por linha de parafuso versus carga total

aplicada - E1, E2, E3 e E4 ...............................................................................120

Figura 5.11 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E1, E3 e E8 (ext. 7)......121

Figura 5.12 – Curvas carga versus deslocamento - Ensaios E1, E3 e E8 ..............122

Figura 5.13 – Curvas percentagem de carga por linha de parafuso versus carga total

aplicada - E1, E3 e E8......................................................................................123

Figura 5.14 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E3, E4, E6 e E8 (ext. 4)124

Figura 5.15 – Curvas carga versus deslocamento - Ensaios E3, E4, E6 e E8........125

Figura 5.16 – Curvas percentagem de carga por linha de parafuso versus carga total

aplicada - E3, E4, E6 e E8 ...............................................................................126

Figura 5.17 – Curvas carga versus deslocamento - Ensaios E5, E7 e E9 ..............127

Figura 5.18 – Curvas carga versus deformação - Ensaio E5, E7 e E9 (ext. 4) .......128

Figura 5.19 – Curvas percentagem de carga por linha de parafuso versus carga total

aplicada - E5, E7 e E9......................................................................................129

Figura 5.20 – Curvas carga versus deslocamento - Ensaios E3, E4, E5, E7 e E9..130

Figura 5.21 – Modos de ruptura - Ensaios E3, E4, E5, E7 e E9..............................131

Figura 5.22 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E3, E4, E5, E7 e E9.....132

Figura 5.23 – Curvas percentagem de carga por linha de parafuso versus carga total

aplicada - E3, E4, E5, E7 e E9.........................................................................133

Figura 5.24 – Curvas carga versus deslocamento - Ensaios E5, E6, E7, E8 e E9..134

Figura 5.25 – Curvas carga versus deformação Ensaios E5, E6, E7, E8 e E9 .......135

Figura 5.26 – Modo de ruptura - Ensaios E5, E6, E7e E8.......................................135

Figura 5.27 – Modo de ruptura - Ensaio E9 ............................................................136

Figura 5.28 – Curvas percentagem de carga por linha de parafuso versus carga total

aplicada - E5, E6, E7, E8 e E9.........................................................................137

LISTA DE TABELAS

Tabela 3.1 – Valores da significância dos parâmetros e interações do aço carbono 47

Tabela 3.2 – Valores da significância dos parâmetros e interações - aço inoxidável47

Tabela 3.3 – Valores dos parâmetros s e p para o aço carbono...............................48

Tabela 3.4 – Valores dos parâmetros s e p para o aço inoxidável............................48

Tabela 3.5 – Tensões limites do aço carbono...........................................................62

Tabela 3.6 – Tensões limites do aço inoxidável........................................................63

Tabela 4.1 – A primeira seqüência de ensaios em aço carbono...............................71

Tabela 4.2 – Configuração dos ensaios experimentais.............................................82

Tabela 4.3 – Resumo dos ensaios experimentais...................................................109

Tabela 5.1 – Valores teóricos e experimentais dos ensaios E1 e E2......................114

Tabela 5.2 – Valores teóricos e experimentais dos ensaios E1, E2, E3 e E4 .........119

Tabela 5.3 – Valores teóricos e experimentais dos ensaios E1, E3 e E8 ...............122

Tabela 5.4 – Valores teóricos e experimentais dos ensaios E3, E4, E6 e E8 .........125

Tabela 5.5 – Valores teóricos e experimentais dos ensaios E5, E7 e E9 ...............129

Tabela 5.6 – Valores teóricos e experimentais dos ensaios E3, E4, E5, E7 e E9...133

Tabela 5.7 – Valores teóricos e experimentais dos ensaios E5, E6, E7, E8 e E9...136

Tabela 5.8 – Valores teóricos dos ensaios em aço carbono ...................................138

Tabela 5.9 – Valores teóricos dos ensaios em aço inoxidável ................................138

Tabela 5.10 – Diferença percentual de A

e A

net

- ensaios em aço carbono...138

Tabela 5.11 – Diferença percentual de A

e A

net

- ensaios em aço inoxidável 139

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ACESITA Fábrica de Aço - Inox do Brasil S/A

USIMINAS Usinas Siderúrgicas de Minas Gerais S/A

METALFENAS METALFENAS Industria da Construção Ltda.

PUC-Rio Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro

EUROCODE European Committee for Standardisation

ECCS European Convention for Constructional Steelwork

DEC Departamento de Engenharia Civil

FCTUC Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra

AISI American Iron and Steel Institute

ANSI Instituto Nacional Americano de Padronização

ASCE American Society of Civil Engineers

NZS Australian Standard

SEI Structural Engineering Institute

ITUC Instituto de Tecnologia da PUC

ASTM American Society for Testing and Materials

DIN Deutsches Institut für Normung

LISTA DE SÍMBOLOS

área total da seção transversal da chapa base

A área do parafuso

área bruta da seção transversal da chapa experimental

área instantânea da seção transversal do corpo-de-prova

net

área total líquida da seção transversal da chapa experimental

largura da chapa base

c constante relativa ao valor de p

d diâmetro do parafuso

diâmetro do furo

e deformação convencional

E módulo de elasticidade

distância paralela a direção da força da linha de parafuso até a borda

distância perpendicular a direção da força da linha de parafuso até a borda

distância perpendicular ao furo alongado do seu centro até a borda

distância paralela ao furo alongado do seu primeiro centro até a borda

força aplicada na chapa base

b.rd

resistência ao esmagamento

f freqüência

tensão última da placa experimental

tensão última do parafuso

ured

tensão última da placa inoxidável reduzida

v,rd

resistência ao cisalhamento por cada plano de corte

tensão limite de escoamento da placa experimental

g distância entre linhas de parafusos no sentido transversal ao da força

aplicada

k constante que depende do tipo de material

fator de redução para o aço inoxidável

fator de correção em função do posicionamento dos parafusos

fator de correção em função da escariação do parafuso

largura da chapa experimental

L largura da placa

comprimento inicial do corpo-de-prova

comprimento final do corpo-de-prova

índice não linear

n número de parafusos

número de placas

pl,rd

força última de projeto de escoamento da seção bruta

u,rd

força última de projeto de ruptura da seção líquida

t,rd

força normal de tração de projeto da ligação

p distancia entre linhas de parafusos no sentido perpendicular ao da força

aplicada

distância entre furos de mesma linha na direção paralela a força

distância entre furos de mesma linha na direção transversal a força

1,0

primeira distância entre furos de mesma linha na direção paralela a força

1,i

distâncias seguidas entre furos, mesma linha e direção da força

P força tração aplicada

r número de parafusos numa seção dividido pelo número total de parafusos

da ligação e o valor de u, dado por 2e

distância entre linhas de parafusos no sentido paralelo ao da força

aplicada

S Desvio padrão

t espessura da chapa experimental

espessura da chapa base

u constante usada no cálculo da ligação inoxidável, cujo valor é igual a 2e

w valor diminuído da área transversal de ligações aparafusadas alternadas

média das amostras

valor de uma amostra

constante que determina deformação além do escoamento

fator de correção em função da tenção última e posicionamento dos

parafusos

fator de correção em função do posicionamento dos parafusos

v

fator que depende da classe do aço



deformação



0,2

deformação a 0,2%



deformação a 0,1%



deformação a 1%



tensão



tensão elástica



0,2

tensão a 0,2%



tensão



coeficiente de resistência



coeficiente de resistência



coeficiente de resistência



média



coeficiente de variação

dM diferença das médias

SQ desvio padrão ao quadrado

GL grau de liberdade

QM variância



significância

SUMÁRIO

1 APRESENTAÇÃO..................................................................................................22

1.1 Introdução........................................................................................................22

1.2 Motivação ........................................................................................................25

1.2.1 Análise do parâmetro s

/4p .......................................................................25

1.3 Objetivos..........................................................................................................27

1.4 Escopo.............................................................................................................27

2 LIGAÇÕES APARAFUSADAS...............................................................................29

2.1 Identificação dos parâmetros da ligação aparafusada.....................................31

2.2 Dimensionamento de ligações aparafusadas segundo a norma EUROCODE 3

(EUROCODE 3, 2003)...........................................................................................33

2.2.1 Dimensionamento de Ligações com Aço Carbono....................................33

2.2.2 Dimensionamento de Ligações em Aço Inoxidável...................................36

2.2.3 Diferença entre o aço carbono e o aço inoxidável ....................................37

3 ANÁLISE e avaliação TEÓRICa das ligações aparafusadas .................................42

3.1 Introdução........................................................................................................42

3.2 Avaliação das interações entre os parâmetros analisados..............................42

3.3 Justificativas para a configuração da ligação...................................................48

3.4 Apresentação dos Ensaios de Tração .............................................................50

3.5 Determinação da tensão limite de escoamento ...............................................54

3.6 Corpos-de-prova das placas de aço carbono ..................................................60

3.7 Corpos-de-prova das placas de aço inoxidável ...............................................62

3.8 Critério de dimensionamento ...........................................................................63

3.9 Avaliação da ligação aparafusada para o aço carbono e aço inoxidável.........64

4 Descrição dos Ensaios Experimentais ...................................................................67

4.1 Introdução........................................................................................................67

4.2 Caracterização dos ensaios.............................................................................67

4.3 Definição dos parâmetros geométricos............................................................70

4.3.1 Preparação dos ensaios............................................................................71

4.3.2 Preparação do sistema de aplicação de carga .........................................71

4.3.3 Preparação da célula de carga para a medida e aferição das cargas

aplicadas............................................................................................................72

4.3.4 Instrumentação .........................................................................................77

4.3.5 Programação em Labview.........................................................................80

4.3.6 Sistema de aquisição de dados ................................................................81

4.3.7 Dificuldades na preparação dos ensaios...................................................81

4.4 Apresentação dos ensaios experimentais .......................................................82

4.4.1 Ensaio E1_CARB_S50_a..........................................................................83

4.4.2 Ensaio E2_CARB_S70_a..........................................................................86

4.4.3 Ensaio E3_CARB_S50..............................................................................89

4.4.4 Ensaio E4_CARB_S30..............................................................................91

4.4.5 Ensaio E5_INOX_S50...............................................................................94

4.4.6 Ensaio E6_CARB_S30_P10 .....................................................................97

4.4.7 Ensaio E7_INOX_S30.............................................................................100

4.4.8 Ensaio E8_CARB_S50_P8 .....................................................................103

4.4.9 Ensaio E9_INOX_S23.............................................................................106

4.4.10 Quadro resumo dos ensaios .................................................................108

5 Avaliação dos Resultados Experimentais ............................................................110

5.1 Introdução......................................................................................................110

5.2 Análise dos Ensaios com Aço Carbono.........................................................111

5.2.1 Comparação dos ensaios E1_CARB_S50_a com E2_CARB_S70_a.....112

5.2.2 Comparação dos ensaios E1_CARB_S50_a e E2_CARB_S70_a com

E3_CARB_S50 e E4_CARB_S30....................................................................116

5.2.3 Comparação dos ensaios E1_CARB_S50_a, E3_CARB_S50 e

E8_CARB_S50_P8 ..........................................................................................120

5.2.4 Comparação dos ensaios E3_CARB_S50, E4_CARB_S30,

E6_CARB_S30_P10 e E8_CARB_S50_P8 .....................................................123

5.3 Ligações com aço inoxidável .........................................................................126

5.3.1 Comparação dos ensaios E5_INOX_S50, E7_INOX_S30 e E9_INOX_S23

.........................................................................................................................127

5.4 Comparação dos resultados do aço carbono com o aço inoxidável ..............130

5.4.1 Comparação dos ensaios E5_INOX_S50, E7_INOX_S30 e E9_INOX_S23

com E3_CARB_S50 e E4_CARB_S30 ............................................................130

5.4.2 Comparação dos ensaios E5_INOX_S50, E7_INOX_S30 e E9_INOX_S23

com E6_CARB_S50_P10 e E8_CARB_S30_P8 .............................................134

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................................140

6.1 Introdução......................................................................................................140

6.2 Conclusões ....................................................................................................142

6.3 Trabalhos futuros...........................................................................................144

Anexo A - CURVAS DOS ENSAIOS.......................................................................148

A.1. ENSAIOS INDIVIDUAIS...............................................................................148

A.1.1. CURVAS CARGA AXIAL MEDIDA VERSUS DEFORMAÇÃO..............148

A.2. CURVAS COMPARATIVAS .........................................................................152

A.2.1. CURVAS CARGA VERSUS DEFORMAÇÃO........................................152

Anexo B - Apostila de programação em Labview....................................................169

1 APRESENTAÇÃO

1.1 Introdução

O aço inoxidável vem sendo utilizado em vários tipos de construções devido

as suas características de alta resistência à corrosão, durabilidade, resistência ao

fogo (Gardner L, 2006), facilidade de manutenção, aparência e estética, tendo o seu

uso nos membros estruturais de uma construção limitado pelo seu alto custo. Como

este custo está sendo reduzido devido entre outros motivos, as recentes

descobertas na África do Sul, onde foram construídas torres de transmissão em aço

inoxidável ferrítico da Linha 400, e instaladas na orla oceânica a 7 anos, não

apresentando nenhum grau de corrosão. Seu custo hoje é estimado no dobro do

custo do aço carbono (ACESITA - Fábrica de aço - Inox do Brasil S/A), corroborando

para que o estudo mais profundo do comportamento mecânico do aço inoxidável sob

os diversos aspectos seja cada vez mais relevante.

Considerando, também, a recente mudança na tendência do comportamento

social em relação à produção em massa e o abundante consumismo, e devido a

consciência ecológica e o desenvolvimento do que é natural, o conceito de

durabilidade e sustentabilidade na construção ganhou muito mais importância. Neste

contexto, o aço inoxidável é o material promissor para as construções que requeiram

esta característica, conforme pode ser observado na Ponte de Stonecutters,

localizada na cidade de Hong Kong na China (Figura 1.1 a), onde foram gastos 2000

toneladas de aço austenítico S322 em chapa de 20 a 30 mm de espessura e 2880

toneladas do aço austenítico S304 em barra de 50 mm de diâmetro, com previsão de

durabilidade, ou seja, de dispensa de manutenção, por um período de 120 anos. Na

Figura 1.1b observa-se a peça em aço inoxidável que envolve a estrutura de

concreto dando lhe mais rigidez e na Figura 1.1c pode se ver a mesma peça pelo

lado interno, mostrando as barras que garantirão a união com o concreto armado

que será jogado no seu interior.

b) c)

Figura 1.1 – Stonecutters Bridge - China (www.nickelinstitute.org, 2008)

O desenvolvimento dos processos construtivos e as novas tendências na

elaboração de projetos arquitetônicos têm trazido a necessidade por materiais que

combinam versatilidade com durabilidade. Novamente, o aço inoxidável apresenta-

se como um material promissor para as construções que requeiram estas

características, principalmente no que tange a alta resistência a corrosão evitando a

necessidade de manutenção em intervalos muito curtos.

O aço inoxidável é indicado, como elemento estrutural, em construções por

múltiplas razões. A sua característica de alta ductilidade permite que seja usado em

estruturas submetidas a carregamentos cíclicos, permitindo a dissipação da energia

deste tipo de carregamento, através da redistribuição do carregamento antes da

ruína da estrutura. Com uma redução do custo de manutenção em estruturas, e o

aumento da capacidade de absorção do impacto, através da dissipação de energia,

aumenta-se a confiabilidade da estrutura.

As normas de projeto de aço inoxidável atuais (Eurocode 3, part 1.4, 2003)

são em grande parte baseadas em analogias assumidas com o comportamento de

estruturas de aço carbono. Todavia, o aço inoxidável, quando submetido a esforços

axiais de tração e compressão, apresenta curvas tensão versus deformação não-

lineares sem patamar de escoamento, diferentemente das curvas apresentadas pelo

aço carbono, conforme Figura 1.2, mostrando assim, um comportamento global

diferente, e conseqüentemente, modificando o comportamento global das estruturas

que o utilizam.

Como o aço carbono, existe uma grande variedade de tipos de aço inoxidável

devido a variação da composição química e o tratamento térmico aplicado na sua

fabricação. Pode-se classificar em cinco principais grupos: Austenítico, Ferrítico,

Martensítico, Duplex e Precipiation Hardening (Euro Inox, 2006).

Neste trabalho será usado o aço inoxidável austenítico S304

, com uso mais

freqüente na construção. Este grupo de ligas de aço inoxidável contém níquel em

um intervalo 8-20%, com vários elementos adicionais para alcançar as desejadas

propriedades, tais como: dobramento, soldagem e de boa resistência à corrosão As

propriedades mecânicas podem ser aumentadas com a conformação à frio. As

soldas deste grupo devem ser realizadas com o método correto, mas o baixo teor de

carbono resulta em menos problemas do que os tipos Ferríticos e Martensíticos.

100

200

300

400

500

600

700

800

0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500

Deformação

Tensão (MPa)

aço inoxidável

aço carbono

Figura 1.2 – Curva tensão versus deformação - aço carbono e aço inoxidável

www.chasealloys.co.uk/steel/austenitic/, 2008

1.2 Motivação

As ligações estruturais desempenham um papel fundamental no

comportamento global das estruturas de aço. Buscando se entender o

comportamento real de uma ligação aparafusada constituída em aço inoxidável,

muitos trabalhos de pesquisa têm sido desenvolvidos (Burgan BA,2000), (Kouhi J,

2000), (Van Den Berg GJ, 2000), (Gardner L, 2004), (Graham Gedge, 2008) e (A.

Bouchaïr, 2008). A principal motivação destes trabalhos de pesquisa tem caráter

científico, com o objetivo de buscar a estrutura mais econômica resultante de um

projeto mais coerente das ligações, bem como a melhoria dos processos de

fabricação com respectiva redução dos custos de execução. Com o entendimento do

comportamento real das ligações aparafusadas constituídas de aço inoxidável,

torna-se possível o desenvolvimento de novas recomendações de projeto. Estes

fatos motivaram a presente investigação, que envolve o estudo de uma ligação

aparafusada mais econômica, ou seja, a ligação aparafusada com furos alternados

muito utilizada em estruturas metálicas.

1.2.1 Análise do parâmetro s

/4p

Um dos primeiros métodos teóricos que assumia o efeito de parafusos

alternados, considerava que os efeitos da resistência na seção transversal e na

sessão dos parafusos alternados eram iguais quando a máxima tensão era atingida

(Crochane, 1908).

Confirmado através de testes experimentais, este efeito de cisalhamento,

calculado através do método das tensões iguais, que considera outra regra em

comum, ou seja, uso da igualdade da resistência quando a seção transversal bruta e

a líquida de parafusos alternados são de mesma área, ou seja, método das áreas

iguais (C. R. Young, 1922).

No mesmo ano, verifica-se que a regra de tensões iguais dá excessivas

deduções de área de seção da peça e que testes feitos mostraram ser menos

correta que a regra de áreas iguais (Edward Godfrey, 1922).

Uma proposta generalizada é apresentada para ser usada com segurança,

simplificando as regras, através do método de deduções fracionadas (Cochrane,

1922). Uma simples fórmula (s

/4p) poderia ser escrita para ambos os casos. Para

chegar a esta fórmula, fez-se a seguinte consideração, conforme apresentado na

Figura 1.3. Quando o valor do parâmetro s (distância entre centro de furos na

direção da aplicação da força) for zero a dedução seria o próprio furo, conforme

fórmula





dsp 

. Já quando o parâmetro s cresce a dedução decresce muito

rapidamente podendo assim considerar a seguinte formula: w=d

-cs

, onde w é o

valor que deve ser retirado da área transversal.

Figura 1.3 – Estudo de ligações - parafusos alternados (Cochrane, 1922)

Esta mesma fórmula é usada em diversas normas de projeto para determinar

a dedução a ser feita quando se usam furos alternados na avaliação da área líquida.

Parece provável que esta regra tenha sido desenvolvida quando o aço usado

era de resistência moderada sendo este único tipo de aço estrutural que estava em

uso na maioria dos países. Não está claro até que ponto os efeitos do

endurecimento do aço e o valor da relação de tensão limite de escoamento para

resistência à tração podem ter sido já cobertos pela fórmula, pois seu caráter é

empírico. Porém, há poucos testes disponíveis na literatura para se conferir este

efeito.

O cálculo de uma ligação deste tipo constituída de aço inoxidável tem a

mesma forma que a do aço carbono, embora o comportamento mecânico dos dois

aços sejam inteiramente diferente, com curvas tensão

versus deformação totalmente

diferentes. Ressalta-se que o aço carbono tem patamar de escoamento e o aço

inoxidável não possui patamar de escoamento, e por outro lado a razão entre os





dsp 

valores da tensão limite de escoamento (f

) e a tensão limite de ruptura (f

) são muito

diferentes nos dois materiais.

1.3 Objetivos

Como objetivo principal, este trabalho busca analisar, através da realização

de vários ensaios experimentais, o comportamento estrutural de ligações

aparafusadas alternadas, em placas formadas a frio de aço inoxidável e aço

carbono, ambos com espessura de 3 mm. Esta investigação visa obter dados para

recomendações que melhor quantifiquem a resistência à ruptura da seção líquida de

ligações aparafusadas alternadas. Além de verificar a validade da utilização da

mesma formulação para o dimensionamento de uma ligação aparafusada em aço

carbono e a ligação similar em aço inoxidável, analisando a utilização do fator de

redução k

e a redução da tensão última (f

) na análise do esmagamento. A

realização destes ensaios fornece, também, informações fundamentais para a

calibração de modelos numéricos de elementos finitos, pois levam em consideração

as situações reais de execução das estruturas e as características específicas dos

materiais utilizados no país.

1.4 Escopo

O presente capítulo apresentou a motivação para o desenvolvimento deste

trabalho, um breve resumo do estado da arte para as ligações aparafusadas e

especificou os principais objetivos deste trabalho, além de apresentar uma breve

descrição do conteúdo de cada capítulo desta dissertação, conforme pode ser

observado a seguir.

No capítulo dois são apresentadas algumas considerações sobre ligações

aparafusadas e uma descrição detalhada do dimensionamento das ligações

segundo recomendações do Eurocode 3 (EUROCODE 3, 2003). Ainda neste mesmo

capítulo, são apresentados alguns dos principais trabalhos que avaliam a influência

do esforço axial nas ligações e, conseqüentemente, seu comportamento global.

No capítulo três são descritos os ensaios experimentais realizados no

Laboratório de Engenharia Civil da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. A

caracterização mecânica e geométrica das peças utilizadas nos ensaios também é

apresentada neste capítulo.

