08cabo_de_aco

8/8/2019 08cabo_de_aco

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Prof. Dr. Francisco Jos de Almeida

8. CABOS DE AO

8.1. Introduo

Cabos de ao so feitos de arames esticados a frio e enrolados entre si formando pernas. Essaspernas so enroladas em volta de um ncleo, formando o cabo de ao.

Os cabos de ao sempre trabalham tracionados sob tenso e tm a funo de sustentar ou elevarcargas. Os cabos de ao que trabalham como sustentao so submetidos a uma solicitaoesttica, devendo ser dimensionados como elementos estruturais. J os cabos de ao que semovimentam durante o ciclo de trabalho, sofrem desgaste por atrito e devem ser dimensionadoscomo elementos de mquinas submetidos fadiga. Estes tm sua aplicao em pontes rolantes,elevadores, escavadeiras e guindastes, entre outros equipamentos.

8.2. Construo e tipos de cabos de ao

8.2.1. Nmero de pernas

Os cabos de ao so identificados em relao ao nmero de pernas e o nmero de fios de cadaperna que possuem. Por exemplo, o cabo 6 x 19 compe-se de 6 pernas de 19 fios cada.

8.2.2. Alma dos cabos

A alma do cabo pode ser de fibra (sisal, rami) ou alma de fibra artificial (polipropileno), ou almade ao, formada por um cabo independente, ou ainda alma de ao formada de uma perna.


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Cabos de Ao Prof. Dr. Francisco Jos de Almeida 2

Cabos com alma de fibraCabo com alma de ao formada por

cabo independenteCabo com alma de ao formada por

uma perna

(a) Almas de fibra: As almas de fibra em geral do maior flexibilidade ao cabo de ao. Asalmas de fibras naturais so normalmente de sisal ou rami, e as almas de fibras artificiaisso geralmente de polipropileno. Estas ltimas apresentam as mesmas vantagens dasalmas de fibras naturais e mais as seguintes: no se deterioram em contato com a gua ou

substncias agressivas e no absorvem umidade, o que representa uma garantia contra operigo de corroso interna de um cabo de ao. Em virtude do preo do polipropileno sermais elevado que o preo das fibras naturais, as almas de fibras artificiais so utilizadas,

por enquanto, apenas em cabos de usos especiais.

(b) Almas de ao: As almas de ao garantem maior resistncia aos amassamentos eaumentam a resistncia trao. A alma de ao pode ser formada por uma perna do cabo(AA) ou por um cabo de ao independente (AACI), sendo esta ltima modalidade

preferida quando se exige do cabo maior flexibilidade, combinada com alta resistncia trao. Um cabo de 6 pernas e com alma de ao apresenta um aumento de 7,5% naresistncia trao e aproximadamente 10% no peso em relao a um cabo com alma de

fibra do mesmo dimetro e construo.

8.2.3. Pr-formao

Os cabos podem ser fornecidos tanto pr-formados como no pr-formados, Na maioria dasutilizaes, o cabo pr-formado considerado muito superior ao no pr-formado. A diferenaentre um cabo pr-formado e um no pr-formado consiste que na fabricao do primeiro aplicado um processo adicional, que faz com que as pernas e os arames fiquem curvados naforma helicoidal, permanecendo colocados dentro do cabo na sua posio natural, com ummnimo de tenses internas.

As principais vantagens do cabo pr-formado podem ser enumeradas da seguinte maneira:(a) No cabo no pr-formado, os arames e as pernas tm a tendncia de endireitar-se, e a

fora necessria para mant-los em posio provoca tenses internas, s quais seadicionam as tenses provocadas em servio quando o cabo curvado em umapolia ouem um tambor.

(b) As tenses internas provocam presses entre os arames e entre as pernas que semovimentam reciprocamente no momento em que o cabo curvado, causando a fricointerna. No cabo pr-formado, as tenses internas so mnimas, e, por conseguinte, africo interna e o conseqente desgaste interno do cabo mnimo.

(c) Os cabos de ao pr-formados, por terem tenses internas mnimas, possuem tambm

maior resistncia fadiga do que os cabos no pr-formados.(d) O manuseio muito facilitado pela ausncia de tenses e frices internas.


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(e) O equilbrio do cabo garantido, tendo cada perna tenso igual outra, dividindo-se acarga em portes iguais entre as pernas.

