Capítulo Um

Falha de um componente estrutural

Definição de falha

Razões para a falha

O processo de falha

A fratura

Funções da análise de falha

Procedimento investigativo

Falha de um componente estrutural

Objetivo: Este Capítulo caracteriza de forma introdutória o

problema da falha de um componente estrutural, através

da apresentação de conceitos básicos sobre o assunto e

de metodologias para a condução da sua análise.

Definição de falha em uma estrutura:

quando a estrutura fica completamente

inutilizada;

quando ela ainda pode ser utilizada, mas não

é mais capaz de desempenhar a sua função

satisfatoriamente;

quando uma séria deterioração a torna

insegura para continuar a ser utilizada.

Razões para a falha de uma estrutura:

negligência durante o projeto, a construção

ou a operação da estrutura;

aplicação de um novo projeto, ou de um

novo material, que vem a produzir um

inesperado (e indesejável) resultado.

O processo de falha

Pordeformação

plástica

Por impacto(instantâneo)

Trincamentopor fadiga(função do

tempo)

Trincamentoassistido pelo

ambiente(função do

tempo)

Por desgaste(dano

superficial)

PREVENÇÃO ANÁLISE

Desempenho de materiais, como resultado da interação entre

composição, processamento, estrutura e propriedades.

OURO PRETO

Cidade Monumento

Mundial

(UNESCO)

Cárie dentária

Sorriso

FALHA:

ANALISE x PREVENÇÃO

Aluísio Drummond:

presidente da

Fundação Projeto Sorria

Consultório: Unidade VI

FALHA:

ANALISE x PREVENÇÃO

A Fratura : um fenômeno indesejável

Exemplos de casos:

7. Chernobil

8. Challenger

9. Ayrton Senna

10. Eschede

11. Concorde

12. WTC

13. Columbia

1. Titanic

2. Hindenburg

3. Tacoma

4. Liberty

5. Comet

6. JAL

A Fratura :Exemplo 1: Fratura frágil do transatlântico

TITANIC, 12/04/1912.

Metalografia do aço usado no casco do Titanic, mostrando bandeamento

de ferrita e perlita, com inclusões de MnS.

a) d = 60,40 m

b) d = 41,92 m

Metalografia de um aço ASTM A-36, com d = 26,17 m

Metalografia do aço usado no casco do

Titanic, mostrando bandeamento

de ferrita e perlita, com inclusões de MnS.

Fratogafia de impacto a O0C do aço usado no

casco do Titanic, mostrando facetas de

clivagem, com inclusões de MnS quebradas.

Curvas de transição ductil-frágil do aço do

casco do Titanic, e de um aço ASTM A-36

% de fratura dúctil do aço do casco do

Titanic, e de um aço ASTM A-36

A Fratura :Exemplo 2: a explosão do Hindenburg, 06/05/1937

A Fratura :Exemplo 3: ressonância na Tacoma Narrows Bridge, 07/11/1940

Dados da ponte: comprimento de 1810m, distância entre colunas de

853m, inauguração em 01/07/1940, colapso em 07/11/1940 após ventos de

64km/h.

Estado de Washington, USA.

1940

2005

A Fratura :Exemplo 4: Fratura frágil em

duas partes do casco denavios de carga Liberty eT-2 em 1941 no OceanoAtlântico.

A Fratura :

Exemplo 5: Fratura por fadiga da fuselagem de um

avião de passageiros Comet em 1954 no Mar

Mediterrâneo.

Os aviões Comet

A Fratura :Exemplo 6: Fratura por fadiga da parede traseira do Boeing

747 SR em 12/08/1985 no Japão.

A Fratura :Exemplo 7: O acidente de Chernobil, 26/04/1986.

O acidente.

A construção do sarcófago.

A Fratura :Exemplo 7: O acidente de Chernobil, 26/04/1986.

Contaminação com césio-137 na região de Chernobyl.

A Fratura :Exemplo 7: O acidente de Chernobil, 26/04/1986.

Contaminação com césio-137 na Europa.

A Fratura :Exemplo 8: O desastre do Challenger, 28/01/1986.

A Fratura :Exemplo 9: A morte de Ayrton Senna, 01/05/1994.

A Fratura :Exemplo 10: O desastre de trem em Eschede, 03/06/1998.