No capítulo quatro são apresentados os resultados experimentais obtidos

para as ligações aparafusadas através de tabelas e gráficos com as diversas

componentes presentes na ligação em estudo.

O capítulo cinco consiste da análise comparativa dos resultados

experimentais de ligações aparafusadas utilizando a mesma metodologia

mencionada acima.

Finalmente, no capítulo seis, são tecidas as considerações finais com as

principais conclusões obtidas além de algumas propostas para trabalhos futuros.

2 LIGAÇÕES APARAFUSADAS

As ligações são importantes elementos estruturais cuja função é transferir

carregamentos de um elemento para outro, e que, no caso de ser mal executada ou

calculada, pode levar ao colapso de uma estrutura, pois a ligação e o perfil são os

pontos críticos de uma obra em estrutura metálica. A Figura 2.1 apresenta um

exemplo típico de ligação aparafusada em aço inoxidável realizada no Aeroporto Sá

Carneiro, na cidade do Porto, em Portugal.

Figura 2.1 – Ligação em aço inoxidável

O sistema de ligação aparafusada, além de possibilitar a obtenção de

benefícios econômicos de execução, apresenta vantagens, como a de dispensa de

soldas no local de trabalho e escoramentos, redução do tempo de montagem e de

mão-de-obra especializada, redução considerável do consumo de energia elétrica,

etc. Estas foram as principais motivações para a avaliação de um sistema de ligação

aparafusada com parafusos alternados, fabricado com um material inovador como o

aço inoxidável cujo comportamento estrutural será discutido posteriormente.

As ligações aparafusadas, diferentemente das ligações soldadas, tendem a

diminuir a resistência à tração das seções, já que, para a instalação de parafusos,

torna-se necessário que se façam furos nos elementos a serem unidos, diminuindo a

seção transversal resistente destes elementos. Devido à existência destes furos,

várias formas ou modos de ruptura podem ocorrer. A Figura 2.2 ilustra, cinco

possíveis modos de ruptura cujo comportamento estrutural e será abordado mais

adiante.

Figura 2.2 – Estados limites últimos em chapa aparafusada

No caso (a) representado na Figura 2.2, ocorre uma ruptura da seção

transversal líquida da peça, ou seja, da seção que resulta da subtração da área de

furos daquela de sua seção bruta. Quanto mais furos estiverem presentes na seção

bruta da peça, menor será a sua seção líquida e, por conseguinte, sua resistência, o

que pode levar à ruptura. No caso (b), ocorre uma ruptura por rasgamento da peça

devido à presença do parafuso mais resistente, provocando tensões cisalhantes no

metal-base da peça. A ruptura só ocorre se, no metal-base, a distância disponível

resistente ao rasgamento for insuficiente. Mais a frente, serão mostrados os

parâmetros da ligação aparafusada e as suas limitações. No caso (c), ocorre uma

ruptura por esmagamento da peça, também devido à presença do parafuso. Este

www.chasqueweb.ufrgs.br

esmagamento ocorre devido às altas tensões de compressão que se processam na

superfície de contato do parafuso com o metal-base da chapa. No caso (d) ocorre a

ruptura do parafuso por cisalhamento, caracterizada quando um número insuficiente

de parafusos é adotado. Finalmente, no caso (e) ocorre a plastificação da seção

bruta devido à alta razão entre a tensão limite de escoamento e a tensão limite de

ruptura.

Este trabalho trata, especificamente, dos modos de falha onde ocorre a

ruptura da seção líquida (Figura 2.2a) em ligações aparafusadas de chapas

formadas a frio. Portanto, a seguir, serão apresentados os parâmetros que

governam os respectivos estados limites últimos da ligação e os respectivos limites

de geometria com as prescrições para o dimensionamento destas ligações

aparafusadas, presentes nas principais normas técnicas de estruturas de aço

vigentes em diversos países e continentes.

2.1 Identificação dos parâmetros da ligação aparafusada

Na Figura 2.3 são apresentados os parâmetros geométricos t e L onde

representam respectivamente, a espessura e a largura da chapa.

Figura 2.3 – Definição dos parâmetros L e t

www.chasqueweb.ufrgs.br

Na Figura 2.4 são apresentados os parâmetros geométricos s e p e as

distâncias à borda e

e e

Figura 2.4 – Definição dos parâmetros e1, e2, s e p

E na Figura 2.5 e na Figura 2.6 apresentam-se os limites dos parâmetros

geométricos utilizados pela Norma Européia EUROCODE 3 Part 1-8 (EUROCODE

3, 2003).

Figura 2.5 – Limitação de parâmetros geométricos (EUROCODE 3, 2003)

www.chasqueweb.ufrgs.br

Figura 2.6 – Limitação de parâmetros geométricos (EUROCODE 3, 2003)

2.2 Dimensionamento de ligações aparafusadas segundo a norma EUROCODE

3 (EUROCODE 3, 2003)

2.2.1 Dimensionamento de Ligações com Aço Carbono

A norma européia EUROCODE 3 Parte 1.1 (EUROCODE 3, 2003), para

dimensionamento de ligações aparafusadas em estruturas de aço constituídas de

aço carbono, apresentando similar consideração na norma brasileira NBR 8800,

estabelece, em seu item 7.2.3, os critérios de avaliação da menor resistência a

serem observados no cálculo de ligações aparafusadas submetidas à tração. Esses

critérios abrangem basicamente, dois estados limites últimos: o escoamento da

seção bruta e a ruptura da seção líquida da chapa base da ligação aparafusada,

dados, respectivamente, pelas equações (2.1) e (2.2). Deve se ressaltar que a

equação (2.3) deve sempre ser atendida:





rd,pl







(2.1)





unet

rd,u

fA9,0







(2.2)

0,1

rd,t

rd,u

 0,1

rd,t

rd,pl



(2.3)

onde:

t,rd

é a força normal de tração de projeto da ligação que deverá ser menor ou

igual às duas resistências: N

pl,rd

e N

u,rd

;

A é a menor área bruta da seção transversal da ligação;

net

é a sua área líquida, 0,9 é o coeficiente de redução da área líquida;

é a tensão limite de escoamento;

é a tensão limite de ruptura a tração da chapa;



e 

são coeficientes de resistência.

Neste trabalho, os coeficientes de resistência foram tomados igual a 1 para

dimensionar as ligações aparafusadas a serem utilizadas nos experimentos e,

assim, calibrar o real comportamento da ligação aparafusada em estudo.

O coeficiente 0,9 da equação (2.2) é obtido em função do tipo de barra (chapa

ou perfil) e do tipo de ligação (soldada ou aparafusada). Para chapas com ligações

aparafusadas, objeto deste trabalho, este coeficiente será mantido. A área líquida da

seção transversal é usualmente obtida com a seguinte expressão:

tdnAA

net







(2.4)

onde:

A é a área da seção bruta da peça tracionada;

n é quantidade de furos contidos na linha de ruptura da seção transversal;

d é o diâmetro do furo na direção perpendicular à solicitação;

t é a espessura da parte conectada em análise.

Para ligações aparafusadas com parafusos alternados, utiliza-se a fórmula

desenvolvida por Crochane (1922) e ainda presente no EUROCODE 3, Part 1.1,

item 6.2.2.2. (EUROCODE 3, 2005):































dntAA

net

(2.5)

onde:

s é a distância entre os centros dos furos na direção de aplicação da força;

p é a distância entre os centros dos furos na direção perpendicular da

aplicação da força, Figura 2.4.

A norma européia EUROCODE 3, Parte 1.8 (EUROCODE 3, 2005) para

dimensionamento de ligações aparafusadas em estruturas de aço, também

estabelece, os critérios de avaliação da menor resistência na região dos parafusos a

serem observados no cálculo de ligações aparafusadas submetidas à tração.

Neste trabalho, foram utilizados os seguintes critérios para avaliar a

resistência dos parafusos: resistência ao cisalhamento por cada plano de corte,

equação (2.6) e resistência ao esmagamento, equação (2.7).





upv

rd,v







(2.6)





ub1

rd,b

tdfk











(2.7)

onde, na equação (2.6):

é a tensão última do parafuso;

tem seu valor definido pelo tipo de parafuso e onde ocorre o plano de corte.

Na equação (2.7):

é o menor valor entre:













0,1

uub

Sendo que:

é analisado na direção da transferência da força:

sendo definido para os parafusos localizados na borda igual a e

/3d

;

e para os parafusos centrais igual a p

/3d

-1/4.

é analisado na direção perpendicular à transferência da força sendo

definido: para os parafusos da borda:

2,8e

-1,7 ou;

2,5.

e para os parafusos centrais:

1,4p

-1,7 ou;

2,5.

onde o menor valor é sempre adotado.

2.2.2 Dimensionamento de Ligações em Aço Inoxidável

Para o dimensionamento de ligações aparafusadas constituídas de aço

inoxidável, foi utilizada a norma européia EUROCODE 3, Parte 1.4 (EUROCODE 3,

2005), pois a norma brasileira NBR 8800 não apresenta o cálculo para estruturas em

aço inoxidável, a norma européia estabelece, em seu item 5.3.3, que a resistência à

tração deverá ser o menor valor entre a resistência plástica da seção bruta, N

pl,rd

e a

resistência última da seção líquida N

u,rd

obtidas através das equações (2.8) e (2.9),

respectivamente.





rd,pl







(2.8)





unetr

rd,u

fAk







(2.9)

onde

0,1)3,0

(r31k

















(2.10)

sendo que r é o número de parafusos numa seção dividido pelo número total de

parafusos da ligação e o valor de u, dado por 2e

,que é o dobro da distância entre o

centro do furo até a borda na direção perpendicular da transferência da carga,

porém menor ou igual a p

que é a distância entre os centros dos furos na direção

perpendicular da transferência da carga.

Embora a resistência ao esmagamento de uma ligação aparafusada em aço

inoxidável seja normalmente governada pela necessidade de limitar o alongamento

do furo quando solicitada por uma carga de trabalho, uma verificação em separado

deve ser feita para prevenir este efeito no seu estado limite último substituindo o f

por f

u,red

dado pela equação (2.11) a seguir.

uyred,u

f6,0f5,0f





(2.11)

Assim, são apresentadas as fórmulas necessárias para o cálculo da ligação

aparafusada alternada, tendo em vista que não foram utilizados parafusos

constituídos de aço inoxidável. Maiores detalhes sobre isto pode ser encontrado no

EUROCODE 3, Parte 1.4 (EUROCODE 3, 2005).

2.2.3 Diferença entre o aço carbono e o aço inoxidável

O comportamento da curva tensão

versus deformação do aço inoxidável

difere do aço carbono em alguns aspectos. A diferença mais importante é na forma

da curva tensão

versus deformação. Enquanto alguns tipos de aço carbono

mostram um comportamento linear elástico até o limite de escoamento e um

patamar antes do encruamento, o aço inoxidável tem uma resposta não linear com

um limite de escoamento não caracterizado, como mostrado na Figura 2.9.

Analisando-se o gráfico da Figura 2.7 que apresenta uma curva tensão

versus

deformação de um metal ou liga metálica observa-se o domínio elástico (0-A), onde

as deformações não são permanentes, ou seja, a cada tensão corresponde uma

deformação própria de cada aço. Neste domínio, cessando o esforço, o corpo-de-

prova retornaria, teoricamente, às dimensões iniciais.

Figura 2.7 – Gráfico Tensão versus Deformação (Souza, 1974)

No domínio plástico (B-C) verificam-se deformações permanentes. Uma vez

cessado o esforço, em qualquer momento deste domínio, o corpo-de-prova não

retorna às dimensões iniciais.

Na transição entre os dois domínios (A-B), existe um ponto A’ para o qual o

corpo-de-prova sofre deformação sem nenhum acréscimo de tensão. Diz-se que o

material atinge o escoamento neste ponto. Nos aços inoxidáveis, esta transição não

é tão visível e define-se a tensão limite de escoamento como o ponto na curva

determinado pela interseção de uma paralela à reta que define o domínio elástico (0-

A) a 0,2% de deformação permanente.

O ponto C determina o fim do ramo plástico e é definido como tensão limite de

resistência. A curva tensão-deformação é típica para cada aço como visto

anteriormente. A tensão limite de escoamento do aço carbono é ligeiramente mais

elevada do que do aço inoxidável (tipos 430 e 304). Porém, a tensão limite de

resistência dos aço inoxidável é superior a do aço carbono. Neste ponto ocorre uma

diferença básica, o ramo plástico B-C para o aço inoxidável é muito maior do que

para o aço carbono. Isto significa que eles suportam deformações maiores sem

ocorrer falha do componente.

Comparando-se as curvas tensão

versus deformação de alguns tipos de aço

inoxidável com aço carbono, observa-se também a diferença na forma destas

curvas. Pode-se observar, por exemplo, que os aços austeníticos apresentam o

ramo plástico maior do que os aços ferríticos, conforme apresentado na Figura 2.8.

Figura 2.8 – Comportamento do aço carbono e inoxidável

Uma das diferenças marcantes de comportamento às solicitações entre os

vários tipos de aço é o encruamento, representado pelo aumento das características

(dureza, limites de escoamento, de resistência e de cisalhamento) pelo efeito do

trabalho mecânico.

http://www.nucleoinox.org.br/new/Artigos_exibe.asp?Codigo=76&Refresh=2008893124

O aço inoxidável pode ser cortado, furado, dobrado e calandrado da mesma

forma e com os mesmos equipamentos que conformam os aços carbono. Contudo,

algumas modificações no processo são necessárias pela diferença de

comportamento mecânico entre os dois materiais.

Uma das diferenças mais marcantes é o fato do aço inoxidável apresentar

endurecimento sensivelmente maior que o aço carbono e exigir, para a sua

conformação, equipamentos mais robustos para conformar as mesmas espessuras.

Porém, na maioria dos casos, o maior grau de encruamento do aço inoxidável

pode ser compensado pela sua excelente resistência à corrosão atmosférica,

viabilizando o emprego de espessuras menores do que aquelas especificadas para

o aço carbono. Por outro lado, com espessuras reduzidas, os componentes e peças

de aço inoxidável ficam mais leves e os esforços de conformação podem se

aproximar daqueles exigidos para a conformação do aço carbono.

Neste trabalho foi comprovada a diferença no comportamento mecânico entre

os dois aços, conforme curvas tensão

versus deformação retiradas de um ensaio a

tração mostradas na Figura 2.9.

Verificou-se também, a grande ductilidade apresentada pelo aço inoxidável

em relação ao aço carbono nos ensaios dos corpos-de-prova, como mostra a Figura

2.10.

100

200

300

400

500

600

700

800

0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500

Deformação

Tensão (MPa)

aço inoxidável

aço carbono

100

200

300

400

500

600

700

800

0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010

Deformação

Tensão (MPa)

aço inoxidável

aço carbono

a) curvas globais b) trecho inicial

Figura 2.9 – Curvas tensão versus deformação aço carbono e aço inoxidável

Figura 2.10 – Ensaios de corpos-de-prova

Este capítulo apresentou de forma global, os diversos parâmetros que

envolvem o dimensionamento de ligações aparafusadas submetidas à tração, bem

como as diferenças mais significativas entre os dois materiais utilizados nesta

dissertação, nomeadamente o aço carbono e o aço inoxidável. No próximo capítulo

será apresentada a análise teórica das ligações aparafusadas.

3 ANÁLISE E AVALIAÇÃO TEÓRICA DAS LIGAÇÕES APARAFUSADAS

3.1 Introdução

O elevado custo na confecção de um ensaio e a mão-de-obra dispensada

induzem a busca de parâmetros mais adequados e que produzam resultados

satisfatórios. Este capítulo tem o objetivo de descrever o procedimento adotado para

a determinação da melhor configuração geométrica a ser usada nos ensaios

realizados no LEC - Laboratório de Engenharia Civil da UERJ.

3.2 Avaliação das interações entre os parâmetros analisados

Para se obter uma análise criteriosa dos parâmetros da ligação aparafusada

alternada estudada foi utilizado o Método Taguchi (1990), o qual consiste numa

abordagem da engenharia de qualidade, ou seja, fora da convenção de variação de

todos os parâmetros para sua análise, buscando com a variação de parâmetros mais

importantes para aumentar a robustez dos produtos e assim diminuindo os efeitos

secundários no seu desempenho, focalizando a investigação nos parâmetros mais

significativos.

Desta forma, o Método Taguchi (1990) possibilitou determinar quais

combinações de parâmetros influenciavam de forma mais incisiva no desempenho

da ligação aparafusada alternada.

Para visualizar quais combinações produziriam interação foram elaborados os

gráficos das Figura 3.1, Figura 3.2, Figura 3.3 e Figura 3.4, que mostram os valores

de parâmetros combinados, produzindo variação de resistência da ligação

aparafusada.

Os resultados das resistências expostos em linhas paralelas, mostra que a

variação dos parâmetros daquela interação não influencia no valor da resistência

final, enquanto os resultados das resistências expostos em linhas não paralelas,

mostra que a variação dos parâmetros daquela interação influência no valor da

resistência final.

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

0 5 10 15 20 25 30

t (mm)

Força Prevista (N)

L=50 mm

L=60 mm

L=70 mm

L=80 mm

L=90 mm

a) Interação dos parâmetros Lxt

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

0 5 10 15 20 25 30

t (mm)

Força Prevista (N

)

do=8,3 mm

do=9,5 mm

do=12,7 mm

do=15,8 mm

do=19,1 mm

do=22,2 mm

do=25,4 mm

b) Interação dos parâmetros txd

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

0 50 100 150 200 250 300

L (mm)

Força Prevista (N

)

p=10 mm

p=15 mm

p=20 mm

p=25 mm

p=30 mm

p=35 mm

p=40 mm

c) Interação dos parâmetros Lxp

Figura 3.1 – Interação de parâmetros – Lxt – txd

- Lxp

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

0 50 100 150 200 250 300

L (mm)

Força Prevista (N)

do=8,3 mm

do=11,5 mm

do=14,7 mm

do=17,8 mm

do=21,1 mm

do=24,2 mm

do=27,4 mm

d) Interação dos parâmetros Lxd

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000

0 50 100 150 200 250 300

L (mm)

Força Prevista (N

)

s=17,4 mm

s=24 mm

s=30,6 mm

s=37,2 mm

s=43,8 mm

s=50,4 mm

s=57 mm

e) Interação dos parâmetros Lxs

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

0 5 10 15 20 25 30

t (mm)

Força Prevista (N)

s=17,4 mm

s=24 mm

s=30,6 mm

s=37,2 mm

s=43,8 mm

s=50,4 mm

s=57 mm

f) Interação dos parâmetros txs

Figura 3.2 – Interação de parâmetros – Lxd

– Lxs - txs

50000

100000

150000

200000

250000

0 5 10 15 20 25 30

do (mm)

Força Prevista (N

)

s=17,4 mm

s=24 mm

s=30,6 mm

s=37,2 mm

s=43,8 mm

s=50,4 mm

s=57 mm

g) Interação dos parâmetros d

50000

100000

150000

200000

250000

0 10203040

p (mm)

Força Prevista (N

)

s=17,4 mm

s=24 mm

s=30,6 mm

s=37,2 mm

s=43,8 mm

s=50,4 mm

s=57 mm

h) Interação dos parâmetros sxp

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

900000

0 5 10 15 20 25 30

t (mm)

Força Prevista (N

)

p=10 mm

p=13,8 mm

p=17,6 mm

p=21,4 mm

p=25,2 mm

p=29 mm

p=32,88 mm

i) Interação dos parâmetros txp

Figura 3.3 – Interação de parâmetros – d

xs – sxp - txp

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

200000

0 5 10 15 20 25 30

d0 (mm)

Força Prevista (

p=10 mm

p=13,8 mm

p=17,6 mm

p=21,4 mm

p=25,2 mm

p=29 mm

p=32,88 mm

j) Interação dos parâmetros d

Figura 3.4 – Interação de parâmetros – d

Uma inspeção destes resultados possibilitou que se concluísse que existe

influência nas seguintes interações de parâmetros: L x t, t x d

e s x p.

Onde, conforme Figura 2.3 e Figura 2.4:

L é a largura da chapa;

é o diâmetro do furo;

t é a espessura da chapa;

s é a distância entre furos na direção paralela a aplicação da carga;

p é a distância entre furos na direção perpendicular a aplicação da carga.

Considerando que a obtenção de novos resultados experimentais é um

processo que envolve tempo e custo, os métodos numéricos podem ser utilizados e

se mostram satisfatórios para definir uma primeira análise do problema da

resistência à tração na ligação aparafusada.

Foi utilizado o Método Taguchi (1990), para identificar dentre os parâmetros e

as combinações de parâmetros já identificadas pelo método da interação feita

anteriormente, quais seriam mais importantes, foi, então, construída uma tabela com

todos os parâmetros e combinações e através da análise ortogonal desenvolvida por

Tagushi (1990), identificou-se quais parâmetros e combinações teriam mais

importância na determinação da resistência da ligação aparafusada. E com esses

parâmetros e suas interações foi feita análise da significância, como mostrado na

Tabela 3.1 para o aço carbono e Tabela 3.2 para o aço inoxidável, verificando que a

interação s x p tem o menor valor de significância, ou seja, sendo muito importante

na avaliação da ligação tanto na análise da ligação aparafusada constituída de aço

carbono, quanto na de aço inoxidável.

Tabela 3.1 – Valores da significância dos parâmetros e interações do aço carbono

Parâmetros/

Interações

Diferença

das Médias

(Desvio Padrão)

Grau de

Liberdade

Variância Freqüência Significância

1456,366 8484010 1 8484010 17,70475 0,148543

2090,805 17485859 1 17485859 36,49014 0,104441

dxs

1484,839 8818986 1 8818986 18,40379 0,145794

-4387,92 77015254 1 77015254 160,7183 0,050113

sxp

-6801,19 1,85E+08 1 1,85E+08 386,117

0,03237

dxp

-485,455 942667,8 1 942667,8 1,967194 0,394312

-6467,55 1,67E+08 1 1,67E+08 349,163 0,034037

-1042,41 4346504 1 4346504 9,070444 0,204089

386,426 597300,2 1 597300,2 1,246468 0,465007

-1755,02 12320417 1 12320417 25,7107 0,123961

Lxt

385,8801 595613,8 1 595613,8 1,242949 0,465454

LERR -692,238 1916777 4 479194,1

Tabela 3.2 – Valores da significância dos parâmetros e interações - aço inoxidável

Parâmetros/

Interações

Diferença

das Médias

(Desvio Padrão)

Grau de

Liberdade

Variância Freqüência Significância

1313,965 6906016 1 6906016 54,36307 0,08582

1889,614 14282567 1 14282567 112,4301 0,059863

dxs

1358,098 7377717 1 7377717 58,07623 0,083063

-3971,06 63077368 1 63077368 496,5351 0,028551

sxp

-6146,74 1,51E+08 1 1,51E+08 1189,669

0,018452

dxp

-437,988 767335,1 1 767335,1 6,040341 0,246006

-5845,2 1,37E+08 1 1,37E+08 1075,81 0,019403

-975,728 3808181 1 3808181 29,9774 0,115006

-97,6234 38121,32 1 38121,32 0,300085 0,680956

-1755,02 12320417 1 12320417 96,98439 0,064423

Lxt

385,8801 595613,8 1 595613,8 4,688579 0,275431

LERR -356,42 508140,2 4 127035,1

Neste trabalho, devido a restrições de tempo e orçamento, optou-se por

analisar somente a interação entre os parâmetros s e p para se estudar a sua

influência em termos de diferença de comportamento entre os Estados Limites

Últimos associados ao aço carbono e ao aço inoxidável. Isto foi feito, através da

variação dos seus valores, conforme apresentado na Tabela 3.3 e Tabela 3.4, e

mantendo a largura (L), a espessura (t) e o furo do parafuso (d

) constantes.