(f) O manuseio mais seguro, sendo o cabo isento de tenses, no tendo, pois, a tendnciade escapar da mo. Em segundo lugar, se um arame quebra pelo desgaste, ele ficardeitado na sua posio normal, no se dobrando para fora, o que tornaria perigoso o seumanuseio.

(g) No h necessidade de amarrar as pontas do cabo. Como todos os arames e as pernas tma forma helicoidal, que corresponde sua posio natural dentro do cabo, este pode sercortado sem que as pontas se abram ou os arames mudem de posio.

8.2.4. Estrutura

As pernas dos cabos podem ser feitas em uma, duas ou mais operaes, conforme suaconstruo. Nos primrdios da fabricao de cabos de ao, as construes usuais das pernaseram as que envolviam vrias operaes, com arames do mesmo dimetro, tais como 1 + 6/12(duas operaes) ou 1 + 6/12/18 (trs operaes). Assim, eram torcidos primeiramente seisarames em volta de um arame central e, posteriormente, em nova passagem, o ncleo 1 + 6arames era coberto com 12 arames. Neste tipo de construo, cada nova camada temnecessariamente um passo (vide figura) diferente da camada anterior, o que ocasiona umcruzamento com os arames internos.

Passo de uma perna oude uma camada:

distncia em que umarame d uma volta

completa em torno doseu ncleo

Com o aperfeioamento das tcnicas de fabricao, foram desenvolvidas mquinas, quepermitem construes de cabos cuja confeco das pernas realizada em umanica operao,tendo ento todas as camadas o mesmo passo.

Assim, surgiram as construes Seale, Filler e Warrington, compostas de arames dediferentes dimetros. Estas construes conservam as vantagens das anteriores e eliminam suaprincipal desvantagem, ou seja, o desgaste interno ocasionado pelo atrito no cruzamento dosarames.


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Ensaios realizados em mquinas de testes de fadiga tm demonstrado que os cabos deconstrues de uma s operao (camadas de arames do mesmo passo) tm uma durao bemmaior do que as construes de diversas operaes (camadas de arames de passos diferentes).

8.2.5. Enrolamento das pernas e dos cabos

Pode-se ter os seguintes tipos de toro dos cabos de ao:(a) Toro regular - tambm chamada em cruz (Regular Lay), podendo ser direita ou

esquerda. Neste caso, a toro de cada uma das pernas sempre no sentido oposto quelado cabo.

(b) Toro Lang - tambm chamada em paralelo (Lang Lay), podendo ser igualmente direita ou esquerda. A toro das pernas sempre no mesmo sentido da toro do cabo.

Quando as pernas so torcidas da esquerda para a direita, diz-se que o cabo de Toro direita. Quando as pernas so torcidas da direita para a esquerda, diz-se que o cabo de Toro esquerda.

(a) (b)

(c) (d)

Enrolamento do Cabo de Ao. (a) enrolamento oposto (cruzado) direita; (b) enrolamento nico direita; (c)enrolamento oposto esquerda, e (d) enrolamento nico esquerda.

No cabo de toro regular, os fios de cada perna so torcidos em sentido oposto toro dasprprias pernas (em cruz). No cabo de toro Lang, os fios de cada perna so torcidos no mesmo

sentido que o das prprias pernas (em paralelo). A toro Lang aumenta a resistncia abrasodo cabo, bem como sua flexibilidade. Por outro lado, a toro regular confere maior estabilidadeao cabo.

H ainda os cabos de ao anti-giratrios, onde cada camada de pernas tem um sentido deenrolamento inverso ao da camada imediatamente inferior.

8.2.6. Construes mais comuns

As construes mais comuns de cabos de ao so as Seale, Warrington, Fuller e Warrington-Seale. Cada uma destas construes apresenta vantagens e desvantagens entre si. Todas elas

apresentam fios de arame de vrios dimetros nas vrias camadas de cada perna.O uso de fios de arame de dimetros diferentes otimiza o uso da rea transversal do cabo de ao,aumentando a rea transversal efetiva, ou til, do cabo de ao.


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Construes de Cabos de Ao de AF,classificao 6x37

Construes de Cabos de Ao de AA,classificao 6x19

8.3. Lubrificao dos cabos

Lubrificao por gotejamento Lubrificao por banho de leo

Lubrificao por caixa de lubrificao


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Para uma melhor conservao dos cabos galvanizados, indicamos um lubrificante especial, anti-corrosivo, aplicado a quente, similar ao usado durante sua fabricao.

