As fraturas por fadiga são um problema comum para engenheiros civis. Ocorrem quando um elemento estrutural é submetido a tensões repetidas ao longo do tempo, resultando na degradação do material e perda de resistência. Com o conhecimento e as precauções corretas, as fraturas por estresse podem ser evitadas e a segurança e a longevidade das estruturas podem ser garantidas.
O que é falha por fadiga
A formação e propagação de fissuras como resultado de carregamentos cíclicos ou repetidos é conhecida como fratura por fadiga. A maioria das fraturas por fadiga é causada por cargas cíclicas bem abaixo daquelas que resultariam no comportamento do fluxo do material. A fratura ocorre devido à natureza cíclica do carregamento, que faz com que pequenos defeitos no material aumentem e formem uma trinca macroscópica (fase de iniciação). O componente pode então falhar estruturalmente ou no limite de compressão se a fissura continuar a crescer até atingir um tamanho crítico.
Normalmente, as fraturas por fadiga ocorrem em concentrações de tensão e descontinuidades estruturais. Além disso, trincas por fadiga podem se propagar a partir de trincas macroscópicas pré-existentes, como defeitos de solda. A corrosão sob tensão é o resultado da combinação dos dois efeitos (corrosão e fissuração por fadiga) que podem ser sobrepostos a um processo de corrosão.
Problemas de fratura por estresse
As fraturas por fadiga em pontes metálicas são um problema sério que afeta a funcionalidade das pontes metálicas existentes. A fadiga é o enfraquecimento dos membros de aço ou o acúmulo de danos em uma área específica causado por carregamentos cíclicos ou repetidos. Se a tensão nominal máxima ainda estiver muito abaixo da resistência do material determinada pelo teste do material, o material poderá ser danificado nesta situação. Quando o material é repetidamente tensionado além de um certo limite, rachaduras microscópicas se formam em áreas de tensão concentrada. Os componentes de aço se quebram inesperadamente à medida que a rachadura se espalha.
Considerações de projeto
Ao projetar componentes soldados sujeitos a carregamentos cíclicos, a análise de fratura por fadiga é crítica. Componentes soldados normalmente encontrados em estruturas de aço requerem atenção especial durante a análise de fadiga. É fundamental compreender os componentes necessários e o processo para estimar a vida útil e realizar análises de falhas por fadiga em estruturas soldadas.
Existem vários métodos que podem ser usados para prevenir fraturas por estresse.
01. Projetar estruturas utilizando materiais resistentes à fadiga.
02. Utilize análises avançadas para identificar possíveis vulnerabilidades e tomar medidas para melhorar essas áreas.
03. Além disso, podemos inspecionar regularmente as estruturas em busca de sinais de fadiga e resolver quaisquer problemas assim que forem descobertos.
Embora nem sempre seja possível prevenir completamente as fraturas por estresse, estas medidas podem ajudar a reduzir o risco e garantir que as estruturas permaneçam seguras e funcionais durante muitos anos.
Como a fadiga é um fenômeno que ocorre quando um material é submetido a carregamentos cíclicos, ela pode ocorrer em qualquer estrutura, incluindo pontes, edifícios e estruturas offshore.
Cerca de 30% de todos os colapsos de pontes são devidos a fraturas por fadiga; Isto torna a fadiga a causa mais comum de falha estrutural em pontes.
Como ocorre a falha por fadiga
Uma fratura por fadiga é uma falha estrutural repentina, inesperada e muitas vezes catastrófica de um componente metálico. A principal causa da fissuração por fadiga é a aplicação e remoção repetidas de cargas a uma estrutura metálica, mas a corrosão e as tensões residuais no próprio metal também podem ser causas.
Como prevenir fraturas por estresse
O método mais comum de prevenção de fraturas por fadiga é garantir que não haja defeitos operacionais ou danos à estrutura. As fissuras nas estruturas metálicas proporcionam um caminho fácil para a formação de fissuras por fadiga. Portanto, eles devem ser verificados regularmente e reparados imediatamente caso sejam descobertos defeitos.
A redução dos ciclos de estresse também pode ajudar a prevenir fraturas por estresse. Isto pode ser conseguido através de inspeções e manutenção regulares, bem como através da introdução de limites de carga para determinadas operações. A pressão sobre as estruturas também pode ser limitada através da mudança das práticas de trabalho, por exemplo, restringindo o acesso em momentos em que máquinas pesadas estão em utilização nas proximidades.
Além das medidas que podem ser tomadas para prevenir falhas por fadiga, também é importante que os engenheiros civis estejam atentos aos sinais que indicam que uma estrutura pode estar em risco. Isso pode incluir rachaduras, corrosão e deformação. Caso algum desses sinais seja observado, é importante investigar a causa e tomar medidas para corrigir o problema. A detecção e intervenção precoces podem minimizar os danos causados pelas fraturas por estresse.
Os engenheiros civis devem ser diligentes na prevenção e detecção de fraturas por fadiga. Ao tomar medidas de mitigação de riscos e prestar atenção aos sinais de danos, os engenheiros civis podem manter as suas estruturas seguras e fiáveis durante muitos anos.
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