Tabela 3.3 – Valores dos parâmetros s e p para o aço carbono

s (mm) p (mm)

50 55

70 55

30 55

Tabela 3.4 – Valores dos parâmetros s e p para o aço inoxidável

s (mm) p (mm)

50 55

30 55

23 55

3.3 Justificativas para a configuração da ligação

A escolha da interação s e p e não a variação da espessura da chapa,

mostradas anteriormente serem parâmetro e combinação mais significativos, para

analisarmos a ligação parafusada e para se estudar a comparação dos limites

últimos entre o aço carbono e o aço inoxidável foi determinada, como já comentado

por restrições de tempo e orçamento, logo os ensaios foram reduzidos, sendo

utilizadas chapas de aço carbono estrutural USI 300 que foram doadas pela

USIMINAS com espessura de 15 mm e de 3 mm e com chapas do aço inoxidável

S304 pela ACESITA com espessura de 3 mm.

Espessuras iguais foram usadas de forma a possibilitar uma comparação

entre os dois tipos de aço.

A escolha do tipo dos aços foi devido a que estas chapas leves estão entre as

mais empregadas na construção civil na execução de estruturas em aço, e

apresentarem tensões de escoamento similares em torno de 300MPa, sendo estas

levantadas do aço carbono, através do patamar de escoamento e no aço inoxidável,

através de reta paralela à inclinação da fase elástica e traçada passando por 0,2%

de deformação.

Foram considerados ensaios de ligações aparafusadas sem nenhuma

excentricidade em relação ao centro de gravidade da seção transversal, buscando

avaliar, sem a sua influência, os limites e efeitos no comportamento da ligação. Para

este objetivo foi utilizado o esquema da Figura 3.5.

Para a realização dos ensaios das ligações, utilizou-se uma máquina

universal de ensaios Lousenhausen com capacidade de 600kN, disponível no LEC -

Laboratório de Engenharia Civil da UERJ, conforme pode ser observado na Figura

3.6(a).

A aquisição de dados (deformações, deslocamentos e carga) foi feita através do

sistema NI-PXI-1050 da

National Instruments, conforme apresentado na Figura

3.6(b).

Figura 3.5 – Esquema de ligação

a) máquina universal de ensaios

Lousenhausen 600kN

b) sistema de aquisição de dados

National Instruments PXI-1050

Figura 3.6 – Esquema experimental

3.4 Apresentação dos Ensaios de Tração

Segundo Dieter (1981), o teste de tração de engenharia é amplamente usado

para obtenção de informações básicas sobre a resistência de materiais, e como um

teste de controle de especificações. Autores como Schaeffer (1999) e Souza (1974)

dizem ser o ensaio de tração, o método mais utilizado para determinação das

propriedades mecânicas de chapas metálicas, sendo possível a obtenção do limite

de resistência, do limite de escoamento e do módulo de elasticidade.

Schaeffer (1999) define o ensaio de tração como sendo um teste uniaxial e

sem atrito, efetuado em máquinas de ensaios que possuem uma garra fixa e outra

móvel. Ainda segundo o autor, as máquinas são equipadas com sensores para

registrar a força e o alongamento do corpo-de-prova, os quais são confeccionados

com diferentes comprimentos, larguras e formatos, definidos pelas normas ABNT

NBR 6673 (1997), ASTM E 646 (1984) e DIN EN 10 002-1 (2001). O resultado do

ensaio de tração é o diagrama tensão versus deformação, conforme apresentado na

Figura 3.7 que, segundo Dieter (1981), corresponde a uma curva de engenharia

construída a partir das medidas de carga e do alongamento da amostra submetida

ao ensaio. A tensão usada na curva é a tensão longitudinal média do corpo-de-

prova, obtida pela divisão da carga pela área inicial da seção do corpo-de-prova, e a

deformação usada para a curva de engenharia é a deformação linear média, obtida

pela divisão da elongação do comprimento útil do corpo de prova, pelo comprimento

original.

Figura 3.7 – Curva tensão versus deformação (Dieter, 1981)

A forma e a magnitude de uma curva tensão versus deformação de um metal

dependerá de sua composição, tratamento térmico, história anterior da deformação

plástica e da taxa de deformação, temperatura e estado de tensões impostas

durante o teste. Ainda segundo Dieter (1981), os parâmetros usados para descrever

a curva tensão

versus deformação de um metal são: resistência à tração, tensão

limite de escoamento, elongação percentual e redução de área. Os dois primeiros

sendo parâmetros de resistência e os dois últimos relativos à ductilidade do material.

Dieter (1981) faz ainda uma descrição do comportamento do material quando

este ultrapassa o valor correspondente ao limite de escoamento. Segundo ele, a

partir deste ponto, o material está permanentemente deformado se a carga for

reduzida a zero, de forma que a tensão para produzir cada vez mais deformação

plástica cresce com o aumento desta última, devido ao encruamento do material.

Ainda segundo o autor, o volume do corpo-de-prova permanece constante durante a

deformação plástica e, conforme se alonga, a área da seção reta transversal

decresce uniformemente ao longo do comprimento útil do corpo-de-prova.

Inicialmente, o encruamento compensa a diminuição da área da seção transversal, e

a tensão continua a aumentar com o aumento da deformação. Eventualmente,

atinge-se um ponto onde a diminuição da área da seção reta do corpo-de-prova é

maior que o aumento da carga de deformação proveniente do encruamento. Essa

condição será atingida primeiramente em algum ponto do corpo-de-prova que é

ligeiramente mais fraco que o resto, de forma que toda a deformação plástica

posterior estará concentrada nessa região, onde o corpo-de-prova começará a sofrer

uma estricção caracterizada pela diminuição de área. Devido ao fato da área da

seção reta diminuir agora mais rapidamente do que o aumento da carga de

deformação pelo encruamento, a carga necessária para deformar o corpo-de-prova

diminuirá e a tensão igualmente continuará a cair até atingir a fratura, conforme

descreve Dieter (1981).

A curva tensão

versus deformação convencional não retrata verdadeiramente

o comportamento de cada elemento na amostra. Observando-se a curva, a tensão

requerida para continuar a deformação da amostra tracionada parece estar

decrescendo após a estricção. Isto ocorre porque a tensão convencional reflete

somente a mudança de carga e não a mudança que ocorre na área da seção

transversal.

Após o início da estricção, toda deformação fica restrita a uma porção muito

pequena do comprimento útil – a área de estricção. Para a estricção iniciar, a

redução de carga devido à redução da área da secção transversal precisa ser maior

do que o aumento de carga requerido para sustentar cada incremento adicional de

alongamento (encruamento do material).

Uma vez que a estricção começa, a carga requerida para manter a

deformação decresce e, portanto, a curva tensão

versus deformação começa a

decrescer. Se medidas pudessem ser feitas para elementos independentes do

material dentro da região de estricção, a tensão requerida para continuar a

deformação aumentaria.

Um modo mais realista de descrever o comportamento do material é plotar a

tensão verdadeira (σ) e deformação verdadeira (ε) para cada elemento. Tensão

verdadeira é definida como carga dividida pela área instantânea da secção

transversal e a deformação verdadeira é o somatório de cada incremento de

alongamento dividido pelo comprimento útil instantâneo. Para fins de cálculo

conforme Keeler (1968), tem-se,



(3.1)

)e1ln(





(3.2)

onde P é a carga requerida para deformar a amostra, A

é a área instantânea da

seção transversal, L

é o comprimento antes do alongamento, L

é o comprimento

após alongamento, ln é o logaritmo natural e e é a deformação convencional.

Quando um corpo-de-prova metálico é submetido a um ensaio de tração,

pode-se construir um gráfico tensão

versus deformação, pelas medidas diretas da

carga (ou tensão) e da deformação que crescem continuamente até quase o fim do

ensaio.

Segundo Souza (1974), quando um corpo metálico é submetido a um ensaio

de tração, verifica-se inicialmente que o diagrama é linear, sendo representado pela

equação (3.3),







(3.3 )

que corresponde à lei de Hooke (proposta em 1678 por Sir Robert Hooke), sendo a

constante de proporcionalidade E, conhecida por módulo de elasticidade ou módulo

de Young. Esta parte linear da curva corresponde a região de deformação elástica

do material, onde a tensão é linearmente proporcional à deformação. A linearidade

do diagrama termina num ponto denominado limite elástico, definido pelo autor como

a maior tensão que o material pode suportar, sem deixar qualquer deformação

permanente quando o material é descarregado.

Ainda de acordo com Souza (1974), verifica-se pela Figura 3.8 que, na parte

OA da curva o material está dentro de sua zona elástica, isto é, além de obedecer à

lei de Hooke, se, em qualquer ponto dentro da linha OA, a carga for aliviada, o

descarregamento seguirá também a mesma reta OA e, para um descarregamento

total, o metal volta à origem (ponto O), sem apresentar qualquer deformação residual

ou permanente. Segundo o autor, a estrutura de um metal no estado sólido é

constituída de átomos dispostos segundo um arranjo cristalino uniforme nas três

dimensões. Quando o metal é solicitado com um esforço de intensidade tal que a

deformação fique no intervalo da linha OA, os átomos são deslocados de sua

posição inicial de uma distância muito pequena e, assim que o esforço é retirado, os

átomos voltam à sua posição inicial, devido às forças de ligação entre os mesmos,

desaparecendo a deformação.

Ao ser atingida uma tensão em que a deformação não é proporcional à

tensão, chega-se ao ponto A' denominado limite de proporcionalidade. A posição

relativa entre A e A' é muito discutível e alguns autores colocam A' abaixo de A. Na

verdade, esses dois pontos muitas vezes se confundem e torna-se muito difícil

determiná-los com precisão, devido ao fato de que o desvio da linearidade é sempre

gradual e não há precisamente um ponto bem determinado para cada um desses

limites mencionados. O limite elástico pode mesmo estar na parte curva do gráfico.

Terminada a zona elástica, atinge-se a zona plástica, onde a tensão e a

deformação não são mais relacionadas por uma simples constante de

proporcionalidade e em qualquer ponto do diagrama, havendo descarregamento do

material até tensão igual a zero, o metal fica com uma deformação permanente ou

residual. A Figura 3.8 mostra um descarregamento do ponto B na zona plástica até a

linha das abscissas. Nota-se que a linha BC é paralela à linha OA, pois o que se

perde é a deformação causada na zona plástica, restando a deformação ocorrida na

zona elástica.

Figura 3.8 – Tensão versus deformação - metal ou liga metálica (Souza, 1974)

De uma maneira geral, pode-se dizer que o ensaio de tração é o principal

procedimento de ensaio para o levantamento das propriedades mecânicas

fundamentais e parâmetros de estampabilidade de chapas metálicas, sendo

apreciado não apenas em trabalhos da década de 60 e 70, como os de Keeler

(1968) e Souza (1974), mas também em trabalhos recentes, como o de Kumar,

(2002), que utiliza o ensaio de tração para avaliação de chapas de aço para

estampagem extra profunda.

3.5 Determinação da tensão limite de escoamento

Conforme Souza, (1974), uma propriedade mecânica comum usada para

avaliar a conformabilidade é a tensão limite de escoamento. Como regra geral, a

conformabilidade decresce com o aumento da tensão limite de escoamento. Apesar

desta informação poder ser verdadeira, para uma variedade de lotes de aços

similares processados de uma maneira similar, é uma generalização muito fraca. A

tensão limite de escoamento meramente indica a tensão onde se inicia a

deformação plástica e não indica a quantidade de deformação plástica permissível

antes da estricção. Uma comparação entre um aço baixo carbono e um aço

inoxidável é um excelente exemplo. A tensão limite de escoamento do aço inoxidável

pode ser o dobro do aço baixo carbono, mas a conformabilidade é geralmente

melhor.

O início da deformação plástica é verificado em vários metais e ligas dúcteis,

principalmente no caso dos aços de baixo carbono, pelo fenômeno do escoamento.

Segundo Souza, (1974), o escoamento é um tipo de transição heterogênea e

localizada, caracterizado por um aumento relativamente grande da deformação com

variação pequena da tensão durante a sua maior parte. Depois do escoamento, o

metal está encruado.

Quando um projeto requer um metal dúctil, como o aço inoxidável, onde a

deformação plástica deva ser evitada, o limite de escoamento é o critério adotado

para a resistência do material. Para aplicações estruturais, desde que as cargas

sejam estáticas, as tensões de trabalho são geralmente baseadas no valor do limite

de escoamento.

Na Figura 3.9 observa-se a caracterização do patamar de escoamento. A

tensão A é chamada de limite de escoamento superior, que é a tensão máxima

atingida antes da queda repentina da carga (começo da deformação plástica no

escoamento). Após a estabilização da carga ou da tensão, o material sofre uma

deformação relativamente grande sem aumento da tensão, que é o patamar de

escoamento. A tensão B constante estabelecida é o limite de escoamento inferior do

material e durante o fenômeno, o alongamento que o metal sofre é chamado

alongamento durante o escoamento. Alguns autores, porém, consideram o limite de

escoamento inferior como a menor tensão, designada por C na Figura 3.9, atingida

durante o escoamento, que pode vir a ser inferior à tensão do patamar.

Estes dois limites não são constantes para um determinado metal, mas

dependem de diversos fatores como a geometria e condições do corpo-de-prova, do

método de ensaio, da velocidade de deformação e principalmente das

características da máquina de ensaio.

Figura 3.9 – Curva teórica - limite de escoamento superior e inferior (Souza, 1974)

O limite de resistência (σ

) é calculado pela carga máxima atingida no ensaio.

Para os materiais dúcteis, o valor do limite de resistência dá a medida da carga

máxima que o material pode atingir sob a restrita condição de carregamento uniaxial.

Mesmo neste caso, a tensão que o material sofre ao ser atingida a carga máxima é

maior que o limite de resistência, devido à diminuição da área, que não é computada

naquela fórmula.

O limite de escoamento hoje em dia, é mais usado nos projetos, do que o

limite de resistência, para os metais dúcteis. Entretanto, o limite de resistência serve

para especificar o material, do mesmo modo que a análise química identifica o

material. Por ser fácil de se calcular, o limite de resistência é especificado sempre

com as outras propriedades mecânicas dos metais e ligas. Para os metais frágeis,

porém, o limite de resistência é um critério válido para projetos, pois nesse caso, o

escoamento é muito difícil de ser determinado (como por exemplo, para os ferros

fundidos comuns) e a diminuição da área é desprezível por causa da pequena zona

plástica que esses materiais apresentam. Deste modo, o limite de resistência para

os metais frágeis caracteriza bem a resistência do material, conforme apresentado

na Figura 3.10.

Figura 3.10 – Tipos de curvas Tensão versus Deformação

O aço inoxidável apresenta uma curva tensão

versus deformação não linear o

que torna difícil identificar a sua tensão limite de escoamento. A tensão limite de

escoamento é definida por uma reta com a mesma inclinação do módulo de

elasticidade passando por 0,2% da deformação.

A equação (3.4) de Ramberg-Osgood (1943) representa o comportamento da

curva não linear da tensão

versus deformação de aços de alta resistência

apresentando grande deformação plástica, podendo ser usada para o aço

inoxidável.





















(3.4)

onde

 é a deformação,  é a tensão, E o módulo de elasticidade ou módulo de

Young e n e k constantes que dependem do tipo de material, geralmente calibrados

a parte de resultados de ensaios experimentais. O primeiro termo da equação

representa a parte elástica da curva enquanto o segundo representa a parte plástica.

Introduzindo a tensão limite de escoamento do material



, tem-se um novo

parâmetro α proporcional à k, onde:



















(3.5)

Segunda parte da equação pode ser reescrita da seguinte forma:























(3.6)

O valor de



 pode ser visto como uma deformação além do escoamento

da curva, sendo aceitável o valor de 0,2%, pois ao igualar a tensão

 , à tensão

elástica

 , obtém-se a equação (3.7)

)1(





(3.7)

O valor de α pode ser adequado aos dados experimentais, porém para alguns

materiais pode ser adotado o valor de 0,2%, ou seja:

002,0







(3.8)

Desta forma obtém-se a curva apresentada na Figura 3.11.

http://www.cimm.com.br

Figura 3.11 – Curva de Ramberg-Osgood (Ramberg, W., & Osgood, W. R., 1943).

Esta equação apresenta bons resultados para a primeira etapa da curva,

porém prevê altas tensões na sua parte final. Recentemente Gardner and Nethercot

(2004) propuseram uma modificação nesta equação, baseado em 1% da prova de

carga que estendeu a validade da equação de Ramberg-Osgood além do seu limite

de escoamento. A formulação de Gardner e Nethrcot (2004) apresenta dois estágios

no modelo apresentado, conforme equação (3.9), com resultados mais apurados na

resposta de níveis de tensão em estruturas





































































2,0

2,01

2,0

2,01

2,0

2,00

002,0



(3.9 )

Onde:

 é a tensão limite de escoamento correspondendo a deformação total de



= 0,1%;

é o índice não linear representando a curva passando através dos pontos

(

2,0

 ,

2,0

 ) e (

 ,

 ).

3.6 Corpos-de-prova das placas de aço carbono

A fim de levantar a tensão limite de escoamento e a tensão limite de ruptura

dos aços utilizados nos ensaios dessa dissertação foi utilizada a Norma Brasileira

NBR 6673 (1981) e foram fabricados corpos-de-prova conforme a Figura 3.12 para

espessura de 3 mm e Figura 3.13 para a espessura de 15 mm, respectivamente,

retirados no sentido contrário ao da laminação conforme Figura 3.14. Foram

utilizados os equipamentos do laboratório do ITUC – Instituto de Tecnologia da PUC-

Rio para a obtenção dos dados.

Os testes de tração uniaxial foram realizados na PUC em temperatura

ambiente, a uma velocidade de 2,25 mm/minuto, a fim de verificar as propriedades

mecânicas das chapas de acordo com as normas do INMETRO.

100

300

100

12,5

Figura 3.12 – Corpo-de-prova (t=3 mm)

148

200

148

550

Figura 3.13 – Corpo-de-prova (t=15mm)

Figura 3.14 – Esquema de retirada dos corpos-de-prova e o sentido da laminação

O valor da tensão limite de escoamento (f

) para o aço carbono foi obtido,

através do patamar de escoamento, conforme gráfico da Figura 3.15, e o valor da

tensão limite de ruptura (f

) foi fornecido pela máquina de tração.

Foram realizados 6 testes de tração, cujos resultados são apresentados na

Tabela 3.5, obtidos através da média aritmética fornecendo os valores médios de

tensão limite de escoamento e tensão última para o aço carbono de 386,79 MPa e

478,68 MPa, respectivamente.

Os resultados das amostras apresentaram um desvio padrão de 20,34 para

as leituras da tensão limite de escoamento e 16,02 para as leituras da tensão limite

de ruptura. A fórmula aplicada para achar o desvio padrão com o fator de correção

de Bessel é apresentada na equação (3.10).





XXi







(3.10)

Os resultados das amostras apresentaram um coeficiente de variação de 0,05

(5%) para as leituras da tensão limite de escoamento e 0,03 (3%) para as leituras da

tensão limite de ruptura. Onde o coeficiente de variação (

) é uma medida

adimensional da dispersão que pode ser expressa em porcentagem





, onde  é

a média.

100

150

200

250

300

350

400

450

500

012345678910111213

Deformação (%)

Tensão (MPa)

AC 1

elasticidade

Linear (elasticidade)

Figura 3.15 – Curva tensão versus deformação do aço carbono

Tabela 3.5 – Tensões limites do aço carbono

Corpo-de-prova f

(MPa) f

(MPa)

AC 1 388,97 485,97

AC 2 383,77 478,43

AC 3 348,29 450,55

AC 4 404,39 495,91

AC 5 401,31 488,81

AC 6 394,01 472,43

Média 386,79 478,68

3.7 Corpos-de-prova das placas de aço inoxidável

Da mesma forma foram determinadas as tensões de escoamento e de ruptura

do aço inoxidável. A obtenção da tensão limite de escoamento para o aço inoxidável

foi feita através da reta paralela ao trecho inicial correspondente a uma deformação

de 0,2%, conforme pode ser observado na Figura 3.16.

Foram realizados também, seis ensaios cujos resultados são apresentados na

Tabela 3.6, os valores médios para a tensão limite de escoamento e para a tensão

última foram iguais a 350,62 MPa e 710,72 MPa, respectivamente.

Os resultados apresentaram um desvio padrão de 3,70 para a tensão limite

de escoamento e 15,10 para a tensão limite de ruptura.

Os resultados das amostras apresentaram um coeficiente de variação de 0,01

(1%) para as leituras da tensão limite de escoamento e 0,02 (2%) para as leituras da

tensão limite de ruptura.

100

200

300

400

500

600

0246810

Deformações (%)

Tensão (MPa)

Série2

paralela

Linear (Série2)

Figura 3.16 – Curva tensão versus deformação do aço inoxidável

Tabela 3.6 – Tensões limites do aço inoxidável

Corpo-de-prova f

(MPa) f

(MPa)

I 1 388,97 485,97

I 2 383,77 478,43

I 3 348,29 450,55

I 4 404,39 495,91

I 5 401,31 488,81

I 6 394,01 472,43

Média 350,62 710,72

3.8 Critério de dimensionamento

Conforme citado anteriormente, este trabalho utilizou a norma européia para o

dimensionamento da ligação aparafusada. Para a ligação constituída de elementos

de aço carbono, utilizou-se o EUROCODE 3, part 1-8 (2005) e para elementos de

aço inoxidável o EUROCODE 3, part 1.4 (2003).