Se o cabo usado periodicamente, ficando durante muito tempo sem trabalhar, recomendveluma lubrificao pesada ao comear o perodo de seu desemprego temporrio. Se este perodo

for prolongado durante meses, antes de reiniciar o servio deve-se limpar o cabo e remover olubrificante protetor, para em seguida aplicar-se um lubrificante novo.

Os cabos so lubrificados interna e externamente durante o processo de fabricao com umlubrificante composto especialmente para cabos. Para uma boa conservao do cabo, recomenda-se renovar a lubrificao periodicamente.

A lubrificao dos cabos muito importante, tanto como proteo contra corroso como tambmem vista da durao do cabo, sendo que o mesmo, como qualquer mquina, resistir melhor aodesgaste interno e externo se for devidamente lubrificado.

8.4. Inspeo e substituio dos cabos de ao em uso

Os cabos de ao quando em servio devem ser inspecionados periodicamente, a fim de que anecessidade de sua substituio seja determinada sem que o seu estado chegue a apresentar o

perigo de uma ruptura. Em geral, uma inspeo correta compreende as seguintes observaes:

8.4.1. Nmero de arames rompidos

Deve-se anotar o nmero de arames rompidos em um passo ou em cinco passos do cabo.Observar se as rupturas esto distribudas uniformemente ou se esto concentradas em uma ou

duas pernas apenas. Neste segundo caso, h o perigo dessas pernas se romperem antes do cabo. importante tambm observar a localizao das rupturas, se so externas, internas ou em contatoentre as pernas.

8.4.2. Arames gastos por abraso

Mesmo que os arames no cheguem a se romper, eles podem atingir um ponto de desgaste talque diminua consideravelmente o coeficiente de segurana do cabo de ao, tornando o seu uso

perigoso. Na maioria dos cabos flexveis, o desgaste por abraso no constitui um motivo desubstituio se os mesmos no apresentarem arames partidos. Quando se observa uma forte

reduo da seo dos fios externos e, conseqentemente, do dimetro do cabo, deve-se verificarperiodicamente o coeficiente de segurana para que este no atinja um mnimo perigoso.

8.4.3. Corroso

Durante a inspeo, deve-se verificar cuidadosamente se o cabo de ao no est sofrendocorroso. conveniente tambm uma verificao no dimetro do cabo em toda sua extenso,

para investigar qualquer diminuio brusca do mesmo. Essa reduo pode ser devida decomposio da alma de fibra, pela mesma ter secado e deteriorado, mostrando que no h maislubrificao interna no cabo e que, conseqentemente, poder existir tambm uma corrosointerna no mesmo. A corroso interna representa um grande perigo, pois ela pode existir sem que

se manifeste exteriormente.


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8.4.4. Desequilbrio dos cabos de ao

Em cabos com uma s camada de pernas e alma de fibra pode haver uma avaria tpica que vem aser uma ondulao do cabo provocado pelo afundamento de uma ou duas pernas do mesmo, eque pode ser causado por trs motivos:

(a) Fixao deficiente, que permite um deslizamento de algumas pernas, ficando as restantes

super-tensionadas;(b) Alma de fibra de dimetro reduzido,

(c) Alma de fibra que apodreceu, no dando mais apoio s pernas do cabo.

No primeiro caso h o perigo das pernas super-tensionadas se romperem. Nos outros 2 casos noh um perigo iminente, porm haver um desgaste no uniforme no cabo, e portanto um baixorendimento.

Nos cabos de vrias camadas de pernas, como nos cabos no rotativos, e cabos com alma de ao,h o perigo da formao de "gaiolas de passarinho" e "hrnias", defeitos estes que podem ser

provocados pelos seguintes motivos:

(a) Fixaes deficientes dos cabos, que possibilitam deslizamentos de pernas ou camadas depernas, permitindo que uma parte do cabo fique super-tensionada e outra frouxa.

(b) Manuseio e instalao deficiente do cabo, dando lugar a tores ou distores do mesmo.

Estes defeitos so graves, obrigando a substituio imediata dos cabos de ao.

