Mecânica da Fratura aplicada aos materiais duteis e frageis

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2004

RESUMO

Este trabalho teve por objetivo realizar um estudo comparativo do comportamento de fratura, a tenacidade à fratura e mecanismos de fratura, do aço liga AISI D2, D6 e VF800AT e de um concreto estrutural. Utilizou-se corpos de prova de flexão (SENB) no ensaio de tenacidade à fratura de acordo com a norma ASTM E399 para os aços e para o concreto utilizou-se a recomendação do RILEM 2002. Também, produzir um concreto de alto desempenho e desenvolver a metodologia de ensaio de fratura do concreto com base no Comitê do RILEM de 2002, utilizando a cinza volante de carvão de uma termoelétrica na substituição de 10% da massa de cimento do concreto. Foi feito um estudo experimental preliminar do concreto de alto desempenho com 120 corpos de prova cilíndricos, utilizando-se o ensaio de resistência à compressão e ajustando-se os constituintes do concreto, especialmente o fator água-cimento. Obteve-se um valor médio de resistência à compressão de 47,8 MPa. Foram ensaiados dez cdp`s de cada tipo de aço ferramenta com tratamento térmico de têmpera e revenido, dez cdps de aço AISI D6 sem tratamento, seguindo a norma ASTM E399 do ensaio de fratura. Para os ensaios de compressão do concreto foram utilizados um total de 34 corpos de prova com o traço definido no estudo preliminar. Nos ensaios de flexão para determinar o módulo de elasticidade e a resistência à flexão, foram empregados 30 cdps para cada propriedade mecânica. Na determinação da tenacidade à fratura KIC do concreto utilizou-se 10 corpos de prova de vigas prismáticas entalhadas. Os ensaios de tenacidade à fratura foram realizados numa Máquina Universal de Ensaios Mecânicos, marca EMIC e com capacidade de 2 toneladas, sendo a abertura da boca da trinca monitorada por um Clip Gauge ligado à uma ponte de Wheatstone. Assim os valores de carga de flexão e a variação da intensidade de corrente provenientes da ponte foram monitorados por um multímetro com precisão de 0,01 A para o levantamento do gráfico e posterior determinação do fator de intensidade de tensão KI. Os resultados foram apresentados na forma de curvas de carga de flexão P versus a abertura da boca da trinca CMOD. Após este procedimento, calculou-se o coeficiente de tenacidade à fratura K1C de acordo com a mecânica da fratura linear elástica para os materiais frágeis e de acordo com o enfoque da mecânica da fratura não-linear para os materiais duteis. Imagens de microscopia ótica foram feitas para caracterizar a microestrutura dos aços. Microscopia eletrônica de varredura também foram realizadas para as análises das fractografias da 2 fratura dos aços e do concreto estrutural, para identificar os mecanismos de fratura desses materiais. Os valores médios do coeficiente de tenacidade à fratura dos aços ensaiados foram respectivamente: 44 5,96 MPa.m1/2 para o aço AISI D6 sem tratamento térmico; 25 3,29 MPa.m1/2 para o aço AISI D6 com tratamento de têmpera e revenido; já para os aços AISI D2 e VF800AT com tratamento térmico de têmpera e revenido os valores médios encontrados foram 21 1,87 MPa.m1/2 e 24 1,71 MPa.m1/2 respectivamente. Para o concreto de alto desempenho foi encontrado o valor médio de tenacidade à fratura de 1,24 0,21 MPa.m1/2. O módulo de Weibull da resistência à flexão foi de 17 e da resistência à compressão foi de 13, indicando uma excelente qualidade do concreto fabricado. Finalmente, concluímos que o tratamento térmico do aço ferramenta reduziu pela metade o coeficiente de tenacidade à fratura, mudando o mecanismo de fratura de coalescência de poros (cavidades) no material dútil para clivagem no comportamento frágil. Por outro lado, os mecanismos de fratura do concreto ocorrem devido à progressiva e ramificada propagação da trinca no contorno dos agregados e através dos poros. A resistência do concreto depende da adesão entre o agregado grosso e a argamassa.

ASSUNTO(S)

mecânica da fratura metalurgia de transformacao materiais duteis e frageis

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