Conforme mencionado anteriormente em uma chapa com presença de furo, o

colapso é caracterizado quando ocorre o escoamento da área bruta ou a ruptura da

área líquida. Na Figura 3.17, apresenta-se o comportamento de chapas com furo

sujeita a um esforço de tração devido a uma carga axial crescente monotônica.

Figura 3.17 – Evolução de tensões normais – placa sujeita a carregamento axial

Com o furo, a área bruta diminui, provocando assim um escoamento precoce

da seção da chapa, porém a carga que leva a estrutura a ruína será a mesma. Com

a presença de mais furos na seção transversal, e estes com defasagem como

mostrado na Figura 3.5, dificulta-se a identificação da seção mais crítica da peça.

3.9 Avaliação da ligação aparafusada para o aço carbono e aço inoxidável

Antes da realização de ensaios com aplicação de esforço axial, foi necessário

avaliar a ligação aparafusada. Desta forma, foram verificados os seguintes estados

limites últimos: a plastificação da área bruta, o rompimento na seção líquida

passando em dois furos e três furos, o esmagamento da placa na área dos

parafusos e o cisalhamento dos parafusos.

Esta análise foi feita tendo em mente a variação dos parâmetros s e p e a

limitação da capacidade de carga da máquina de tração.

Assim, foi possível escolher a melhor configuração geométrica, que

proporcionasse um melhor aproveitamento dos dados coletados para avaliação da

ligação aparafusada alternada.

Para atingir o objetivo exposto acima foi escolhido o valor para o parâmetro p

de 55 mm, e com a utilização das equações fornecidas pela Norma e utilizando o

programa Excel foram construídas as curvas apresentadas na Figura 3.18 de tal

forma que o limite para a ruptura da seção líquida em dois ou três furos fosse

identificado. Uma análise similar feita para o aço inoxidável gerando os limites

identificados pelas curvas da Figura 3.19.

270000

290000

310000

330000

350000

370000

25 35 45 55

s (mm)

Força axial prevista (N)

rompimento na área bruta

rompimento na área dos 2 furos

rompimento na área dos 3 furos

esmagamento da placa na área

do parafuso

cisalhamento do parafuso

Figura 3.18 – Tensões limites do aço carbono

280000

305000

330000

355000

380000

405000

430000

455000

480000

505000

530000

10 20 30 40 50

s (mm)

Força axial prevista (N)

rompe na seção bruta

rompe nos dois furos

rompe nos três furos

rompe cisalhamento do

parafuso

rompe esmagamento da placa

Figura 3.19 – Tensões limites do aço inoxidável

Este capítulo apresentou de forma global, a significância dos principais

parâmetros e suas interações, que influenciam o comportamento da ligação

aparafusada alternada, também foram apresentados alguns trabalhos existentes na

área teórica do comportamento do aço à tração, e a diferença do comportamento

teórico entre o aço carbono e o aço inoxidável. O próximo capítulo conterá a

descrição de como foram feitos os ensaios experimentais

4 DESCRIÇÃO DOS ENSAIOS EXPERIMENTAIS

4.1 Introdução

Conforme citado em capítulos anteriores, a caracterização da resistência das

ligações aparafusadas alternadas, submetidas à tração é representada,

basicamente, pela curva tensão

versus deformação ou da curva tensão versus

deslocamento, que foram dados importantes para o projeto e análise destas

ligações.

A melhor forma de se obter estas curvas é através de ensaios experimentais

realizados em laboratório. Com estes ensaios, torna-se possível avaliar os

resultados para determinação da rigidez da ligação e encontrar a sua capacidade

última de carga, a partir destes dados é possível analisar e comparar as

propriedades mecânicas e geométricas das ligações investigadas.

Todavia, o planejamento dos ensaios a serem realizados deve ser feito de

forma bastante criteriosa para que se consiga extrair todas as informações

necessárias para a avaliação do fenômeno em questão.

Entretanto, o elevado custo destes ensaios e a dificuldade de medição dos

resultados experimentais fazem com que esta não seja uma técnica adotada

correntemente na prática.

4.2 Caracterização dos ensaios

Para o dimensionamento de ligações submetidas a esforços de tração,

consideram-se alguns critérios:

a) usualmente em ligações aparafusadas, a largura dos furos deve ser

considerada 2,0 mm maior que a dimensão nominal desses furos,

perpendicular à direção da força aplicada (EUROCODE 3, 2003);

b) no caso de uma série de furos distribuídos transversalmente ao eixo da barra,

em diagonal a esse eixo ou em ziguezague, a largura líquida desta parte da

barra deve ser calculada deduzindo-se da largura bruta a soma das larguras

de todos os furos em cadeia. A este resultado se soma, para cada linha

ligando dois furos, a uma parcela igual ao resultado da razão s

/4p, as

grandezas s e p, representam respectivamente, os espaçamentos longitudinal

e transversal entre os dois furos considerados;

c) a largura líquida crítica da barra sob tração considerada será obtida pela

cadeia de furos que produza a menor das larguras líquidas, para as diferentes

possibilidades de linhas de ruptura analisadas;

d) para cantoneiras, o gabarito, p, dos furos em abas opostas deve ser

considerado igual à soma dos gabaritos, medidos a partir da aresta da

cantoneira, subtraída de sua espessura adotando assim uma largura medida

na espessura média do elemento analisado;

e) na determinação da área líquida de uma seção que compreenda soldas de

tampão ou soldas de filete em furos, a área do metal da solda deve ser

desprezada;

f) não havendo furos a área líquida A

, se torna igual a área bruta, A

De forma a atingir os objetivos propostos, algumas especificações de chapas,

tipos de materiais e arranjos de parafusos das ligações aparafusadas tiveram que

ser definidas e são apresentadas a seguir:

a) Foram utilizadas chapas de aço carbono do tipo USI 300, doadas pela

USIMINAS e chapas de aço inoxidável austenítico da linha S304, doadas pela

ACESITA, devido ao seu uso corrente na construção civil;

b) Uso de parafusos de alta resistência ASTM A325, de ½ polegada com rosca

em toda sua extensão, conforme Figura 4.1, e sendo garantido que sua

resistência ao corte não seria ultrapassada, de modo a poder avaliar

insistentemente os efeitos das diferentes configurações de parafusos

possíveis, ou seja, variando os valores de s e p, para que produzindo

diferentes áreas líquidas, os caminhos A, B e C de rupturas, pudesse ser

avaliados conforme Figura 4.2;

c) Garantia de nenhuma excentricidade em relação ao centro de gravidade da

seção transversal da ligação aparafusada, utilizado o esquema de ligação da,

Figura 4.3, buscando avaliar, sem a influência de momentos indesejáveis, o

comportamento da ligação.

d) Definição de valores limites de afastamento dos furos à borda das chapas, na

direção do carregamento, e na direção transversal ao carregamento, de modo

a garantir as menores dimensões das peças e conseqüentemente menores

placas, para que o conjunto estivesse ajustado ao espaço útil e a capacidade

de carga da máquina de tração;

e) Utilização de corpos-de-prova para caracterização do comportamento dos

materiais aço carbono e aço inoxidável através de ensaios de tração;

f) uso de broca para furar as chapas finas com a utilização de líquido resfriante,

impedindo assim o surgimento de tensões residuais nos furos;

g) Uso de chapa base super dimensionada com espessura de 15 mm, de modo

a garantir uma faixa de regime elástico, posicionadas com um afastamento

mínimo de 10 mm uma da outra;

h) A não utilização de valores específicos de torque durante aperto dos

parafusos, de modo a se desprezar o efeito do atrito no resultado final das

cargas de escoamento e ruptura;

i) O uso de arruelas junto às porcas do parafuso, proporcionando apenas um

ajuste mais suave ao leve aperto dado às mesmas.

Figura 4.1 – Detalhe do parafuso ASTM A325 M12 cl. 8.8 (Lima, 2003)

Figura 4.2 – Caminhos de ruptura possíveis para a ligação em estudo

a) vista de frente

a) vista lateral

Figura 4.3 – Esquema da ligação aparafusada alternada

4.3 Definição dos parâmetros geométricos

Considerando-se os gráficos apresentados na Figura 3.18 e na Figura 3.19, e

observando-se o menor gasto de material, a capacidade da máquina de tração e o

espaço físico para fixação dos espécimes, foi definido um valor da variável p igual a

55 mm e foram escolhidos valores da variável s que caracterizassem,

respectivamente, a ruptura da ligação na área líquida passando por dois furos, a

ruptura da ligação na área líquida passando por três furos, para após determinar um

valor da variável s intermediário caracterizando uma ruptura entre estes dois limites

anteriores. Para o início dos ensaios foi construída a Tabela 4.1, com uma previsão

da primeira seqüência de testes.

chapa 3mm

chapa 15mm

chapa 3mm

parafusos M12

Tabela 4.1 – A primeira seqüência de ensaios em aço carbono

Ordem Identificação s (mm) p (mm) Carga de ruptura (kN) Modo de ruptura

1 E1_CARB_S50 50 55 298,3 2F

2 E2_CARB_S30 30 55 282,5 3F

3 E3_CARB_S40

40

55 297,6 2F ou 3F

onde:

3F – representa a ruptura na área líquida passando por três furos

2F – representa a ruptura na área líquida passando por dois furos

4.3.1 Preparação dos ensaios

As chapas foram cortadas e furadas na fábrica METALFENAS, conforme

descrição a seguir: As chapas finas (3 mm) foram marcadas com régua, esquadro e

riscador, e cortadas na guilhotina, primeiramente puncionadas para depois serem

furadas, inicialmente com broca de 1/4 polegada. Em seguida, os furos foram

alargados com broca de 9/16 polegada, sendo utilizado sempre óleo resfriante no

processo de furação. As chapas grossas (15 mm) foram marcadas com riscador e

cortadas com maçarico e furadas por meio de uma punção com diâmetro de ½

polegada.

Todo o processo foi supervisionado e acompanhado de perto, com gabaritos,

paquímetro eletrônico e trena, para que as dimensões das chapas ficassem o mais

próximo possível dos valores projetados para a execução dos ensaios.

4.3.2 Preparação do sistema de aplicação de carga

Depois da ligação montada conforme o esquema da Figura 4.3, o conjunto

era colocado na máquina de tração, posicionado e centralizado nas garras, com a

ajuda de régua milimetrada e nível de bolha, somente após estas etapas as garras

eram apertadas.

Devido à grande largura das placas teve que se adaptar o aperto das garras,

pois o mecanismo de aperto original da máquina de ensaio teve de ser retirado, pois

impedia o posicionamento correto do conjunto de placas.

4.3.3 Preparação da célula de carga para a medida e aferição das cargas aplicadas

O princípio de funcionamento das células de carga baseia-se na variação da

resistência ôhmica, de sensores denominados extensômetros elétricos (Figura 4.4),

quando submetido a uma deformação. Utilizam-se em células de carga quatro

extensômetros ligados entre si segundo uma ponte de Wheatstone (Figura 4.5). O

desbalanceamento da mesma, em virtude da deformação dos extensômetros, é

proporcional à força que a provoca. É através da medição deste desbalanceamento

que se obtém o valor da força aplicada.

Figura 4.4 – Detalhe do extensômetro

Figura 4.5 – Ponte de Wheatstone

Neste trabalho, os extensômetros foram colados na chapa grossa de 15 mm

de espessura, denominada corpo da célula de carga sendo inteiramente solidários à

sua deformação.

Para cada ensaio foram colados oito extensômetros, quatro em cada

extremidade da chapa grossa, ou seja, dois por face, conforme o detalhe na Figura

http://www.celuladecarga.com.br/info/definicao.htm

4.6, totalizando duas células de carga, segundo o esquema da Figura 4.8. A força

atua, portanto, sobre o corpo da célula de carga e a sua deformação é medida pelos

extensômetros, que por sua vez produzirão uma variação de voltagem, que será lida

no Sistema de Aquisição de Dados, composto por duas placas de captura: uma para

deslocamentos e outra para deformações.

Figura 4.6 – Célula de carga

200

GARRA

100

22,5

145,2

Figura 4.7 – Localização dos extensômetros da célula de carga

Detalhe da célula de carga

Figura 4.8 – Esquema da montagem da célula de carga (PUC-DEC, 1993)

Obviamente que a forma e as características do corpo da célula de carga

devem ser objeto de um meticuloso cuidado, tanto no seu projeto quanto na sua

execução. Visando assegurar que a relação de proporcionalidade entre a

intensidade da força atuante e a conseqüente deformação medida pelos

extensômetros seja preservada, tanto no ciclo inicial de aplicação da força, quanto

nos ciclos subseqüentes, buscou-se garantir que a carga de ruptura das chapas

finas não ultrapassasse a carga limite de escoamento da placa grossa.

Buscando produzir resultados efetivos e lineares foi observada a forma

geométrica do corpo da célula de carga, escolhendo as duas faces mais largas para

a colagem dos extensômetros.

Considerando que a carga limite de escoamento das chapas finas calculada

de aproximadamente 200 kN, uma carga inicial de 50 kN foi utilizada para efetuar o

ajuste dos parafusos na ligação e confirmar o comportamento linear da célula de

carga de cada ensaio.

OUTPUT

INPUT

Buscando retirar a histerese do sistema, Figura 4.9, aplicou-se uma carga de

50 kN por repetidas vezes, ou seja, observando a mesma variação de voltagem

decorrente da aplicação da mesma carga. Este objetivo foi alcançado, através da

utilização do aço, material isotrópico, e da correta aplicação da força sobre a célula

de carga.

Finalmente, foi considerado o fenômeno da fluência, que consiste na variação

da deformação ao longo do tempo após a aplicação da carga. Este efeito decorre de

escorregamentos entre as faces da estrutura cristalina do material e apresentam-se

como variações aparentes na intensidade da força sem que haja incrementos na

mesma, conforme apresentado na Figura 4.10.

Figura 4.9 – Histerese do sistema

Figura 4.10 – Fenômeno da "fluência" ou creep

Além destes extensômetros, que em conjunto forneciam a carga que estava

sendo aplicada em cada instante do ensaio, foi usado mais um extensômetro

http://www.celuladecarga.com.br/info/definicao.htm

adicional, para confirmar de forma independente, a deformação linear da chapa

grossa.

Antes de cada ensaio, estes conjuntos de extensômetros, em cada

extremidade da ligação, perfazendo duas células de carga, eram calibrados a fim de

se levantar a equação de reta que forneceria o valor da carga durante o ensaio

O levantamento desta equação de reta foi feito através de aplicação de carga

crescente, com leituras de variação de voltagem a cada 0,2 kN, até alcançar a carga

limite de 50 kN. Este processo foi repetido por quatro vezes, obtendo quatro

conjuntos de leituras, onde o primeiro conjunto de leituras sempre foi desprezado,

pois neste momento, observou-se que a acomodação dos parafusos ocorria.

Com estes três conjuntos de leituras de variação de voltagem foi possível

construir dois gráficos de carga

versus variação de voltagem e com estes resultados

levantar duas equações de reta, que correspondiam às duas células de carga

montadas nas extremidades superior e inferior da ligação aparafusada. De posse

destas equações foi possível programar o Sistema de Aquisição de Dados, para que

este fornecesse instantaneamente a carga que estava sendo aplicada na ligação

aparafusada.

Portanto durante cada ensaio tinha-se disponível duas células de carga

produzindo duas leituras de carga independentes acompanhadas através do

computador, além de uma leitura visual do mostrador analógico da máquina, como

pode ser visto na Figura 4.11.

Figura 4.11 – Leitura da carga digital e analógica

4.3.4 Instrumentação

Todos os ensaios tiveram sua própria nomenclatura que é apresentada na

Tabela 4.2 na página 82.

Para acompanhar a deformação nas placas de cada ensaio foram colados

cinco extensômetros em cada placa, para averiguar a deformação em locais

específicos da placa de ensaio, conforme a foto do ensaio E3_CARB_S50, mostrada

na Figura 4.12.

Figura 4.12 – Posicionamento dos extensômetros - Ensaio E3_CARB_S50

90 100 45 45 100 90

72,672,6

145,2

470

SG6 SG7 SG8 SG9 SG10

Figura 4.13 – Cotas dos extensômetros em milímetros - Ensaio E3_CARB_S50

O extensômetro é um sensor de deformação que pode ser usado diretamente

em peças na avaliação de deformações superficiais ou em diversos sistemas

50 50

SG6 SG7 SG9 SG10

SG8

mecânicos, compondo assim transdutores para grandezas como: deformação,

pressão, força, aceleração, etc. Seu funcionamento baseia-se na variação da

resistência de um material metálico depositado sobre um polímero o qual pode ser

colado na superfície sob análise. Ao se deformar longitudinalmente, o valor da

resistência varia de forma conhecida, indicando assim a deformação da superfície.

São apresentados abaixo os procedimentos típicos de colagem de

extensômetros em corpos-de-prova, que foram utilizados neste trabalho.

Primeiramente foi marcada a região na qual seria colado o extensômetro, em

seguida a superfície desta região foi totalmente polida, para que se garantisse uma

superfície livre de imperfeições, que poderia interferir no funcionamento do

extensômetro, além de proporcionar uma boa aderência. Para atingir esse nível de

rugosidade, foi utilizada uma máquina tipo “drill” da marca Western, com capacidade

de 30.000 rpm, com cabo extensor, efetuando o lixamento da superfície com três

tipos de lixas de granulometria diferentes: 200, 150, 100, respectivamente.

A limpeza da região se fez com acetona, uma solução química

desengraxante, aplicada várias vezes com utilização de algodão, e com muito

cuidado, evitando contato humano com a superfície limpa, ou seja, para não haver

contaminação da superfície com gordura das mãos.

Novamente é feita a marcação da superfície da chapa com linhas

perpendiculares para se efetuar a colagem precisa do extensômetro. O

posicionamento do extensômetro foi feito de modo que houvesse coincidência

dessas linhas perpendiculares com marcas próprias do extensômetro. Neste

momento foi feita a fixação provisória, com a utilização de fita adesiva. A cola

utilizada foi a cola de secagem rápida da marca Loctite 496, aplicada diretamente

sobre a superfície do extensômetro que seria colada na placa de ensaio

Com a utilização de uma pinça era levantado extensômetro, e com o cotonete

embebido com acetona era retirada a marca feita na placa, com outro cotonete era

secada a mesma região, e só então, a cola era aplicada na superfície de aderência

do extensômetro.

Após a fixação do extensômetro sobre a superfície da placa, coloca-se uma

forte pressão com o próprio dedo sobre o extensômetro para retirar todas as

possíveis bolhas de ar que se formam entre o extensômetro e a placa. Estas bolhas

também prejudicam as medições, pois introduzem falsas deformações sobre o

extensômetro.

Por último foi feita a proteção do extensômetro com camadas de fita adesiva

em várias direções para evitar possíveis arranques de fios ou cabos e ou também

choques mecânicos. Toda a operação exige bastante cuidado, devido a delicadeza e

fragilidade do extensômetro.

Os extensômetros deste trabalho são da marca EXCEL SENSORES, e foram

encomendados com fios mais longos com tamanho aproximado de 30 centímetros,

para facilitar a união aos cabos do Sistema de Aquisição de Dados, com a utilização

de conectores.

Todo o processo foi executado sempre verificando a resistência do

extensômetro antes e depois da colagem, evitando a colagem de extensômetro

defeituoso e confirmando a funcionabilidade do extensômetro, antes da execução do

ensaio.

Um LVDT (transdutor linear variável diferencial) da marca KYOWA, foi fixado

na máquina de tração e ligado ao Sistema de Aquisição de Dados NI-PXI-1050 da

National Instruments, para fazer as leituras de deslocamento, conforme foto da

Figura 4.14 e esquema de montagem na Figura 4.15. Após ser calibrado, fornecia

instantaneamente o valor do deslocamento ocorrido na ligação aparafusada, em

virtude da aplicação da carga.

Figura 4.14 – Localização do t

ransdutor linear variável diferencial

LVDT

Figura 4.15 – Detalhe de localização do LVDT na máquina de tração

4.3.5 Programação em Labview

Para a leitura dos dados foi usado o Programa LabView

versão 8.2 da

empresa pela

National Instruments. Foi criada uma tarefa na qual o computador

calculava simultaneamente: os valores da célula de carga, o valor do deslocamento

e os valores das deformações. Todos estes valores poderiam ser lidos manualmente

ou automaticamente. Optou-se pela leitura manual, a cada acréscimo de carga no

valor de 10 kN.

Foi criada uma janela de leitura composta de dois gráficos de leituras nos

quais apareciam a plotagem, imediata, dos valores de carga

versus deslocamento e

carga

versus deformação, podendo ser selecionado qual extensômetro deveria ser

utilizado em determinado momento. Esta janela mostrava, também, os valores das

cargas em kN fornecidas pelas células de carga inferior e superior.

As leituras da máquina foram comparadas com as lidas pelo Sistema e

apresentavam, após a ultrapassagem da calibração em 50 kN, uma defasagem

média entre as duas células de carga da ordem de 3%, devido ao Fenômeno da

fluência, da histerese do sistema e do posicionamento dos extensômetros.

www.ni.com/labview

4.3.6 Sistema de aquisição de dados

O sistema de aquisição de dados foi composto por um computador e duas

placas de captura, que foram ligadas ao experimento, através de cabos, que foram

devidamente marcados com números para identificar claramente o posicionamento

dos sensores de leitura em relação ao canal de entrada.

Os extensômetros foram calibrados antes do início dos ensaios, garantindo o

zero da sua leitura inicial. O mesmo foi feito para o LVDT, porém não foi feito para a

célula-de-carga, pois somente a variação da voltagem quando se aplicava

determinada carga foi usada.

4.3.7 Dificuldades na preparação dos ensaios

A seguir, a título de experiência, são citadas algumas dificuldades e

problemas com as soluções adotadas, que apareceram ao longo do

desenvolvimento deste trabalho:

a) O tamanho e o peso das chapas dificultavam a movimentação das mesmas,

necessitando de até seis homens para movimentar as chapas grossas de 15

mm de espessura, solução: pedir mais chapas com menores dimensões;

b) O primeiro corte executado nas chapas finas com disco de corte, da marca

NORTON, foi muito demorado. A solução foi efetuar o corte em guilhotina.

c) Esta mesma guilhotina tinha que ser supervisionada com muita atenção, pois

seu gabarito estava com erro de 1mm, solução: envolveu uma maior atenção

na execução dos ensaios;

d) A furação feita inicialmente em máquina de furar de bancada exigia muita

precisão e firmeza do operador na execução dos furos, pois não dispunha de

área suficiente para prender a chapa, com a segurança necessária para evitar

a vibração. A solução foi executar a furação em torno retificador mecânico,

produzindo furos muito mais precisos.

e) Os extensômetros confeccionados com fios medindo em média 30

centímetros, apresentavam, no extensômetro, um grande volume de solda,

que dificultava a colagem. A solução para este problema foi a diminuição do

volume de solda, através da utilização de fios mais finos.

f) Um cabo com mau contato no Sistema de Aquisição de Dados fez, momentos

antes do ensaio, com que a numeração tivesse que ser revista na tarefa.