8.4.5. Maus tratos e ns

Deve-se inspecionar todo o comprimento do cabo para a verificao da existncia ou no de nsou qualquer anormalidade do mesmo que possa ocasionar um desgaste prematuro ou a ruptura do

cabo, principalmente junto s fixaes.Mesmo que um cabo trabalhe em timas condies, chega um momento em que, aps atingir suavida til normal, necessita ser substitudo em virtude de seu desgaste, de arames rompidos, etc.Em qualquer instalao, o problema consiste em se determinar qual o rendimento mximo que se

pode obter de umcabo antes de substitu-lo, sem colocar em perigo a segurana do equipamento.

Quebra por fadiga - cargas elevadasem polias de pequenas dimenses

Cabo de ao com amassamento -enrolamento desordenado no tambor.

Enrolamento desordenado em tamborde pequeno, cargas elevadas.

Ruptura de cabo que soltou da polia e ficou dobrado epreso no eixo da mesma.

Gaiola de passarinho causada pelo alvio repentino detenso proveniente de uma sobrecarga.

Existem instalaes em que o rompimento de um cabo pe em risco vidas humanas, como o casode elevadores e telefricos de passageiros. Nestes casos, existem normas especiais que definem aforma de inspecionar e substituir os cabos de ao. Nos demais casos, salvo algumas excees,


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pode-se determinar a substituio dos cabos em servio pelo nmero de arames rompidosvisveis.

8.5. Unies e fixaes do cabo de ao

As pontas de um cabo de ao devem ser fixadas firmemente para garantir a segurana dofuncionamento do mesmo. A fora que uma fixao de cabo deve suportar igual a 2,5 vezes afora de trao no cabo de ao.

Os tipos de fixao possveis so:

(a) amarrao por grampos ou clips;

(b) fixao por fios tranados: exigida muita mo de obra e habilidade do operador;

(c) fixao por chumbamento: que pode ser realizada com liga de chumbo ou de antimnio,ou ainda de zinco,

(d) fixao por meio de cunha: permite fcil desmontagem, porm exige que o cabo estejaconstantemente sendo tracionado.

fixao por chumbamento fixao por cunha


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8.6. Resistncia dos cabos de ao

A carga de ruptura terica do cabo representa a resistncia dos fios expressa em kgf/mm2,multiplicada pelo total da rea da seo de todos os fios. A carga de ruptura efetiva do cabo

representada a carga terica do mesmo em uma determinada porcentagem, em virtude doacabamento dos arames. Esta porcentagem varia conforme as diversas construes de cabos deao. A carga de ruptura prtica ou real constatada em laboratrio no ensaio de ruptura do cabode ao.

Finalmente, a carga de ruptura efetiva inferior carga terica, segundo as porcentagens dotabela abaixo.

Carga de ruptura efetiva em % do cargo de ruptura

terica [kgf/mm2

]Construo do cabo

96 Cordoalha de 3 e 7 fios94 Cordoalha de 19 fios90 6 x 12

87,5 6 x 2486 6 x 7

82,5 6 x 25, 6 x 19, 8 x 1980 6 x 41, 6 x 3772 6 x 42, 18 x 7

8.6.1. Cargas de trabalho e fatores de seguranaA carga de trabalho de um cabo de uso geral, especialmente quando ele movimentado, nodeve, via de regra, exceder a 1/5 da carga de ruptura mnima efetiva do mesmo, definindo umfator de segurana igual a 5. O fator ou ndice de segurana a relao entre a carga de rupturamnima efetiva do cabo e a carga aplicada. Um ndice de segurana adequado garante:

(a) segurana da operao, evitando rupturas, e

(b) durao do cabo e, conseqentemente, economia.

Damos a seguir os fatores de segurana mnimos para diversas aplicaes.

Aplicaes Fator de segurana

Cabos e cordoalhas estticas 3 a 4Cabo para trao no sentido horizontal 4 a 5

Guinchos 5Ps, guindastes, escavadeiras 5

Pontes rolantes 6 a 8Talhas eltricas e outras 7

Derricks 6 a 8

Laos (slings) 5 a 8Elevadores de baixa velocidade (carga) 8 a 10Elevadores de alta velocidade (passageiros) 10 a 12


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8.7. Tenso de trao no cabo

O clculo terico do dimetro necessrio do cabo de ao, em funo da carga a ele aplicada complexo, por envolver muitos parmetros no totalmente controlados, tais como freqncia dedobramentos, raio de dobramento, concentrao de tenses nas superfcies de contato entre fios e

entre pernas, desgaste dos fios de arame, etc. Assim, na pratica, lana-se mo de normas paraeste clculo.