A Fratura :

Exemplo 11: Queda do Concorde, 25/07/2000

A Fratura :

Exemplo 11: Queda do Concorde, 25/07/2000

A Fratura :

Exemplo 12: Ataque ao WTC, 11/09/2001

A Fratura :Exemplo 13: Queda do ônibus espacial Columbia, 01/02/2003

A Fratura :Exemplo 13: Queda do ônibus espacial Columbia, 01/02/2003

CATÁSTROFES

Funções da análise de falhas :

Razões para se conduzir uma

análise de falhas

Determinação e descrição dos

fatores responsáveis pela falha

Motivação

Prática de engenharia

Considerações de ordem legal

Prática da engenharia: relação da análise de falha com o

projeto e a produção de um componente

Economia Segurança Função

Projeto

Seleção de

materiais

Fabricação

Processamento

Montagem

Serviço

AparênciaHistória

prévia

Análise

de falha

Tecnologia de GESTÃO na indústria:

Ferramentas da qualidade

Folha de

coleta

de dados

Gráfico de

Pareto

Diagrama de causa e efeito

Fluxograma HistogramaDiagrama

de dispersão

Gráfico

ou carta de

controle

Ferramentas de planejamento

Diagrama de

afinidade

Diagrama de relação

Diagrama de árvore

Diagrama de setas

Matriz de relacionamento

Matriz de priorização

Carta programa

de processo de decisão

Métodos gráficos : diagrama de causa e efeito, diagrama de Ishikawa

ou espinha de peixe

Modo de falha

Operação Projeto

Humano Manutenção Fabricação

Sobrecarga

Uso incorreto

Seleção do material

Configuração

Perda de conexão

Ausência de lubrificação

Trat. térmico errado

Defeito de soldaFalta de capacitação

Equipe pequena

Métodos de análise e de resolução de problemas

MASP

(Metodologia para Análise e Solução de Problemas, USA)

• Formulação do problema

• Análise do problema

• Pesquisa de possíveis soluções

• Avaliação das alternativas

• Recomendação para a ação

PDCA

(Ciclo Deming, Japão)

• Plan (planejar)

• Do (fazer)

• Check (verificar)

• Action (atuar)

Procedimento investigativo

Modelo para resolver um problema de engenharia.

Identificação do problema

Determinação da causa raiz

Desenvolvimento de ações corretivas

Validação e verificação das ações corretivas

Padronização

Causa Raiz

Tipo de raiz Falha de um vaso de pressão Falha de um parafuso

Raízes físicas Dano por corrosão; redução da espessura

da parede

Trinca de fadiga; vibração do

equipamento

Raízes humanas Inspeção executada de forma inadequada Equipamento instalado de

forma imprópria

Raízes latentes Treinamento inadequado do inspetor Processo inadequado de

verificação da especificação

Gestão da análise de falha

Procedimento investigativo : Wulpi (1993)

1) Coleta de dados e seleção de amostras.

2) Exame preliminares da parte falhada (exames visuais com armazenamento – fotografia).

3) Ensaios não destrutivos.

4) Ensaios mecânicos (incluindo dureza e tenacidade).

5) Seleção, identificação, preservação e/ou limpeza de amostras (para comparação com partes não

fraturadas).

6) Exames macroscópicos, análise e documentação fotográfica (superfícies de fratura, trincas

secundárias e outras características superficiais).

7) Observação microscópica (lupa, MEV) e análise.

8) Seleção e preparo de amostras metalográficas.

9) Exame e análise das amostras metalográficas.

10) Determinação do mecanismo de falha.

11) Análise química (total, local, produtos de corrosão, depósitos ou recobrimentos e

microanálise).

12) Análise por mecânica de fratura.

13) Ensaios sob condições simuladas de serviço.

14) Análise de todas as evidências, formulação das conclusões e confecção de um relatório

(incluindo as recomendações).

Retirada de partes do componente estrutural para os diversos

tipos de análise propostos na tabela anterior:

Propriedades mecânicas:

a) Tração

b) Dureza

c) Impacto

Metalografia:

a) Longitudinal

b) Transversal

Análise química:

a) Via úmida

b) Espectroscopia

Superfície de fratura:

a) Exame visual e estereoscópico

b) MEV

c) MET

Superfície de fratura

A engenharia forense (engenharia de detetive)

Definição:

Do latim forensic : significa “público”.

Relaciona-se ao meio jurídico, às cortes judiciárias.

Diz respeito a argumentações legais ou públicas.

Engenharia forense: é a ciência concernente às relações entre a engenharia e as leis.

Características mais comuns:

A engenharia forense reune atividades relacionadas com a análise de falhas.

Trata-se de uma especialidade relativamente recente na engenharia.

A medicina forense é um assunto muito mais conhecido.

A engenharia forense (engenharia de detetive)

Qualificações de um engenheiro forense:

Especialista no assunto sob investigação

• Educação formal

• Experiência

• Engenheiro licenciado

• Ativo em sociedades técnicas

Honesto, imparcial, ético

• Verdadeiro

• Objetivo

• Que evita conflito de interesses

A engenharia forense (engenharia de detetive)

A engenharia forense na Corte

Nos EUA menos de 10% dos casos vão a julgamento em uma Corte.

A maioria dos casos é resolvida após gasto dispendioso com advogados.

Para os casos que são levados à Corte, a engenharia forense desempenha

um papel muito importante.

A engenharia forense (engenharia de detetive)

Salários em 2001 (EUA)

Engenheiro civil (geral) $73,0k

Engenheiro civil estrutural $75,0k

Engenheiro geotécnico $68,5k

Engenheiro forense $143,5k

http://www.tech.plym.ac.uk/sme/Interactive_Resources/index.html