Solução: revisar os cabos, com antecedência, antes do início de cada ensaio;

4.4 Apresentação dos ensaios experimentais

Apresenta-se abaixo o quadro resumo dos ensaios experimentais realizados

com seguinte nomenclatura:

 E – ensaio;

 1 – número do ensaio;

 CARB – aço carbono;

 INOX – aço inoxidável;

 S50 – distância em milímetros do parâmetro s, pois o parâmetro p foi fixado

em 55 mm;

 P10 – valor da espessura das placas principais utilizadas em substituição às

placas principais com 15 mm de espessura.

Cada nomenclatura do ensaio representava as características geométricas, o

tipo de aço, a placa base e os parafusos utilizados em cada lado da placa.

Todas as dimensões das figuras desta dissertação estão cotadas em

milímetros.

Tabela 4.2 – Configuração dos ensaios experimentais

Ordem Identificação s

(mm)

Tipo de

aço

Espessura

da placa

base

(mm)

Quantidade

parafusos

1 E1_CARB_S50_a 50 55 40 17,6 14,7 carbono 15 6

2 E2_CARB_S70_a 70 55 40 17,6 14,7 carbono 15 6

3 E3_CARB_S50 50 55 40 17,6 14,7 carbono 15 6

4 E4_CARB_S30 30 55 40 17,6 14,7 carbono 15 6

5 E5_INOX_S50 50 55 40 17,6 14,7 inoxidável 15 6

6 E6_CARB_S30_P10 30 55 40 17,6 14,7 carbono 10 6

7 E7_INOX_S30 30 55 40 17,6 14,7 inoxidável 15 6

8 E8_CARB_S50_P8 50 55 40 17,6 14,7 carbono 8 6

9 E9_INOX_S23 23 55 40 17,6 14,7 inoxidável 15 6

A letra, a, no primeiro e segundo ensaio representa a configuração da furação

tipo A, conforme mostrado na Figura 4.16, diferente dos outros ensaios, conforme

mostrado na configuração tipo B da Figura 4.16.

Tipo A Tipo B

Figura 4.16 – Diferentes tipos de configuração de furação das placas

Todos os ensaios com aço carbono seguiram a seguinte seqüência de

aplicação de carga:

1) Aplicação da carga até 100 kN, com leituras de 10 em 10 kN;

2) Retorno da carga até 10 kN com leituras de 20 em 20 kN;

3) Aplicação da carga até 200 kN, com leituras de 10 em 10 kN;

4) Retorno da carga até 10 kN com leituras da carga de 20 em 20 kN;

5) Aplicação da carga até a ruptura, com leituras de 10 em 10 kN.

Abaixo apresenta-se um breve resumo de cada ensaio realizado, definidos na

Tabela 4.2, com as fotos e gráficos carga versus deformação do extensômetro mais

solicitado, e curva carga versus deslocamento.

4.4.1 Ensaio E1_CARB_S50_a

O primeiro ensaio de uma ligação aparafusada foi feito com placa constituída

em aço carbono de espessura de 3 mm, conforme mostrado na Figura 4.18, tinha

como valores de s e p, 50 mm e 55 mm, respectivamente.

Este ensaio apresentou ruptura na área líquida dos três furos, com a carga de

312 kN, conforme mostrado na Figura 4.19. Considerando a aplicação de fórmulas

teóricas, mostradas anteriormente, este ensaio tinha como previsão de ruptura na

área líquida passando por dois furos, com uma carga última da ordem de 298,3 kN.

Concluiu-se imediatamente que como este valor de s era pequeno, o limite de

rompimento na área liquida passando por dois furos ainda não tinha sido alcançado.

Para tanto, partiu-se para o segundo ensaio com o valor do parâmetro s aumentado

para 70 mm.

Nas Figura 4.20 e Figura 4.21 são apresentados os gráficos: carga

versus

deformação e carga

versus deslocamento, onde pode ser observado o

comportamento linear da ligação até a carga de 250 kN, fase elástica da ligação.

Pode-se, também, observar os valores de deslocamento e deformação associados a

carga última, 1800 e 14 mm, respectivamente.

405050509050505040

17,617,6 5555

145,2

470

Figura 4.17 – Desenho geométrico do Ensaio E1_CARB_S50_a

Figura 4.18 – Ensaio E1_CARB_S50_a

Figura 4.19 – Ruptura do ensaio 1 - E1_CARB_S50_a

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Deformação (



)

Carga (kN)

ext 8

Figura 4.20 – Gráfico carga versus deformação - E1_CARB_S50_a

100

150

200

250

300

350

0 5 10 15 20 25

Deslocamento (mm)

Carga (kN)

lvdt média

Figura 4.21 – Gráfico carga versus deslocamento - E1_CARB_S50_a

4.4.2 Ensaio E2_CARB_S70_a

O segundo ensaio teve o mesmo tipo de aplicação comum aos ensaios de

aço carbono, e apresentou a ruptura na seção líquida passando por um furo,

conforme seqüência de fotos mostrada na Figura 4.23. Através do cálculo teórico era

esperada a ruptura na área líquida passando por dois furos com uma carga de 298,3

kN, porém a ligação rompeu na área líquida passando por um furo com a carga de

349,5 kN, mostrando que a ligação aparafusada estava apresentando um

comportamento de ruptura diferente do esperado. A carga última de ruptura do

ensaio ficou longe da carga teórica, provando a concentração de tensões na área

líquida do último furo. Concluiu-se pela influência da rigidez da placa de espessura

de 15 mm na distribuição da carga pelos parafusos, e que a ligação poderia estar

tendo as suas tensões concentradas nos últimos furos.

Os gráficos deste ensaio são mostrados na Figura 4.24 e Figura 4.25,

respectivamente.

Para verificar esta questão foi proposto o próximo ensaio no qual seriam

repetidos os valores de s e p do primeiro ensaio, porém com uma configuração

geométrica diferente dos parafusos na ligação em relação aos dois primeiros

ensaios.

17,617,6 5555

407070709070707040

145,2

590

Figura 4.22 – Desenho geométrico do ensaio E2_CARB_S70_a

Figura 4.23 – Seqüência de ruina do ensaio E2_CARB_S70_a

Nas Figura 4.24 e Figura 4.25 são apresentados os gráficos: carga versus

deformação e carga

versus deslocamento, onde pode ser observado o

comportamento linear da ligação até a carga de 250 kN, fase elástica da ligação.

Pode-se, também, observar o valor de deslocamento associado a carga última, de 

30 mm.

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga (kN)

ext 3

ext 8

Figura 4.24 – Gráfico carga versus deformação - E2_CARB_S70_a

100

150

200

250

300

350

400

0 5 10 15 20 25 30 35

Deslocamento (mm)

Carga (kN)

lvdt média

Figura 4.25 – Gráfico carga versus deslocamento - E2_CARB_S70_a

A carga final mostrada do gráfico carga versus deformação da Figura 4.24 é

diferente da carga final do gráfico carga

versus deslocamento da Figura 4.25, porque

no os extensômetros usados não suportaram as altas deformações impostas

rompendo antes de atingir a carga final de ruptura.

4.4.3 Ensaio E3_CARB_S50

Neste ensaio optou-se por repetir os mesmos valores de s e p do primeiro

ensaio, porém com uma configuração geométrica de parafusos diferente do primeiro

ensaio, conforme apresentado no desenho da Figura 4.26.

Esta ligação apresentou ruptura na área líquida passando por dois furos com

a carga de 310 kN, conforme seqüência de fotos mostrada na Figura 4.27. O tipo de

ruptura foi o previsto teoricamente, porém, a carga apresentada era diferente da

carga teórica de 298,3 kN. Entretanto, a diferença entre as cargas últimas de ruptura

teórica e experimental ficou mais próxima neste ensaio do que no primeiro ensaio.

Este fato indica, que a placa de espessura de 15 mm influenciava na

distribuição da carga pelos parafusos. Desta forma para o quarto ensaio buscando-

se verificar a ruptura na área líquida passando por três furos, o valor de s, foi

substancialmente reduzido para alcançar este resultado, ou seja, 30 mm, valor que

garantiria teoricamente este tipo de ruptura.

17,617,6 5555

145,2

470

405050509050505040

Figura 4.26 – Desenho geométrico do ensaio E3_CARB_S50

Figura 4.27 – Seqüência de ruptura do ensaio E3_CARB_S50

Nas Figura 4.28 e Figura 4.29 são apresentados os gráficos: carga versus

deformação e carga

versus deslocamento, onde pode ser observado o

comportamento linear da ligação até a carga de 200 kN, fase elástica da ligação.

Pode-se, também, observar o valor de deslocamento associado a carga última, de 

16 mm.

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga (kN)

ext 3

ext 8

Figura 4.28 – Gráfico carga versus deformação - E3_CARB_S50

100

150

200

250

300

350

0 5 10 15 20 25

Deslocamento (mm)

Carga (kN)

lvdt média

Figura 4.29 – Gráfico carga versus deslocamento - E3_CARB_S50

Novamente a carga final mostrada do gráfico carga

versus deformação da

Figura 4.28 é diferente da carga final do gráfico carga

versus deslocamento da

Figura 4.29, porque no gráfico carga

versus deformação os extensômetros, não

suportaram as altas deformações rompendo antes de atingir a carga final do ensaio.

Também nota-se a diferença de leitura nos dois extensômetros devido a

diferente solicitação sofrida pelas duas placas, além do terceiro canal ter

apresentado falhas de leitura.

4.4.4 Ensaio E4_CARB_S30

Este ensaio apresentou ruptura na área líquida passando por dois furos com

carga última de ruptura de 296 kN, conforme Figura 4.31, onde o esperado era de

ruptura na área líquida passando por três furos com a carga teórica de 282,5 kN.

Concluiu-se novamente, que a placa de 15 mm realmente apresentava influência na

distribuição de carga pelos parafusos, concentrando a carga nos parafusos das

extremidades da ligação.

Pretendendo confirmar e quantificar esta influência, pensou-se em utilizar

uma placa mais fina para usar como placa principal. Isto motivou a execução do

sexto ensaio com a utilização de outra placa, também constituída de aço carbono,

porém com espessura de 10 mm, menor que a placa anteriormente adotada de 15

mm.

Buscando a comparação de resultados do aço carbono com o aço inoxidável

foi determinado que o quinto ensaio fosse realizado com este material com os

mesmos valores de s e p do primeiro e do terceiro ensaio, respectivamente.

17,617,6 5555

403030309030303040

145,2

350

Figura 4.30 – Desenho geométrico do ensaio E4_CARB_S30

Figura 4.31 – Ruptura do ensaio E4_CARB_S30

Nas Figura 4.32 e Figura 4.33 são apresentados os gráficos: carga versus

deformação e carga

versus deslocamento, onde pode ser observado o

comportamento linear da ligação até a carga de 200 kN, fase elástica da ligação.

Pode-se, também, observar o valor de deslocamento associado a carga última, de 

13 mm.

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga (kN)

ext 3

ext 8

Figura 4.32 – Gráfico carga versus deformação - E4_CARB_S30

100

150

200

250

300

350

0 5 10 15 20 25

Deslocamento (mm)

Carga (kN)

lvdt média

Figura 4.33 – Gráfico carga versus deslocamento - E4_CARB_S30

4.4.5 Ensaio E5_INOX_S50

Este ensaio teve por objetivo a comparação com o primeiro e terceiro ensaios

realizados com aço carbono, mantendo-se as mesmas dimensões, ou seja, s igual a

50 mm e p igual a 55 mm, conforme desenho geométrico da Figura 4.34. Mesma

seqüência de carga utilizada para o aço carbono foi usada neste ensaio.

O resultado foi a ruptura na área líquida passando dois parafusos com a

carga última de 480 kN. Teoricamente, a ruptura deveria ocorrer primeiro na seção

bruta de chapas com a carga de 302,9 kN, seguida do corte no parafuso com a

carga de 376 kN, mais a frente ter-se-ia o esmagamento da chapa na região dos

parafusos com a carga de 466,9 kN e finalmente, romperia na área líquida passando

por dois furos com a carga de 494,6 kN.

Ocorreu no ensaio, antes da ruptura, o esmagamento da chapa mostrado

através da seqüência de fotos da Figura 4.35. Os parafusos localizados na área

líquida passando por dois parafusos, onde houve a ruptura, apresentaram

deformações associadas ao corte acentuado, conforme apresentado na Figura 4.36.

17,617,6 5555

145,2

470

405050509050505040

Figura 4.34 – Desenho geométrico do ensaio E5_INOX_S50

Figura 4.35 – Seqüência de ruptura do ensaio E5_INOX_S50

Figura 4.36 – Corte apresentado no parafuso do ensaio E5_INOX_S50

Nas Figura 4.37 e Figura 4.38 são apresentados os gráficos: carga versus

deformação e carga

versus deslocamento, onde pode ser observado o final do

comportamento linear da ligação entre as cargas de 280 kN a 320 kN. Pode-se,

também, observar o valor de deslocamento associado a carga última, de  41 mm.

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga (kN)

ext 3

ext 8

Figura 4.37 – Gráfico carga versus deformação - E5_INOX_S50

100

200

300

400

500

600

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Deslocamento (mm)

Carga (kN)

lvdt média

Figura 4.38 – Gráfico carga versus deslocamento - E5_INOX_S50

4.4.6 Ensaio E6_CARB_S30_P10

Neste ensaio, diferentemente dos demais, utilizou-se como placa base, uma

chapa de aço carbono de espessura de 10 mm, para analisar a influência da chapa

de 15 mm nos ensaios anteriores. Este ensaio apresenta as mesmas dimensões da

chapa do quarto ensaio, conforme desenho geométrico apresentado na Figura 4.39.

Este ensaio apresentou o tipo de ruptura na área líquida passando por três

furos, conforme Figura 4.40 com a carga última de ruptura de 309,5 kN, enquanto a

norma prediz o mesmo tipo de ruptura, porém com a carga última de ruptura de

282,5 kN, resistindo mais que o quarto ensaio. Este fato confirma a influência da

placa de 15 mm em não distribuir igualmente a carga por todos os parafusos.

Outra característica foi a apresentação, ao final do ensaio, de discreto

alongamento dos furos da placa de 10 mm, , conforme Figura 4.41, diferentemente

da placa de 15 mm, que apresentou um alongamento desprezível,

17,617,6 5555

403030309030303040

145,2

350

Figura 4.39 – Desenho geométrico do ensaio E6_CARB_S30_P10

Figura 4.40 – Seqüência de ruptura do ensaio E6_CARB_S30_P10

Figura 4.41 –Furos da placa base do ensaio E6_CARB_S30_P10

Nas Figura 4.42 e Figura 4.43 são apresentados os gráficos: carga

versus

deformação e carga

versus deslocamento, onde pode ser observado o

comportamento linear da ligação até a carga de 200 kN, caracterizando a fase

elástica da ligação. Pode-se, também, observar o valor de deslocamento associado

a carga última, de  18 mm.

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga (kN)

ext 3

ext 8

Figura 4.42 – Gráfico carga versus deformação - E6_CARB_S30_P10

100

150

200

250

300

350

0 5 10 15 20 25

Deslocamento (mm)

Carga (kN)

lvdt média

Figura 4.43 – Gráfico carga versus deslocamento - E6_CARB_S30_P10

100

4.4.7 Ensaio E7_INOX_S30

Este ensaio teve como objetivo avaliar o comportamento do aço inoxidável, ao

se reduzir o valor do parâmetro s buscando a ruptura na área líquida passando por

três parafusos em comparação com o quarto ensaio, com valores de s e p de 30 mm

e 55 mm, respectivamente, conforme desenho geométrico mostrado na Figura 4.44.

A seqüência de aplicação de carga deste ensaio foi diferente do quinto

ensaio, o qual repetia a seqüência do aço carbono, sendo executada a seguinte

seqüência de carregamento:

1) Aplicação da carga até 150 kN, com leituras de 10 em 10 kN;

2) Retorno da carga até 10 kN com leituras de 20 em 20 kN;

3) Aplicação da carga até 250 kN, com leituras de 10 em 10 kN;

4) Retorno da carga até 10 kN com leituras de 20 em 20 kN;

5) Aplicação da carga até a ruptura, com leituras de 10 em 10 kN.

Este ensaio apresentou ruptura na área líquida passando por dois furos com a

carga última de 459,0 kN, enquanto a norma prediz que a ruptura ocorreria primeiro

na seção bruta da chapa com a carga de 302,9 kN, seguida do corte no parafuso

com carga de 376,0 kN, mais a frente ocorreria o esmagamento da chapa na região

dos parafusos com a carga de 466,9 kN e finalmente romperia na área líquida

passando por três furos com a carga de 469,8 kN. Ocorreu no ensaio, antes da

ruptura, o esmagamento da chapa mostrado através da seqüência de fotos da

Figura 4.45. Os parafusos, localizados na área líquida da ruptura, apresentaram,

como no quinto ensaio com placas de aço inoxidável, deformações substanciais

devido ao corte.

101

17,617,6 5555

403030309030303040

145,2

350

Figura 4.44 – Desenho geométrico do ensaio E7_INOX_S30

Figura 4.45 – Seqüência de ruptura do ensaio E7_INOX_S30

Nas Figura 4.46 e Figura 4.47 são apresentados os gráficos: carga

versus

deformação e carga

versus deslocamento, onde pode ser observado o final do

comportamento linear da ligação entre as cargas de 250 kN a 300 kN. Pode-se,

também, observar o valor de deslocamento associado a carga última, de  36 mm.

102

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga (kN)

ext 3

ext 8

Figura 4.46 – Gráfico carga versus deformação - E7_INOX_S30

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Deslocamento (mm)

Carga (kN)

lvdt média

Figura 4.47 – Gráfico carga versus deslocamento - E7_INOX_S30

103

4.4.8 Ensaio E8_CARB_S50_P8

Neste ensaio, repetiu-se a configuração de parafusos do terceiro ensaio,

conforme desenho geométrico apresentado na Figura 4.48, utilizando uma chapa de

espessura de 8 mm no lugar da chapa de espessura de 15 mm.

A ruptura aconteceu na área líquida passando por dois furos com carga última

de ruptura de 326,0 kN, conforme mostra a seqüência de fotos da Figura 4.49. Pela

utilização de cálculos teóricos sem o uso de fatores de resistência, encontra-se o

mesmo tipo de ruptura, porém com carga de 298,3 kN.

Da mesma forma que no sexto ensaio, a ligação suportou mais carga que o

terceiro ensaio (310,0 kN) devido a melhor distribuição das cargas pelos parafusos.

Esta melhor distribuição das cargas deve-se ao fato da diminuição da

espessura da chapa principal, fazendo com que esta se deformasse e distribuísse

melhor o carregamento.

17,617,6 5555

145,2

470

405050509050505040

Figura 4.48 – Desenho geométrico do ensaio E8_CARB_S50_P8

104

Figura 4.49 – Seqüência de ruptura do ensaio E8_CARB_S50_P8

Nas Figura 4.50 e Figura 4.51 são apresentados os gráficos: carga

versus

deformação e carga

versus deslocamento, onde pode ser observado o

comportamento linear da ligação até a carga de 250 kN, caracterizando a fase

elástica da ligação. Pode-se, também, observar o valor de deslocamento associado

a carga última, de  17 mm.

105

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga (kN)

ext 3

ext 8

Figura 4.50 – Gráfico carga versus deformação - E8_CARB_S50_P8

100

150

200

250

300

350

0 2 4 6 8 101214161820

Deslocamento (mm)

Carga (kN)

lvdt média

Figura 4.51 – Gráfico carga versus deslocamento - E8_CARB_S50_P8

106

4.4.9 Ensaio E9_INOX_S23

Neste ensaio diminuiu-se o valor do parâmetro s baseado numa simples

consideração dos resultados dos dois últimos ensaios em aço inoxidável e a relação

entre áreas líquidas, buscando a ruptura na seção líquida passando por três furos,

resultando no desenho geométrico da Figura 4.52. A ligação foi submetida a mesma

seqüência de carregamento do aço carbono.

O ensaio apresentou a ruptura esperada na área líquida passando por três

furos com a carga última de 436,0 kN. Porém, a norma prediz que a ruptura ocorreria

primeiro na seção bruta da chapa com a carga de 302,9 kN, seguida do corte do

parafuso com uma carga de 376,0 kN, e finalmente romperia na área líquida

passando por três furos com a carga de 455,5 kN. A norma fornece para o

esmagamento da placa na região dos parafusos, uma carga de 466,9 kN. Na

seqüência de fotos da Figura 4.53 pode ser observado o esmagamento ocorrido na

placa antes da ruptura da seção líquida passando por três furos.

17,617,6 5555

402323239023232340

145,2

308

Figura 4.52 – Desenho geométrico do ensaio E9_INOX_S23

107

Figura 4.53 – Seqüência de ruptura do ensaio E9_INOX_S23

Nas Figura 4.46 e Figura 4.47 são apresentados os gráficos: carga

versus

deformação e carga

versus deslocamento, onde pode ser observado o final do

comportamento linear da ligação entre as cargas de 230 kN a 280 kN. Pode-se,

também, observar o valor de deslocamento associado a carga última, de  35 mm.

100

150

200

250

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga (kN)

ext 3

ext 8

Figura 4.54 – Gráfico carga versus deformação - E9_INOX_S23

108

100

150

200

250

300

350

400

450

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Deslocamento (mm)

Carga (kN)

lvdt média

Figura 4.55 – Gráfico carga versus deslocamento - E9_INOX_S23

4.4.10 Quadro resumo dos ensaios

Apresenta-se abaixo o quadro resumo dos ensaios experimentais realizados,

mostrando os tipos de ruptura e as cargas últimas apresentadas, os tipos de ruptura

e as cargas últimas da norma e a diferença em percentual.