Segundo a norma DIN 15020, a tenso de trao do cabo determinada pela mxima trao docabo, F (kgf) e pelo dimetro mnimo admissvel do cabo, dmin (mm), sendo que este dimetro calculado segundo a equao abaixo.

cFkd .min =

onde

Fc = fora de trao no cabok= fator determinado de acordo com o grupo de trabalho do cabo, dado na tabela abaixo.

Grupo de transmisso do

cabo

Nmero de ciclos por

hora

Valores mnimo de k

( kmm )

0 At 6 0,281 Mais de 6 at 18 0,302 Mais de 18 at 30 0,323 Mais de 30 at 60 0,354 Mais de 60 0,38

Aps a determinao do dimetro mnimo para o cabo de ao, deve-se optar por um cabo de aocomercial, escolhido atravs de catlogos de fabricantes.

Deve-se tambm calcular o fator de segurana efetivo para o cabo de ao escolhido,comparando-o com os fornecidos na tabela acima.

minSF

FS

c

rup=

ondeFrup = fora de ruptura para o cabo de ao (obtido do catlogo)

8.8. Deformao longitudinal dos cabos de ACC

Existem dois tipos de deformao longitudinal nos cabos de ao, a estrutural e a elstica.

(a) Deformao estrutural. A deformao estrutural permanente e comea logo que aplicada uma carga ao cabo. motivada pelo ajustamento dos arames nas pernas do cabo

e pelo acomodamento das pernas em relao alma do mesmo. A maior parte dadeformao estrutural ocorre nos primeiros dias ou semanas de servio do cabo de ao,dependendo da carga aplicada. Nos cabos comuns, o seu valor pode ser aproximadamente


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0,50% a0,75% do comprimento do cabo de ao sob carga. A deformao estrutural podeser quase totalmente removida por um pr-esticamento do cabo de ao. A operao de

pr-esticamento feita por um processo especial e com uma carga que deve ser maior doque a carga de trabalho do cabo e inferior carga correspondente ao limite elstico domesmo.

(b) Deformao elstica. A deformao elstica diretamente proporcional carga aplicadae ao comprimento do cabo de ao, e inversamente proporcional ao seu mdulo deelasticidade e rea metlica.

metAE

LPL

.

.=

onde: L = deformao elstica; P= carga aplicada;

L = comprimento do cabo; E= mdulo de elasticidade,

Amet= rea metlica.

8.8.1. rea metlica de cabos de ao

A rea metlica de um cabo de ao constituda pela soma das reas das sees transversais dosarames individuais que o compem, exceto dos arames de enchimento. A rea metlica varia emfuno da construo do cabo de ao. De uma maneira bastante aproximada, pode-se calcular area metlica de um cabo de ao aplicando-se a frmula abaixo:

Amet=Fd2

onde Amet= rea metlica em mm2;

F= fator de multiplicao que varia em funo da construo do cabo de ao,

d= dimetro nominal do cabo de ao ou da cordoalha em milmetros.

Construo do cabo de ao Fator F

6 x 7 0,3806 x 19 (duas operaes) 0,3956 x 19 Warrington 0,3956 x 19 Seale 0,3956 x 21 Filler 0,3956 x 25 Filler 0,4056 x 31 Warrington-Seale 0,4056 x 36 Warrington-Seale 0,4056 x 37 Warrington 0,4006 x 41 Filler 0,4056 x 41 Warrington-Seale 0,4058 x 19 Warrington 0,3528 x 19 Seale 0,35218 x 7 no rotativo 0,4261 x 7 cordoalha 0,5961 x 19 cordoalha 0,580Observao:

para cabos de 6 pernas com AACI adicionar15% rea metlica; com AA adicionar20% e para cabos de 8 pernas com AACIadicionar 20% sua rea metlica.

Mdulos de elasticidade

CABOS DE AO COM ALMA DE FIBRA

Classificao E [kgf/mm2]6 x 7 9 000 a 10 000

6 x 19 8 500 a 9 5006 x 37 7 500 a 8 5008 x 19 6 500 a 7 500

CABOS DE AO COM ALMA DE AO

Classificao E [kgf/mm2]

6 x 7 10 500 a 11 5006 x 19 10 000 a 11 0006 x 37 9 500 a 10 500

CORDOALHAS GALVANIZADAS

Classificao E [kgf/mm2]

7 fios 14 500 a 15 50019 fios 13 000 a 14 00037 fios 12 000 a 13 000

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