Tipos de ruptura:

 AB – ruptura na área bruta;

 1F – ruptura na área líquida passando por um furo;

 2F – ruptura na área líquida passando por dois furos;

 3F – ruptura na área líquida passando por três furos;

109

Tabela 4.3 – Resumo dos ensaios experimentais

Ensaio Tipo de

ruptura

Carga

última

(kN)

Tipo de

ruptura EC-3

(kN)

Carga

última EC-3

(kN)

Diferença

(%)

Exp- EC3

E1_CARB_S50_a 3F 312,0 2F 298,3 4,6

E2_CARB_S70_a 1F 349,5 2F 298,3 17,2

E3_CARB_S50 2F 310,0 2F 298,3 3,9

E4_CARB_S_30 2F 296,0 3F 282,5 4,8

E5_INOX_S50 2F 480,0 AB 302,9 58,5

E6_CARB_S30_P10 3F 309,5 3F 282,5 9,6

E7_INOX_S30 2F 459,0 AB 302,9 51,5

E8_CARB_S50_P8 2F 326,0 2F 298,3 9,3

E9_INOX_S23 3F 436,0 AB 302,9 43,9

Neste capítulo foram apresentadas algumas considerações sobre a realização

dos ensaios experimentais, obtenção das características mecânicas e geométricas

dos ensaios, além da instrumentação dos mesmos. No capítulo seguinte,

apresentar-se-á a avaliação dos resultados obtidos nos ensaios, comparando-se

ensaios com características similares.

5 AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS EXPERIMENTAIS

5.1 Introdução

Neste capítulo apresenta-se a análise dos resultados dos ensaios de ligações

aparafusadas alternadas constituídas por aço carbono e aço inoxidável descritos no

capítulo anterior. Serão discutidos os comportamentos das ligações aparafusadas

observados nos ensaios experimentais, através de suas curvas carga

versus

deformação e carga

versus deslocamento.

Uma análise comparativa entre os resultados experimentais com a utilização

destas curvas, será considerada a fim de se estabelecer uma relação de parâmetros,

que justifique o comportamento apresentado.

A análise comparativa de curvas carga

versus deformação proporciona uma

visão global do comportamento da ligação aparafusada, com relação a sua rigidez.

Da mesma forma, uma análise comparativa de curvas carga

versus deslocamento

permite, também, uma visão do comportamento da ligação aparafusada, verificando

a carga última de ruptura e o deslocamento total apresentado pela ligação.

Em uma primeira análise de comparação da curva carga

versus

deslocamento, verifica-se o maior valor da carga última de ruptura da ligação

aparafusada em aço inoxidável do que o valor da carga última de ruptura na ligação

aparafusada em aço carbono, conforme a curva carga

versus deslocamento

apresentada na Figura 5.1.

Observa-se também que a ligação aparafusada constituída de aço inoxidável

apresenta um maior deslocamento do que a ligação aparafusada constituída de aço

carbono, comprovando o seu comportamento mais dúctil.

Estas duas observações nos parágrafos acima com certeza serão os limites

de avaliação para a obtenção de nova formulação, mais real, visando um melhor

aproveitamento na utilização do aço inoxidável.

Todos os resultados obtidos nos ensaios experimentais, juntamente com as

comparações possíveis podem ser encontradas no anexo A desta dissertação.

111

100

200

300

400

500

600

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Deslocamento (mm)

Carga (kN)

E5_I_50

E7_I_30

E9_I_23

E3_C_50

E4_C_30

E1_C_50_a

E2_C_70_a

E6_C50_P10

E8_C30_P8

Figura 5.1 – Análise comparativa - ensaios aço carbono e inoxidável

5.2 Análise dos Ensaios com Aço Carbono

Para esta análise, foram utilizados cinco extensômetros elétricos instalados e

posicionados simetricamente em cada chapa de 3 mm de espessura. Todavia, os

resultados obtidos para os extensômetros 1, 5, 6 e 10 foram inconstantes e por isto

foram desprezados, logo, somente são apresentados os dados correspondentes aos

extensômetros 2, 3, 4, 7, 8 e 9.

Observando-se a localização dos extensômetros, conforme Figura 5.2, optou-

se pelo agrupamento de resultados dos extensômetros 2, 4, 7 e 9, pois apresentam

simetria de posições, como também acontece com os extensômetros 3 e 8.

Todas as cotas dos desenhos desta dissertação encontra-se em milímetros.

112

150 40 70 70 70 90 70 70 70 40 150150

145,2

200

17,6

55 55

17,6

590

890

LADO 1 - 2

150 40 70 70 70 90 70 70 70 40 150150

145,2

200

17,6

5555

17,6

LADO 3 - 4

Figura 5.2 – Disposição dos extensômetros no ensaio E2_CARB_S70_a

5.2.1 Comparação dos ensaios E1_CARB_S50_a com E2_CARB_S70_a

Estes ensaios apresentam a mesma configuração de parafusos porém

valores diferentes do parâmetro s, permitindo analisar o seu comportamento pela

sua simples variação. Para esta análise foram agrupadas as curvas carga

versus

deformação, conforme Figura 5.3, obtidas através dos extensômetros 2 e 4 dos dois

ensaios experimentais.

Para melhorar a visualização foi colocado apenas o resultado destes

extensômetros e ao lado direito, em cada gráfico, o desenho da posição dos

extensômetros observados.

É interessante observar, que no E1_CARB_S50_a ocorreu a ruptura na área

líquida passando por três furos, enquanto no E2_CARB_S70_a na área líquida

passando por um furo, conforme observado na Figura 5.3 e Tabela 5.1,

respectivamente.

113

100

150

200

250

300

350

400

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga (kN)

ext 2 E1_C_50_a

ext 2 E2_C_70_a

ext 4 E1_C_50_a

ext 4 E2_C_70_a

Figura 5.3 – Curvas carga versus deformação dos ensaios E1 e E2 (ext. 2 e 4)

Observando-se as curvas apresentadas na Figura 5.3, nota-se no ensaio

E1_CARB_S50_a, uma maior rigidez inicial, pela comparação das diferentes

deformações apresentadas para uma mesma carga no início do carregamento.

Este efeito foi causado pelo menor valor do parâmetro s mobilizando

imediatamente os três parafusos, pela concentração de tensões nos primeiros furos

provocada pela placa de 15 mm de espessura.

Observa-se que a maior carga última foi alcançada pelo ensaio

E2_CARB_S70_a, devido a necessidade de se atingir uma carga maior para vencer

a maior resistência proporcionada pela área líquida na seção de um furo, conforme

mostrado nas curvas carga

versus deslocamento da Figura 5.4.

114

100

150

200

250

300

350

400

0 5 10 15 20 25 30 35

Deslocamento (mm)

Carga (kN)

E1_CARB_S_50_a

E2_CARB_S_70_a

Figura 5.4 – Curvas carga versus deslocamento dos ensaios E1 e E2

Ao comparar os valores experimentais com os valores teóricos da norma

(EUROCODE 3, 2003), verifica-se a grande diferença na carga última apresentada

pelo ensaio E2_CARB_S70_a e os diferentes modos de colapso apresentados pelos

ensaios E1_CARB_S50_a e E2_CARB_S70_a, conforme mostrado na Tabela 5.1.

Tabela 5.1 – Valores teóricos e experimentais dos ensaios E1 e E2

Ensaio Tipo de

ruptura

Carga

última

(kN)

Tipo de

ruptura EC-3

(kN)

Carga

última EC-3

(kN)

Diferença

(%)

E1_CARB_S50_a 3F 312,0 2F 298,3 4,6

E2_CARB_S70_a 1F 349,5 2F 298,3 17,2

Esse comportamento é devido a grande diferença em absorção de carga

pelos parafusos de mesma linha, promovida pela diferente configuração de

parafusos, como pode ser observado no gráfico percentagem de carga por linha de

parafuso

versus carga total aplicada apresentado na Figura 5.5. Apesar disto, os

115

limites do Eurocode podem ser interpretados como limites inferiores para o

problema.

100

120

0 50 100 150 200 250 300

carga (kN)

carga (%)

E1 primeira

E1 segunda

E2 primeira

E2 segunda

Figura 5.5 – Curvas percentagem de carga por linha de parafuso versus carga total

aplicada - E1 e E2

Estes dados foram retirados pela média das deformações fornecidas pelos

extensômetros colados na placa de ensaio com espessura de 3 mm.

A primeira seção transversal no sentido de aplicação da carga, ou seja, a

primeira seção mais perto do centro da chapa, onde foram colados os

extensômetros 1,5,6 e 10 (ver Figura 5.6).

A seção transversal no meio da placa, onde foram colados os extensômetros

3 e 8, foi considerada a seção de aplicação total da força.

A segunda seção transversal no sentido de aplicação da carga é

caracterizada pela a segunda seção mais longe do centro da placa, onde foram

colados os extensômetros 1,5,6 e 10 (ver Figura 5.6).

Estas seções estão definidas para os dois tipos de furação nos desenhos

apresentados na Figura 5.6.

SEGUNDA PRIMEIRA PRIMEIRA SEGUNDA

116

SEGUNDA PRIMEIRA PRIMEIRA SEGUNDA

TIPO A

SEGUNDA PRIMEIRA PRIMEIRA SEGUNDA

TIPO B

Figura 5.6 – Localização das seções nas chapas de ensaio

5.2.2 Comparação dos ensaios E1_CARB_S50_a e E2_CARB_S70_a com

E3_CARB_S50 e E4_CARB_S30

A diferença dos ensaios experimentais E1_CARB_S50_a e E2_CARB_S70_a

para os ensaios experimentais E3_CARB_S50 e E4_CARB_S30 foi a disposição dos

parafusos, conforme mostra a Figura 5.7. Observa-se que nos dois primeiros

ensaios, a primeira seção após o eixo de simetria da ligação é constituída por um

117

parafuso enquanto que nos ensaios E3_CARB_S50 e E4_CARB_S30 existem dois

parafusos nesta mesma seção.

E3_CARB_S50 E1_CARB_S50_a

Figura 5.7 – Configurações de furação

Para esta análise foi construída a comparação das curvas carga

versus

deformação mostradas na Figura 5.8, nas quais são agrupados os comportamentos

dos ensaios experimentais envolvidos, observados pelo extensômetro 2.

Novamente, para melhorar a visualização dos resultados utilizam-se apenas

as leituras de um extensômetro, e ao lado direito, do gráfico, a posição do

extensômetro nos ensaios considerados.

Podem ser obtidas no anexo A desta dissertação, para eventual consulta, as

curvas obtidas de todos os ensaios experimentais, além de todas as comparações

possíveis.

118

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga (kN)

ext 2 E1_C_50_a

ext 2 E2_C_70_a

ext 2 E3_C_50

ext 2 E4_C_30

Figura 5.8 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E1, E2, E3 e E4 (ext. 2)

Observa-se que os ensaios E1_CARB_S50_a e E2_CARB_S70_a

apresentam maior rigidez inicial do que os ensaios E3_CARB_S50 e

E4_CARB_S30, devido a configuração da furação ser diferente entre eles.

Esta maior rigidez inicial prova que os ensaios E1_CARB_S50_a e

E2_CARB_S70_a apresentaram uma melhor distribuição de tensão no final da

ligação mais equilibrada que os ensaios E3_CARB_S50 e E4_CARB_S30.

Nas curvas carga

versus deslocamento da Figura 5.9, observa-se que o

ensaio E2_CARB_S70_a apresenta maior carga última de ruptura do que os ensaios

E1_CARB_S50_a, E3_CARB_S50 e E4_CARB_S30, devido a sua ruptura ter

ocorrido na seção da área líquida de um furo, possuindo maior área líquida a ser

vencida, que na seção da área líquida passando por dois furos dos ensaios

E3_CARB_S50 e E4_CARB_S30 e passando por três furos do ensaio

E1_CARB_S50_a, respectivamente.

119

100

150

200

250

300

350

400

0 5 10 15 20 25 30 35

Deslocamento (mm)

Carga (kN)

E1_C_50_a

E2_C_70_a

E3_C_50

E4_C_30

Figura 5.9 – Curvas carga versus deslocamento - Ensaios E1, E2, E3 e E4

Considerando-se um erro tolerável de 10% e comparando-se os valores

experimentais com os valores teóricos do Eurocode, verifica-se novamente a

diferença na carga última apresentada pelo ensaio E2_CARB_S70_a e um diferente

modo de colapso apresentado pelo ensaio E4_CARB_S30, mostrados na Tabela

5.2.

Tabela 5.2 – Valores teóricos e experimentais dos ensaios E1, E2, E3 e E4

Ensaio Tipo de

ruptura

Carga

última

(kN)

Tipo de

ruptura EC-3

(kN)

Carga

última EC-3

(kN)

Diferença

(%)

E1_CARB_S50_a 3F 312,0 2F 298,3 4,6

E2_CARB_S70_a 1F 349,5 2F 298,3 17,2

E3_CARB_S50 2F 310,0 2F 298,3 3,9

E4_CARB_S30 2F 296,0 3F 282,5 4,8

120

Pode-se observar na Figura 5.10 a melhor distribuição de carga dos ensaios

E3_CARB_S50 e E4_CARB_S30 executados com furação tipo B em relação aos

ensaios E1_CARB_S50_a e E2_CARB_S70_a executados com furação tipo A.

100

120

0 50 100 150 200 250 300

carga (kN)

carga (%)

E1 primeira

E1 segunda

E2 primeira

E2 segunda

E3 primeira

E3 segunda

E4 primeira

E4 segunda

Figura 5.10 – Curvas percentagem de carga por linha de parafuso versus carga total

aplicada - E1, E2, E3 e E4

Novamente, os limites do Eurocode podem ser interpretados como limites

inferiores para o problema.

5.2.3 Comparação dos ensaios E1_CARB_S50_a, E3_CARB_S50 e

E8_CARB_S50_P8

Estes ensaios experimentais foram comparados, pois apresentam ligações

aparafusadas alternadas constituídas de aço carbono com o mesmo valor do

parâmetro s, ou seja, os ensaios E1_CARB_S50_a, E3_CARB_S50 e

E8_CARB_S50_P8 têm o valor de s fixado em 50 mm. Todavia, a placa interna no

ensaio E8_CARB_S50_P8 possui espessura de 8 mm, diferentemente dos outros

dois ensaios, onde foi utilizada uma placa de 15 mm de espessura.

Analisando-se as curvas carga

versus deformação apresentadas na Figura

5.11 construídas através da comparação dos resultados fornecidos pelo

121

extensômetro 7, observa-se uma maior rigidez inicial do ensaio E1_CARB_S50_a,

no qual ocorreu a ruptura na área líquida dos três furos, mostrando, novamente, a

influência da configuração da furação no resultado final em termos de rigidez da

ligação.

Os três ensaios apresentam cargas últimas diferentes, onde o ensaio

experimental E8_CARB_S50_P8 apresenta maior resistência, como pode ser

observado nas curvas carga

versus deslocamento apresentadas na Figura 5.12,

devido a melhor distribuição da carga aplicada entre os parafusos, proporcionada

pela utilização da placa de menor espessura no ensaio.

Nas curvas carga

versus deformação da Figura 5.11, e em todas as curvas

carga

versus deformação de todos os ensaios, não é possível visualizar as cargas

últimas dos ensaios, porque os extensômetros deixaram de registrar as leituras

antes dos ensaios atingirem a carga última.

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga (kN)

ext 7 E1_C_50_a

ext 7 E3_C_50

ext 7 E8_C_50_P8

Figura 5.11 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E1, E3 e E8 (ext. 7)

122

100

150

200

250

300

350

0 5 10 15 20 25

Deslocamento (mm)

Carga (kN)

E1_CARB_S_50

E3_CARB_S_50

E8_CARB_S_50_P8

Figura 5.12 – Curvas carga versus deslocamento - Ensaios E1, E3 e E8

Ao comparar os valores experimentais com os valores teóricos do Eurocode,

verifica-se novamente outro modo de colapso para o ensaio E1_CARB_S50_a,

mostrados na Tabela 5.3.

Tabela 5.3 – Valores teóricos e experimentais dos ensaios E1, E3 e E8

Ensaio Tipo de

ruptura

Carga

última

(kN)

Tipo de

ruptura EC-3

(kN)

Carga

última EC-

3 (kN)

Diferença

(%)

E1_CARB_S50_a 3F 312,0 2F 298,3 4,6

E3_CARB_S50 2F 310,0 2F 298,3 3,9

E8_CARB_S50_P8 2F 326,0 2F 298,3 9,3

Pode-se observar na Figura 5.13 a melhor distribuição de carga pelos

parafusos dos ensaios E3_CARB_S50 e E8_CARB_S50_P8, diferente em

comparação com o ensaio E1_CARB_S50_a, devido a mudança da configuração da

furação.

123

100

120

0 50 100 150 200 250 300

carga (kN)

carga (%)

E1 primeira

E1 segunda

E8 primeira

E8 segunda

E3 primeira

E3 segunda

Figura 5.13 – Curvas percentagem de carga por linha de parafuso versus carga total

aplicada - E1, E3 e E8

Observa-se, também, uma melhor distribuição de carga no ensaio

E8_CARB_S50_P8 devido a utilização da placa principal com 8 mm de espessura

5.2.4 Comparação dos ensaios E3_CARB_S50, E4_CARB_S30,

E6_CARB_S30_P10 e E8_CARB_S50_P8

Neste item comparam-se os resultados dos ensaios experimentais de

ligações aparafusadas alternadas de placas constituídas de aço carbono,

apresentando dois valores distintos para o parâmetro s e também com variação da

placa principal.

Analisando-se as curvas carga

versus deformação da Figura 5.14,

construídas pela leitura do extensômetro 4, conclui-se que as ligações aparafusadas

dos ensaios experimentais E4_CARB_S30 e E6_CARB_S30_P10 com valores de s

fixados em 30 mm possuem mais rigidez do que as ligações aparafusadas dos

ensaios experimentais E3_CARB_S50 e E8_CARB_S50_P8 com valores de s

fixados em 50 mm e placas principais mais finas com espessura de 8 e 10 mm,

respectivamente.

124

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga (kN)

ext 4 E3_C_50

ext 4 E4_C_30

ext 4 E6_C_30_P10

ext 4 E8_C_50_P8

Figura 5.14 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E3, E4, E6 e E8 (ext. 4)

Na curva carga

versus deslocamento mostrada na Figura 5.15, pode-se

constatar que os ensaios com valor do parâmetro s maiores tiveram as maiores

resistências sendo que as placas finas, proporcionaram melhor distribuição da carga,

apresentando melhores resultados em termos de resistência final

125

100

150

200

250

300

350

0 5 10 15 20 25

Deslocamento (mm)

Carga (kN)

E3_C_50

E4_C_30

E6_C_30_P10

E8_C_50_P8

Figura 5.15 – Curvas carga versus deslocamento - Ensaios E3, E4, E6 e E8

Comparando os valores experimentais com os valores teóricos do Eurocode,

verifica-se novamente diferentes modos de colapso apresentado pelo ensaio

E4_CARB_S_30, mostrado na Tabela 5.4.

Tabela 5.4 – Valores teóricos e experimentais dos ensaios E3, E4, E6 e E8

Ensaio Tipo de

ruptura

Carga

medida

(kN)

Tipo de

ruptura EC-3

(kN)

Carga

prevista EC-3

(kN)

Diferença

(%)

E3_CARB_S50 2F 310,0 2F 298,3 3,9

E4_CARB_S30 2F 296,0 3F 282,5 4,8

E6_CARB_S30_P10 3F 309,5 3F 282,5 9,6

E8_CARB_S50_P8 2F 326,0 2F 298,3 9,3

Pode-se observar na Figura 5.16, que na primeira seção, a distribuição de

carga pelos parafusos apresenta um ordenamento levando em consideração

primeiramente o valor do parâmetro s e em seguida a espessura da placa,

apresentando a maior percentagem de carregamento os maiores valores de s, e

126

apresentando a maior percentagem de carregamento os maiores valores da

espessura da placa principal.

Observa-se, também, uma melhor distribuição de carga nos ensaios

E6_CARB_S30_P10 e E8_CARB_S50_P8, que utilizaram a placa principal mais

fina.

100

0 50 100 150 200 250 300

carga (kN)

carga (%)

E4 primeira

E4 segunda

E8 primeira

E8 segunda

E3 primeira

E3 segunda

E6 primeira

E6 segunda

Figura 5.16 – Curvas percentagem de carga por linha de parafuso versus carga total

aplicada - E3, E4, E6 e E8

5.3 Ligações com aço inoxidável

A análise das ligações aparafusadas alternadas de chapas constituídas de

aço inoxidável será feita da mesma forma que foi feita para ligações constituídas de

aço carbono.

O uso de curvas carga

versus deformação e carga versus deslocamento

permite avaliar o comportamento da ligação aparafusada alternada de chapas

constituídas de aço inoxidável, mostrando uma comparação entre estas ligações e

as ligações de aço carbono a ser apresentada posteriormente.

Para esta análise, foram novamente utilizados cinco extensômetros elétricos

instalados e posicionados simetricamente em cada chapa de 3 mm de espessura.

127

Todavia, como nos ensaios das chapas de aço carbono, os resultados obtidos para

os canais 1, 5, 6 e 10 foram inconclusivos, e assim, somente apresentam-se os

dados correspondentes aos extensômetros 2, 3, 4, 7, 8 e 9, respectivamente.

Novamente, pode-se agrupar alguns resultados retirados da mesma posição

de leitura, comparando seus comportamentos e fazendo uma análise da variação

dos parâmetros que influenciam no comportamento global das ligações em estudo.

Repete-se, novamente, a colagem dos extensômetros 2, 4, 7 e 9 em simetria,

com a mesma localização, invertidas as posições, como também acontece com os

extensômetros 3 e 8 (ver Figura 5.2 apresentada anteriormente).

5.3.1 Comparação dos ensaios E5_INOX_S50, E7_INOX_S30 e E9_INOX_S23

A primeira análise foi feita com a comparação dos resultados dos três ensaios

realizados com as chapas constituídas de aço inoxidável, lembrando que os três

ensaios tiveram as dimensões idênticas apenas variando o valor do parâmetro s.

Observando-se as curvas carga

versus deslocamento mostradas na Figura

5.17 conclui-se que o valor do parâmetro s governou a resistência última dos

ensaios.

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Deslocamento (mm)

Carga (kN)

E5_I_50

E7_I_30

E9_I_23

Figura 5.17 – Curvas carga versus deslocamento - Ensaios E5, E7 e E9

128

Analisando-se as curvas carga versus deformação, mostradas na Figura 5.18

pode-se concluir que a maior rigidez inicial foi apresentada pelos ensaios,

E7_INOX_S30 e E9_INOX_S23, porém o ensaio E5_INOX_S50 apresenta a maior

resistência última. Nestes ensaios observou-se um comportamento similar ao das

ligações constituídas de aço carbono, onde os ensaios com menor valor do

parâmetro s, apresentaram o comportamento de maior rigidez em relação aos

outros, com maior valor do parâmetro s.

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga (kN)

ext 4 E5_I_50

ext 4 E7_I_30

ext 4 E9_I_23

Figura 5.18 – Curvas carga versus deformação - Ensaio E5, E7 e E9 (ext. 4)

Estas curvas carga

versus deformação da Figura 5.18, também mostram um

agrupamento do comportamento dos ensaios E7_INOX_S30 e E9_INOX_S23

devido a pequena diferença entre os valores do parâmetro s, comparada com o

ensaio E5_INOX_S50, mostrando a evolução do comportamento da ligação com a

variação do parâmetro s.

Comparando os valores experimentais com os valores teóricos do Eurocode,

verifica-se uma grande diferença na carga última e diferentes modos de colapso

apresentados pelos ensaios E5_INOX_S50, E7_INOX_S30 e E9_INOX_S23,

conforme mostrado na Tabela 5.5.

129

Tabela 5.5 – Valores teóricos e experimentais dos ensaios E5, E7 e E9

Ensaio Tipo de

ruptura

Carga

última

(kN)

Tipo de

ruptura EC-3

(kN)

Carga última

EC-3 (kN)

Diferença

(%)

E5_INOX_S50 2F 480,0 AB 302,9 58,5

E7_INOX_S30 2F 459,0 AB 302,9 51,5

E9_INOX_S23 3F 436,0 AB 302,9 43,9

Observa-se uma melhor distribuição de carga no ensaio E9_INOX_S23 e

uma pior distribuição de carga no ensaio E7_INOX_S30. Porém, diferentemente

destes ensaios, o ensaio E5_INOX_S50 apresenta um comportamento de

diminuição do percentual de carga de cada seção mostrando uma maior capacidade

de absorção de carga e apresentando a maior carga última dos ensaios.

100

0 50 100 150 200 250

carga (kN)

carga (%)

E5 primeira

E5 segunda

E7 primeira

E7 segunda

E9 primeira

E9 segunda

Figura 5.19 – Curvas percentagem de carga por linha de parafuso versus carga total

aplicada - E5, E7 e E9

130

5.4 Comparação dos resultados do aço carbono com o aço inoxidável

Este sub-capítulo foi desenvolvido para estudar as ligações aparafusadas

alternadas constituídas de aço inoxidável e para tanto foram construídas ligações

semelhantes às utilizadas para o aço carbono, ou seja, com mesma geometria, para

realização de uma análise comparativa.

5.4.1 Comparação dos ensaios E5_INOX_S50, E7_INOX_S30 e E9_INOX_S23 com

E3_CARB_S50 e E4_CARB_S30

Comparando-se os ensaios E5_INOX_S50, E7_INOX_S30 e E9_INOX_S23

com os ensaios E3_CARB_S50 e E4_CARB_S30, que foram executados com a

mesma placa principal, observa-se através das curvas carga

versus deslocamento

mostradas na Figura 5.20, a diferença de comportamento entre as ligações

constituídas pelos dois materiais utilizados neste trabalho.

As ligações em aço inoxidável apresentaram uma resistência última superior

em relação às ligações em aço carbono, além de possuir maior ductilidade devido ao

maior deslocamento sofrido conforme observado na Figura 5.20.

100

200

300

400

500

600

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Deslocamento (mm)

Carga (kN)

E5_I_50

E7_I_30

E9_I_23

E3_C_50

E4_C_30

Figura 5.20 – Curvas carga versus deslocamento - Ensaios E3, E4, E5, E7 e E9

131

E3_CARB_S50 E4_CARB_S30

E5_INOX_S50 E7_INOX_S30

E9_INOX_S23

Figura 5.21 – Modos de ruptura - Ensaios E3, E4, E5, E7 e E9

Observa-se nas curvas carga

versus deformação construídas com as leituras

retiradas do extensômetro 2, dos ensaios E5_INOX_S50, E7_INOX_S30 e

E9_INOX_S23, E3_CARB_S50 e E4_CARB_S30, apresentadas na Figura 5.22, que

a rigidez inicial apresentada pela ligação aparafusada de chapas constituídas de aço

132

carbono, diminui mais rápido, do que a rigidez da ligação aparafusada de chapas

constituídas de aço inoxidável.

Este comportamento verificado através das curvas carga

versus deformação,

mostra que ligação aparafusada de chapas constituídas de aço inoxidável tem uma

maior capacidade de absorção de carga, através da sua maior capacidade de

deformação, apresentando uma maior carga última.

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga (kN)

ext 2 E5_I_50

ext 2 E7_I_30

ext 2 E9_I_23

ext 2 E3_C_50

ext 2 E4_C_30

Figura 5.22 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E3, E4, E5, E7 e E9

Comparando os valores experimentais com os valores teóricos do Eurocode,

verifica-se que o ensaio E3_CARB_S50 é o único que apresentou o modo de

colapso idêntico ao previsto pelo Eurocode, e novamente observa-se as cargas

últimas dos ensaios em aço inoxidável muito altas e modos de colapsos diferentes

do Eurocode, conforme apresentado na Tabela 5.6.

133

Tabela 5.6 – Valores teóricos e experimentais dos ensaios E3, E4, E5, E7 e E9

Ensaio Tipo de

ruptura

Carga

última

(kN)

Tipo de

ruptura EC-3

(kN)

Carga última

EC-3 (kN)

Diferença

(%)

E3_CARB_S50 2F 310,0 2F 298,3 3,9

E4_CARB_S30 2F 296,0 3F 282,5 4,8

E5_INOX_S50 2F 480,0 AB 302,9 58,5

E7_INOX_S30 2F 459,0 AB 302,9 51,5

E9_INOX_S23 3F 436,0 AB 302,9 43,9

Observa-se, através das curvas da Figura 5.23, nos ensaios E3_CARB_S50 e

E4_CARB_S_30, um comportamento na distribuição de carga, nas seções das

linhas dos parafusos perpendiculares a aplicação da carga, diferente dos ensaios

executados em aço inoxidável, que apresentam curvas bem definidas com a

tendência de diminuição da percentagem de carga nas linhas dos parafusos, com o

aumento da carga. O ensaio E4_CARB_S_30, que possui um menor valor do

parâmetro s, apresenta uma melhor distribuição de carga do que o ensaio

E3_CARB_S50, conforme mostrado nas curvas apresentadas na Figura 5.23.

100

0 50 100 150 200 250

carga (kN)

carga (%)

E5 primeira

E5 segunda

E7 primeira

E7 segunda

E9 primeira

E9 segunda

E4 primeira

E4 segunda

E3 primeira

E3 segunda

Figura 5.23 – Curvas percentagem de carga por linha de parafuso versus carga total

aplicada - E3, E4, E5, E7 e E9

134

5.4.2 Comparação dos ensaios E5_INOX_S50, E7_INOX_S30 e E9_INOX_S23 com

E6_CARB_S50_P10 e E8_CARB_S30_P8

O mesmo comportamento da comparação do item anterior é observado

quando agora analisam-se as curvas carga

versus deslocamento e carga versus

deformação, mostradas nas Figura 5.24 e Figura 5.25, respectivamente, dos ensaios

com aço inoxidável E5_INOX_S50, E7_INOX_S30 e E9_INOX_S23, e os ensaios

com aço carbono E6_CARB_S50_P10 e E8_CARB_S30_P8.

Apenas observa-se uma melhor adequação entre curvas devido ao uso de

placas mais finas nos ensaios experimentais de ligações aparafusadas constituídas

de aço carbono, compensando um pouco a diferença da maior deformação

apresentada pelas ligações constituídas de aço inoxidável.

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Deslocamento (mm)

Carga (kN)

E5_I_50

E7_I_30

E9_I_23

E8_C_50_P8

E6_C_30_P10

Figura 5.24 – Curvas carga versus deslocamento - Ensaios E5, E6, E7, E8 e E9

135

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga (kN)

ext 2 E5_I_50

ext 2 E7_I_30

ext 2 E9_I_23

ext 2 E6_C_30_P10

ext 2 E8_C_50_P8

Figura 5.25 – Curvas carga versus deformação Ensaios E5, E6, E7, E8 e E9

E6_CARB_S50_P10 E8_CARB_S30_P8

E5_INOX_S50 E7_INOX_S30

Figura 5.26 – Modo de ruptura - Ensaios E5, E6, E7e E8

136

E9_INOX_S23

Figura 5.27 – Modo de ruptura - Ensaio E9

Comparando os valores experimentais com os valores teóricos do Eurocode,

verifica-se que os ensaios E6_CARB_S30_P10 e E8_CARB_S50_P8 apresentaram

o modo de colapso idêntico ao previsto pelo Eurocode, e novamente observam-se

as cargas últimas dos ensaios em aço inoxidável muito altas e modos de colapso

diferentes do Eurocode, conforme apresentado na Tabela 5.7.

Tabela 5.7 – Valores teóricos e experimentais dos ensaios E5, E6, E7, E8 e E9

Ensaio Tipo de

ruptura

Carga

última

(kN)

Tipo de

ruptura EC-3

(kN)

Carga

última EC-3

(kN)

Diferença

(%)

E5_INOX_S50 2F 480,0 AB 302,9 58,5

E6_CARB_S30_P10 3F 309,5 3F 282,5 9,6

E7_INOX_S30 2F 459,0 AB 302,9 51,5

E8_CARB_S50_P8 2F 326,0 2F 298,3 9,3

E9_INOX_S23 3F 436,0 AB 302,9 43,9

Observa-se, através das curvas da Figura 5.28, que os ensaios

E6_CARB_S30_P10 e E8_CARB_S50_P8 apresentam um comportamento na

distribuição de carga, nas seções das linhas dos parafusos perpendiculares a

aplicação da carga, diferente dos ensaios executados em aço inoxidável, porém com

137

alguma semelhança entre si. Os ensaios com placas constituídas de aço inoxidável

apresentam curvas bem definidas com a tendência de diminuição da percentagem

de carga nas linhas dos parafusos, com o aumento da carga. Novamente o

comportamento se repete, onde o ensaio E6_CARB_S30_P10, que possui um

menor valor do parâmetro s, apresenta uma melhor distribuição de carga do que o

ensaio E8_CARB_S50_P8, conforme mostrado nas curvas apresentadas na Figura

5.28

100

0 50 100 150 200 250

carga (kN)

carga (%)

E5 primeira

E5 segunda

E7 primeira

E7 segunda

E9 primeira

E9 segunda

E6 primeira

E6 segunda

E8 primeira

E8 segunda

Figura 5.28 – Curvas percentagem de carga por linha de parafuso versus carga total

aplicada - E5, E6, E7, E8 e E9

São mostrados na Tabela 5.8 e Tabela 5.9, respectivamente, os valores

teóricos das cargas últimas das ligações aparafusadas constituídas em aço carbono

e aço inoxidável com valores do parâmetro s executados neste trabalho.

Encontra-se uma diferença média de 12% dos valores de A

e A

net

para

ligações em aço carbono, conforme Tabela 5.10. Esta diferença demonstra a

pequena capacidade de encruamento do aço carbono, mostrando, como

comprovado neste trabalho, a sua baixa capacidade de rigidez e a sua baixa

resistência plástica, comparada com a do aço inoxidável.

138

Verifica-se, também, uma diferença média de 62% dos valores de A

net

para ligações em aço inoxidável, conforme Tabela 5.11. Esta diferença

demonstra a grande capacidade de encruamento do aço inoxidável, mostrando,

como também comprovado neste trabalho, a sua alta rigidez e a sua alta resistência

plástica, comparada com a do aço carbono.

Tabela 5.8 – Valores teóricos dos ensaios em aço carbono

(mm)

(kN)

Cisalhamento

(kN)

Esmagamento

(kN)

Carga de

Ruptura

(kN)

30 334,1 298,3

282,5

371,3 328,1

282,5

50 334,1

298,3

320,1 371,3 328,1

298,3

Tabela 5.9 – Valores teóricos dos ensaios em aço inoxidável

(mm)

(kN)

(kN))

Cisalhamento

(kN)

Esmagamento

(kN)

Carga de

Ruptura

(kN)

302,9

494,6 455,5 376,0 466,9

302,9

494,6 469,8 376,0 466,9

302,9

494,6 531,8 376,0 466,9

302,9

Tabela 5.10 – Diferença percentual de A

e A

net

- ensaios em aço carbono

AB (kN) 2F (kN) 3F (kN) AB/2F (%) AB/3F (%) Média (%)

334,1 298,3 282,5 112,0 118,3 115,1

334,1 298,3 320,1 112,0 104,4 108,2

Média (%) 111,7

139

Tabela 5.11 – Diferença percentual de A

e A

net

- ensaios em aço inoxidável

AB (kN) 2F (kN) 3F (kN) AB/2F (%) AB/3F (%) Média (%)

302,9 494,6 455,5 163,3 150,4 156,8

302,9 494,6 469,8 163,3 155,1 159,2

302,9 494,6 531,8 163,3 175,6 169,4

Média (%) 161,8

Neste capítulo foram apresentados os resultados dos ensaios experimentais

realizados neste trabalho e no capítulo seguinte, apresentar-se-ão as considerações

finais com as principais conclusões deste trabalho além sugestões para trabalhos

futuros.

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS

6.1 Introdução

A utilização de ligações aparafusadas alternadas tem se mostrado de grande

importância no projeto de estruturas de aço possibilitando uma maior redução nos

custos de fabricação e montagem.

Na tentativa de se avaliar o real comportamento das ligações aparafusadas

alternadas com chapas constituídas em aço inoxidável, poucos trabalhos têm sido

desenvolvidos nesta área.

Poucos ensaios em laboratório foram realizados que possibilitassem a

calibração dos modelos existentes. Desta forma, comenta-se a seguir, os

procedimentos adotados na realização deste trabalho.

Este trabalho foi baseado no Eurocode 3 (Eurocode 3, 2003) – Norma

Européia para Projeto de Estruturas de Aço por se tratar de uma norma que

considera o comportamento das ligações em estruturas de aço inoxidável.

Foram feitos cálculos preliminares de forma a avaliar o comportamento da

ligação aparafusada alternada, ao se variar os parâmetros s e p, e mesmo com a

utilização do fator de correção k

, não se observou um outro estado limite último,

que não fosse a plastificação da sessão bruta do aço inoxidável.

Os resultados do corte no parafuso pelo efeito de cisalhamento foram

preteridos em função da análise do estado limite último da seção bruta, através do

escoamento, da seção líquida, através da ruptura, e do esmagamento da placa na

seção dos parafusos.

Considerando as análises feitas através destes modos de ruína, a ligação

aparafusada constituída de aço inoxidável mostrou durante os ensaios uma grande

capacidade de deformação antes da ruptura, característica que se mostrou útil na

redistribuição da força aplicada pelos parafusos.

A metodologia de cálculo das ligações alternadas constituídas de aço

inoxidável considera a presença desta grande deformação, impondo apenas uma

limitação, através do escoamento da seção bruta, sendo esta a resistência plástica

da ligação aparafusada para o esforço axial máximo que ela poderá suportar,

141

mantendo os procedimentos aplicáveis válidos para o aço carbono. Vale ressaltar

que não existe nenhum fundamento para justificar este limite empírico, a não ser de

garantir a ligação segura sob o aspecto da grande deformação apresentada. Vale

lembrar que existem alguns tipos de estruturas onde o esforço axial proveniente das

ligações é muito alto podendo ser melhor dimensionadas com aço inoxidável, fato

que motiva uma melhor investigação do seu comportamento.

Tendo em mente esta limitação encontrada no Eurocode 3, o principal

objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento de ligações aparafusadas em

estruturas de aço submetidas a esforço axial de tração fora deste limite, determinado

pela norma.

Sendo assim, foram comparados os comportamentos de dois tipos de

ligações aparafusadas sendo uma constituída de aço carbono e outra de aço

inoxidável. Para tanto foram realizados nove ensaios de ligações, sendo que seis em

aço carbono e três em aço inoxidável.

A concepção geométrica dos ensaios bem como a instrumentação dos

mesmos, para aquisição dos dados no sistema de aplicação de carga, são

inovadoras, onde não se encontrou nenhuma referência similar na literatura.

O sistema de aquisição de dados através da construção de células-de-carga

no próprio ensaio se mostrou-se bem eficiente, e a disposição dos extensômetros

também se mostrou-se capaz tanto na captura de dados quanto na sua utilização na

comparação entre si e outros ensaios.

Um dos problemas verificados na leitura das cargas aplicadas foi a utilização

de chapas base mais finas, proporcionando desvio de leituras maiores. Isso não

inviabilizou a sua utilização, pois sua validade foi verificada, através da comparação

dos valores apresentados pelas duas células-de-carga e também pelo valor

analógico lido da máquina de tração, que foi aferido antes da realização dos

ensaios.

Por fim, utilizou-se um LVDT (transdutor linear variável diferencial) conectado

a este sistema de aquisição de dados possibilitando a leitura do deslocamento da

ligação aparafusada, tornando ainda mais precisos os resultados aferidos.

142

6.2 Conclusões

A comparação de resultados mostrou-se efetivamente útil na visualização dos

comportamentos apresentados pelos ensaios com mesmas características

geométricas. A análise dos resultados obtidos nos ensaios das ligações

aparafusadas constituídas de aço carbono permitiu algumas conclusões importantes

conforme descrito a seguir:

 os valores de carga última, dos ensaios em aço carbono, obtidos através do

Eurocode 3, apresentaram valores coerentes quando comparado com os

obtidos experimentalmente, estando o dimensionamento sempre a favor da

segurança;

 o ensaio com menor valor do parâmetro s em comparação com um outro

maior apresentou uma rigidez inicial maior;

 a configuração da furação Tipo A e a utilização da placa principal mais grossa

provocaram no ensaio E2_CARB_S70_a outro tipo de comportamento na

ligação aparafusada diferente do previsto pela norma, provocando a mudança

no modo de ruptura. Esta ruptura na seção passando por um furo aumentou

para 17% a diferença entre a carga última experimental e a teórica. Isto

mostra que a forma de cálculo prevista no Eurocode 3 deve ser reavaliada.

Entretanto, a norma ainda se mostra eficiente a favor da segurança, por

mostrar uma carga de ruptura 60% menor da encontrada experimentalmente;

 A configuração de furação Tipo A apresentou maior rigidez e uma distribuição

de tensão mais equilibrada no final da ligação aparafusada do que a ligação

Tipo B;

 o menor valor do parâmetro s apresenta uma melhor distribuição força nos

parafusos devido a maior proximidade destes;

 o maior valor do parâmetro s apresenta uma maior resistência, pois

proporciona uma maior área líquida a ser vencida;

 A diminuição da espessura da placa base melhorou a distribuição da carga na

ligação aparafusada constituída de aço carbono, pela sua deformação em

conjunto com a placa de ensaio, aumentando a resistência da ligação.

Para os ensaios das ligações aparafusadas de chapas constituídas em aço

inoxidável, as principais conclusões obtidas foram:

143

 Os ensaios em aço inoxidável apresentaram grandes deformações e grande

capacidade de absorção de energia devido a sua capacidade de encruamento

em função da maior razão entre a tensão última e a tensão limite de

escoamento (f

);

 O modo de ruína e a carga última esperados, através do Eurocode 3

(EUROCODE 3, 2003), para os ensaios da ligação aparafusada constituída

de aço inoxidável, não aconteceram, apresentando experimentalmente

valores de carga última bem superiores aos da norma, estando o

dimensionamento muito a favor da segurança, evitando, com esta carga

inferior de ruptura, o aparecimento de grande deformação, característica

apresentada nos aços inoxidáveis, como mostrado na Tabela 4.3, porém não

contemplando, de uma forma intermediaria a maior capacidade de carga do

aço inoxidável .

Finalmente pela comparação dos ensaios das ligações aparafusadas de

chapas constituídas em aço inoxidável e aço carbono, as principais conclusões

obtidas foram:

 A comparação do comportamento entre as ligações aparafusadas

constituídas por aço carbono e as constituídas de aço inoxidável, onde a

capacidade de ductilidade, caracterizada pela maior razão dos parâmetros

do aço inoxidável, mostra uma capacidade de absorção de energia, em

torno de 60% maior, do que o aço carbono;

 A rigidez inicial da ligação aparafusada de chapas constituídas de aço

carbono diminui rapidamente em comparação com a rigidez das ligações

aparafusadas constituídas em aço inoxidável;

 A grande diferença dos valores de A

e A

do aço inoxidável em relação

ao aço carbono, proporciona uma maior capacidade de encruamento com o

aumento de carga apresentando maior resistência na fase plástica e

conseqüentemente maiores cargas últimas.

144

6.3 Trabalhos futuros

Uma das principais dificuldades encontradas na análise dos resultados

experimentais é conseguir extrair a real influência de todos os parâmetros envolvidos

numa ligação aparafusada. Portanto, torna-se viável realizar uma análise através do

método dos elementos finitos que permita uma avaliação do comportamento da

ligação aparafusada através de um modelo mecânico computacional. Para

calibração deste modelo numérico mais ensaios experimentais deverão ser feitos,

utilizando valores de parâmetros diferentes dos utilizados neste trabalho.

Execução de novos ensaios com a utilização de novas configurações de

parafusos, já que neste trabalho, a mudança de configuração da furação apresentou

mudanças significativas no comportamento das ligações aparafusadas. Ensaios com

a utilização de parafusos em aço inoxidável e ensaios com parafusos torqueados

(protendidos).

Considerando que a norma baseia-se na segurança, optando por evitar uma

grande deformação da ligação aparafusada constituída de aço inoxidável, através da

utilização do limite de escoamento da seção bruta como carga última para o cálculo,

uma melhor avaliação da formulação, através de novos ensaios, com análise das

relações entre os diversos parâmetros faz-se necessária, principalmente somando-

se aos dados apresentados neste trabalho de ligação aparafusada constituída de

aço inoxidável e a presença em outros trabalhos.

Outros tipos de ligações, considerando que a espessura é um fator

importante, seria interessante utilizar espessuras de placas diferentes das utilizadas

neste trabalho, pois com isso, ter-se-ia uma gama maior de resultados para estudo

mais aprofundado do comportamento individual das ligações aparafusadas em aço

inoxidável.

Ensaios com cargas cíclicas considerando a capacidade de absorção de

energia demonstrada pela ligação aparafusada constituída de aço inoxidável neste

trabalho, também devem ser avaliados em comparação com as ligações

aparafusadas constituídas de aço carbono.

Finalmente, de posse de mais resultados, torna-se possível a realização de

uma análise paramétrica identificando o efeito de cada um dos parâmetros. A partir

disso, deve-se propor uma nova formulação de dimensionamento a ser inserida em

normas de dimensionamento de estruturas constituídas de aço inoxidável.

Referências Bibliográficas

A. BOUCHAÏR _, J. AVERSENG, A. ABIDELAH,

Analysis of the behaviour of

stainless steel bolted connections, LaMI, Civil Engineering, Blaise Pascal University,

rue des Meuniers, BP 206, 63174 Aubière cedex, France, 2008

ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas.

“Produtos Planos de Aço –

Determinação das Propriedades Mecânicas a Tração” NBR 6673

, Rio de Janeiro,

1981.

ASTM E 646–78. American Society for Testing and Materials -

“Standard Test

Method for Tensile Strain-Hardening Expoents (n-values) of Metallic Sheet Metals” ,

1984.

BURGAN BA, BADDOO NR, GILSENAN KA.

Structural design of stainless steel

members - comparison between Eurocode 3, Part 1.4 and test results. Journal of

Constructional Steel Research; 54(1):51–73, 2000.

COCHRANE, R.

article page 465, Engineering News,1908.

COCHRANE, R.

article, Engineering News,1922.

DIETER, G. E.

Metalurgia mecânica. Rio de Janeiro: Editora Guanabara Dois, 2ª ed.,

1981.

DIN EN 10002-1 Deutsches Institut für Normung

-Tensile testing of metallic

materials; method of test at ambient temperature (including Corrigendum AC1:1990);

german version, 1990.

EUROCODE 3, EN 1993-1-8,

Design of steel structures – Part 1.8: Design of joints.

CEN, European Committee for Standardisation, Brussels, 2005.

146

EUROCODE 3, ENV - 1993-1-1: Design of Steel Structures – Part 1-1: General rules

and rules for buildings. CEN, European Committee for Standardisation, Brussels,

2003.

EUROCODE 3, prEN 1993-1-4,

Design of steel structures – Part 1.4: General rules –

Stainless steel . CEN, European Committee for Standardisation, Brussels, 2003.

GARDNER L, BADDOO NR.

Fire testing and design of stainless steel structures.

Journal of Constructional Steel Research; 62: 532–43, 2006.

GARDNER L, NETHERCOT DA.

Experiments on stainless steel hollow sections —

Part 1: Material and cross-sectional behaviour. Journal of Constructional Steel

Research ;60:1291–318.cap 3, 2004.

GARDNER L, NETHERCOT DA.

Structural stainless steel design: A new approach.

The Structural Engineer; 21–8, 2004.

GODFREY, E.

article, Engineering News,1922

GRAHAM

GEDGE, Structural uses of stainless steel — buildings and civil

engineering, Journal of Constructional Steel Research, Volume 64, Pages 1194-

1198, 2008.

KEELER, S. P. The state of the art. Understanding sheet metal formability.

Machinery, v.74, n. 6, p. 88-95, fev. 1968.

KOUHI J, TALJA A, SALMI P, ALA-OUTINEN T.

Current R&D work on the use of

stainless steel in construction in Finland. Journal of Constructional Steel Research;

54(1):31–50, 2000.

KUMAR, D. R.

Formability analysis of extra-deep drawing steel. Journal of Materials

Processing Technology, p 31-41, 2002.

147

N.R. BADDOO, Stainless steel in construction: A review of research, applications,

challenges and opportunities Journal of Constructional Steel Research, Volume 64,

Issue 11, Pages 1199-1206, November 2008.

RAMBERG, W., & OSGOOD, W. R.

Description of stress-strain curves by three

parameters. Technical Note No. 902, National Advisory Committee For Aeronautics,

Washington DC, 1943.

SCHAEFFER, L

. Conformação mecânica. Porto Alegre: Editora da UFRS, 1999.

SOUZA, S. A

. Ensaios mecânicos de materiais metálicos. Edgard Blucher, 1974.

TAE SOO KIMA, HITOSHI KUWAMURAB, SANGNOK-GU, ANSAN, KYEUNGGI-

DO,

Thin-Walled Structures 45, 407–421 Finite element modeling of bolted

connections in thin-walled stainless steel plates under static shear, Sustainable

Building Research Center, Hanyang University, 425-791, Department of

Architecture, Faculty of Engineering, The University of Tokyo, Tokyo, 113-8656,

Japan, 2007.

TAGUCHI, G.; ELSAYED, A. E. and HSIANG, T

.. Taguchi Engenharia de Qualidade

em Sistemas de Produção. MacGraw Hill - São Paulo, 1990

VAN DEN BERG GJ.

The effect of the non-linear stress–strain behaviour of stainless

steels on member capacity. Journal of Constructional Steel Research;54(1):135–60,

2000.

YOUNG, C.R.

article, Engineering News,1922.

Anexo A - CURVAS DOS ENSAIOS

A.1. ENSAIOS INDIVIDUAIS

A.1.1. CURVAS CARGA AXIAL MEDIDA VERSUS DEFORMAÇÃO

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 2

ext 4

ext 7

ext 9

Figura A.1 – Curvas carga versus deformação - Ensaio E1_CARB_S50_a

100

150

200

250

300

350

400

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 2

ext 4

ext 7

ext 9

Figura A.2 – Curvas carga versus deformação - Ensaio E2_CARB_S70_a

149

100

150

200

250

300

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 2

ext 4

ext 7

ext 9

Figura A.3 – Curvas carga versus deformação - Ensaio E3_CARB_S50

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 2

ext 4

ext 7

ext 9

Figura A.4 – Curvas carga versus deformação - Ensaio E4_CARB_S30

150

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 2

ext 4

ext 7

ext 9

Figura A.5 – Curvas carga versus deformação - Ensaio E5_INOX_S50

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 2

ext 4

ext 7

ext 9

Figura A.6 – Curvas carga versus deformação - Ensaio E6_CARB_S30_P10

151

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 2

ext 4

ext 7

ext 9

Figura A.7– Curvas carga versus deformação - Ensaio E7_INOX_S30

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 2

ext 4

ext 7

Figura A.8 – Curvas carga versus deformação - Ensaio E8_CARB_S50_P8

152

100

150

200

250

300

350

400

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 2

ext 4

ext 7

ext 9

Figura A.9 – Curvas carga versus deformação - Ensaio E9_INOX_S23

A.2. CURVAS COMPARATIVAS

A.2.1. CURVAS CARGA VERSUS DEFORMAÇÃO

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 8 E1 c 50

ext 8 E2 c 70

ext 3 E2 c 70

Figura A.10 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E1 e E2

153

100

150

200

250

300

350

400

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 7 E1 c 50

ext 7 E2 c 70

ext 9 E1 c 50

ext 9 E2 c 70

Figura A.11– Curvas carga versus deformação - Ensaios E1 e E2

100

150

200

250

300

350

400

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 2 E1 c 50

ext 2 E2 c 70

ext 4 E1 c 50

ext 4 E2 c 70

ext 7 E1 c 50

ext 7 E2 c 70

ext 9 E1 c 50

ext 9 E2 c 70

Figura A.12 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E1 e E2

154

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 3 E2 c 70 a

ext 3 E3 c 50

ext 3 E4 c 30

Figura A.13 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E1, E2, E3 e E4

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 8 E1 c 50 a

ext 8 E2 c 70 a

ext 8 E3 c 50

ext 8 E4 c 30

Figura A.14 –Curvas carga versus deformação - Ensaios E1, E2, E3 e E4

155

100

150

200

250

300

350

400

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 4 E1 c 50 a

ext 4 E2 c 70 a

ext 4 E3 c 50

ext 4 E4 c 30

Figura A.15 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E1, E2, E3 e E4

100

150

200

250

300

350

400

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 7 E1 c 50 a

ext 7 E2 c 70 a

ext 7 E3 c 50

ext 7 E4 c 30

Figura A.16 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E1, E2, E3 e E4

156

100

150

200

250

300

350

400

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 9 E1 c 50 a

ext 9 E2 c 70 a

ext 9 E3 c 50

ext 9 E4 c 30

Figura A.17 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E1, E2, E3 e E4

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

E3_C_50_ext 3

E8_C_50_P8_ext 3

Figura A.18 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E1, E3 e E8

157

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

E1_C_50_ext 8

E3_C_50_ext 8

E8_C_50_P8_ext 8

Figura A.19 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E1, E3 e E8

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

E1_C_50_ext 2

E3_C_50_ext 2

E8_C_50_P8_ext 2

Figura A.20 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E1, E3 e E8

158

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

E1_C_50_ext 4

E3_C_50_ext 4

E8_C_50_P8_ext 4

Figura A.21 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E1, E3 e E8

100

150

200

250

300

350

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

E1_C_50_ext 9

E3_C_50_ext 9

Figura A.22 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E1 e E3

159

100

150

200

250

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 3 E3 c 50

ext 3 E4 c 30

ext 3 E6 c 30 P10

ext 3 E8 c 50 P8

Figura A.23 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E3, E4, E6 e E8

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 8 E3 c 50

ext 8 E4 c 30

ext 8 E6 c 30 p10

ext 8 E8 c 50 p8

Figura A.24 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E3, E4, E6 e E8

160

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 2 E3 c 50

ext 2 E4 c 30

ext 2 E6 c 30 p10

ext 2 E8 c 50 p8

Figura A.25 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E3, E4, E6 e E8

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 7 E3 c 50

ext 7 E4 c 30

ext 7 E6 c 30 p10

ext 7 E8 c 50 p8

Figura A.26 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E3, E4, E6 e E8

161

100

150

200

250

300

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 9 E3 c 50

ext 9 E4 c 30

ext 9 E6 c 30 p10

Figura A.27 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E3, E4 e E6

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 3 E5

ext 3 E7

ext 3 E9

Figura A.28 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E5, E7e E9

162

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 8 E5 I 50

ext 8 E7 I 30

ext 8 E9 I 23

Figura A.29 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E5, E7 e E9

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 2 E5 I 50

ext 2 E7 I 30

ext 2 E9 I 23

Figura A.30 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E5, E7 e E9

163

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 7 E5 I 50

ext 7 E7 I 30

ext 7 E9 I 23

Figura A.31 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E5, E7 e E9

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 9 E5 I 50

ext 9 E7 I 30

ext 9 E9 I 23

Figura A.32 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E5, E7 e E9

164

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 3 E5 I 50

ext 3 E7 I 30

ext 3 E9 I 23

ext 3 E3 C 50

ext 3 E4 C 30

Figura A.33 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E5, E7, E9, E3 e E4

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 8 E5 I 50

ext 8 E7 I 30

ext 8 E9 I 23

ext 8 E3 C 50

ext 8 E4 C 30

Figura A.34 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E5, E7, E9, E3 e E4

165

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 4 E5 I 50

ext 4 E7 I 30

ext 4 E9 I 23

ext 4 E3 C 50

ext 4 E4 C 30

Figura A.35 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E5, E7, E9, E3 e E4

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 7 E5 I 50

ext 7 E7 I 30

ext 7 E9 I 23

ext 7 E3 C 50

ext 7 E4 C 30

Figura A.36 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E5, E7, E9, E3 e E4

166

100

150

200

250

300

350

0 1000 2000 3000 4000 5000

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 9 E5 I 50

ext 9 E7 I 30

ext 9 E9 I 23

ext 9 E3 C 50

ext 9 E4 C 30

Figura A.37 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E5, E7, E9, E3 e E4

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 3 E5 I 50

ext 3 E7 I 30

ext 3 E9 I 23

ext 3 E6 C 30 P10

ext 3 E8 C 50 P8

Figura A.38 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E5, E6, E7, E8 e E9

167

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 8 E5 I 50

ext 8 E7 I 30

ext 8 E9 I 23

ext 8 E6 C 30 P10

ext 8 E8 C 50 P8

Figura A.39 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E5, E6, E7, E8 e E9

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 4 E5 I 50

ext 4 E7 I 30

ext 4 E9 I 23

ext 4 E6 C 30 P10

ext 4 E8 C 50 P8

Figura A.40 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E5, E6, E7, E8 e E9

168

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 7 E5 I 50

ext 7 E7 I 30

ext 7 E9 I 23

ext 7 E6 C 30 P10

ext 7 E8 C 50 P8

Figura A.41 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E5, E6, E7, E8 e E9

100

150

200

250

300

350

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Deformação (



)

Carga axial medida (kN)

ext 9 E5 I 50

ext 9 E7 I 30

ext 9 E9 I 23

ext 9 E6 C 30 P10

Figura A.42 – Curvas carga versus deformação - Ensaios E5, E6, E7 e E9

169

Apostila de programação em Labview 8.1.2

Anexo B - Apostila de programação em Labview

Exemplo: Leitura de valores medidos por extensômetros e gravação em programa

Excel

1- Tela Inicial do Labview – Diagrama de Blocos ou Block Diagram

Para iniciar a programação do exemplo, clicar com o botão direito do mouse na tela

e escolher Messurement I/O passar com o mouse em NIDAQ-mx e arrastar o

DAQassist, com o botão esquerdo do mouse pressionado, para a tela do Block

diagram.

Clicando duas vezes com o botão esquerdo do mouse em cima do DAQassist

aparece a tela abaixo:

170

Clicar em Acquire Signals, pois o programa vai ler os sinais emitidos pelos

extensômetros

Aparece a tela abaixo:

Clicar em analog input

Como o exemplo é de estensômetros para ler deformações, clicar com o botão

esquerdo do mouse em strain.

171

Escolher a placa de entrada, no caso SCXI-1521B, na qual esta ligada os

estensômetros e clicar no sinal de mais.

Selecionar as portas de entrada de dados, já configurada nos cabos.

Clicar em Finish.

2- Neste momento de configurar as características do strain gage (extensômetro).

172

Selecionar novamente os dois estensômetros para fazer somente uma única

configuração para os dois, pois tem a mesmas caracteristicas.

Signal input Range – configura os limites de leitura. A menos que saiba os limites,

aceita-se a range de imput inicialmente mostrada, que também pode ser modificada

no meio das leituras aumentando a precisão das leituras diminuindo o ruído. No caso

deixa o range bem aberto para pegar tudo. 50000 strain

Scale Units – unidade que será medida as leituras, no caso strain.

Gage factor - dados fornecidos pelo fabricante do strain gage.

Gage Resistence - dados fornecidos pelo fabricante do strain gage.

Initial Voltage – Voltagem inicial. Se o aparelho de leitura tiver uma voltagem inicial

coloca-se ela aqui, no caso os estensômetros não tem.

Vex Source - se vai utilizar excitação externa ou a interna produzida pelo strain gage

ou nenhuma, no caso interna.

Vex value - valor da excitação. Não mexe, pois ela é interna.

173

Strain configuration - tipo de strain gage utilizado, no caso medindo a deformação

numa só direção.

Load resistence – medir a resistência do fio que transposta os dados. Se ele for

muito longo tem que ser medida e colocado o valor neste campo.

Custon Scaling - configurar a escala a ser utilizada, a principio deixar sem escala

determinada. No caso lerá na unidade strain já pré-determinada.

Timing setting – Os dados serão adquiridos por um determinado número de leituras

feitas em determinada freqüência no caso em tela no período de 0,1 segundos, pois

serão 100 leituras num período de 1000 Hz.

Aquisition Mode - continuous mode. Para fazer um looping nas leituras.

2.1 - Calibrando os estensômetros

Selecionar a pasta device e após clicar com botão esquerdo em strain calibration

Configurar o extensômetro

174

Informações já determinadas pelo tipo de extensômetro escolhido anteriormente.

Clicar em next.

A tela apresenta as medidas iniciais apresentadas pelos estensômetros colados.

Uma má colagem demonstraria valores altos, porém estes apresentados são baixos

mostrando que foram bem colados na peça a ser analisada.

No caso o extensômetro 0 apresenta um erro de leitura de 51,9%

Aperta Calibrate, para zerar os erros e obter as leituras de deformação apresentada

pela peça.

175

Clicar em finish, pois os erros foram zerados.

Agora Clicar no ok, para continuar configurando nosso Diagram block

O programa pergunta se quer mesmo que ele próprio configure o looping a ser

executado. Clica OK

E aparece a tela abaixo, com o ícone do assistente de aquisição de dados

176

Configurar o botão do stop para parar o looping quando for necessário.

Eliminar as linhas clicando sobre elas e deletando e ligar com a figura carretel

aparecendo e pressionando o botão esquerdo do mouse e arrastando criar uma

linha até o stop.

Com o botão esquerdo em cima do ícone converter para NIDAQ-mx code.

Em Tools acesse Measurement acesse o último DAQ assist x rename a tarefa para

apostila

177

Salve o programa com um nome apostila.

Em Tools acesse Measurement acesse o último DAQ assist x (último) rename a

tarefa para apostila. Seguir os seguintes passos:

178

Para arrumar o programa retirando a janela de erro e com o botão direito do mouse

em cima do canal tarefa criar uma constante para entrada de dados da tarefa

apostila criada anteriormente.

O programa criado já gerou uma janela gráfica para acompanhar as diversas leituras

feitas graficamente pelos extensômetros no painel frontal, que pode ser visto ao

clicar em windows e selecionar a sua visualização.

A programação para a leitura dos dados foi criada, agora pode-se novamente ajeitar

o range para melhor visualizar os valores de leitura graficamente.

Clicar com o botão esquerdo nos valores extremos se consegue mudar o fundo de

escala.

179

Outra mudança que pode ser feita é no diagrama de blocos mudar a quantidade de

leituras no período de 1000Hz.

3 - Preparando o programa para tratar e organizar a saída de leituras.

Separar as leituras, através de uma matriz ir no Programing/array/index array, agora

indexar, através da criação de uma constate.

Pegar a forma de curva computando os seus valores, separando e indexando,

através da waveform retirada de programing/waveform/ get waveform components.

No block diagram colocar um controlador de valores, escolhendo o valor principal

através da janela mathematics/prob & statist. Posicionar o controlador mean, que

dará o valor principal ou a média das leituras.

180

Criar um for loop para fazer várias leituras repetidas vezes.

E para identificar as entradas separadamente será criado um array size na entrada,

para que as várias leituras sejam ordenadas.

Criando a mesma estrutura gerada no primeiro looping, para ler os principais valores

de cada entrada.

Deve-se então desabilitar o indexador, pois no for loop já existe este indexador

necessário no index array.

Criar o shift register para passar dados da atual interação para a próxima interação.

Acumulando os dados num insert array.

Criar uma constante e aumentar para duas saídas promovendo a relação com o

array do for loop

181

Criar um contador numérico de leituras que vai aparecer no painel frontal

4 - Criar a tabela do Excel.

Pegar os dados acumulados e faz-se uma transposição de dados duas vezes

No programing array pegar o transpose 2d array e colocar em seqüência os dois.

No programing selecionar string e depois no string/number selecionar o number to

fractional string para definir o tamanho do número e sua precisão que irá sair na

tabela do Excel.

Criar um cotrolador de transpose array e fazer change to indicator para poder se

conectar com a linha de dados e mostrar no painel frontal a matriz transposta.

182

Através do help se encontra os exemplos de VIs no NI example finder é escolhido

write table to xl.VI depois de aberto salvar com o nome de tabela Excel apostila nos

meus documentos. Após salvar arrastar o ícone para a ligação final

Seleciona a tabela do table Excel apostila e copia para dentro do loop e fazer

change to indicator para poder se conectar com a linha de dados e mostrar no painel

frontal.

5 - Gravar os dados em um arquivo de dados .dat

No endereço C\ National Instruments\Labview 8.2\vi.lib\Utility\file.llb\write to

spreadsheet file.vi colocar o icone ou mais fácil pegar do file I/O write to spreadsheet

Criar uma condição de verdadeiro ou falso, que pode ser formatada no painel frontal.

Criar uma formatação dos resultados através do string constat no formato de 9

dígitos.

E gerar um path com endereço aonde os dados serão guardados e colocar fora do

loop.

183

Criar um botão que para todo o ciclo e nos mostre os valores lidos.

Dentro de um loop será colocado o controlador de verdadeiro ou falso comum botão

de stop criado através de replace bolean

6 - Criar um gráfico com as leituras geradas

Create a indicator e desabilita o formato ícone para transportar as leituras para

outras área do loop para construir o gráfico

E criar uma variável local em outro lugar do loop para construir os comando de

formação do gráfico

184

Criar então dois index array através da palete de array e change to read

No programing cluster e colocar um bundle para separar em ordenada e abcisa as

leituras

Acessar front panel e criar um gráfico xy e ligar no boundle

Criar um tab control para melhorar a aparência do painel frontal

Tela final de diagrama de blocos.

Esta pronta a programação para leitura de deformações fornecida por

extensômetros colados ao ensaio e gravar estas leituras em planilha Excel. Pode-se,

ainda, criar mais dois controladores neste programa: um para a leitura de carga e

outro para leitura de deslocamento feita através de placas de capturas específicas.

Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
 
Milhares de Livros para Download:
 
Baixar livros de Administração
Baixar livros de Agronomia
Baixar livros de Arquitetura
Baixar livros de Artes
Baixar livros de Astronomia
Baixar livros de Biologia Geral
Baixar livros de Ciência da Computação
Baixar livros de Ciência da Informação
Baixar livros de Ciência Política
Baixar livros de Ciências da Saúde
Baixar livros de Comunicação
Baixar livros do Conselho Nacional de Educação - CNE
Baixar livros de Defesa civil
Baixar livros de Direito
Baixar livros de Direitos humanos
Baixar livros de Economia
Baixar livros de Economia Doméstica
Baixar livros de Educação
Baixar livros de Educação - Trânsito
Baixar livros de Educação Física
Baixar livros de Engenharia Aeroespacial
Baixar livros de Farmácia
Baixar livros de Filosofia
Baixar livros de Física
Baixar livros de Geociências
Baixar livros de Geografia
Baixar livros de História
Baixar livros de Línguas

Baixar livros de Literatura
Baixar livros de Literatura de Cordel
Baixar livros de Literatura Infantil
Baixar livros de Matemática
Baixar livros de Medicina
Baixar livros de Medicina Veterinária
Baixar livros de Meio Ambiente
Baixar livros de Meteorologia
Baixar Monografias e TCC
Baixar livros Multidisciplinar
Baixar livros de Música
Baixar livros de Psicologia
Baixar livros de Química
Baixar livros de Saúde Coletiva
Baixar livros de Serviço Social
Baixar livros de Sociologia
Baixar livros de Teologia
Baixar livros de Trabalho
Baixar livros de Turismo
 
 