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FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA
CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA
AILA WINKELMANN DE MIRANDA
BIANCA WINKELMANN DE MIRANDA
CÉLULA DE CARGA PARA LINHA DE VIDA EM UM EIXO
Professor Orientador: Luiz Henrique Ferreira
Novo Hamburgo
2016
AILA WINKELMANN DE MIRANDA
BIANCA WINKELMANN DE MIRANDA
CÉLULA DE CARGA PARA LINHA DE VIDA EM UM EIXO
Relatório desenvolvido para o Projeto de Integração
Disciplinar (PID), apresentado ao Curso de Mecânica da
Fundação Escola Técnica Liberato Salzano Vieira da
Cunha como requisito de pontuação para o terceiro
trimestre em todas as disciplinas.
Professor Orientador: Luiz Henrique Ferreira.
Novo Hamburgo
2016
FOLHA DE ASSINATURAS
AILA WINKELMANN DE MIRANDA
BIANCA WINKELMANN DE MIRANDA
CÉLULA DE CARGA PARA LINHA DE VIDA EM UM EIXO
FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA
CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA
Novo Hamburgo, setembro de 2016.
________________________________
Bianca Winkelmann de Miranda – 99643071
________________________________
Aila Winkelmann de Miranda – 99643070
________________________________
Luiz Henrique Ferreira
Professor orientador
RESUMO
O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento do Projeto de Integração
Disciplinar (PID), proposto pelo Curso de Mecânica da Fundação Escola Técnica
Liberato Salzano Vieira da Cunha. O trabalho que segue consiste em pesquisas
relacionadas à segurança do trabalho em altura e o dimensionamento para
fabricação de uma célula de carga, de atuação em um eixo, com o intuito de
preservar a vida e possíveis lesões daqueles que trabalham em altura. O projeto
abordou diversas variáveis possíveis, são elas: número de usuários, massa dos
mesmos, altura de queda, comprimento da linha de vida, flecha, e até o mau uso,
portanto, foi dimensionada uma célula de carga capaz de garantir uma boa
ancoragem à linha de vida, consequentemente garantindo a integridade física
daqueles que a utilizam. Através do trabalho foi possível avaliar as forças impostas à
ancoragem da linha de vida em um caso especifico e um mais abrangente. Assim
alcançamos o objetivo do projeto, garantindo um material e uma geometria capazes
de suportar as intempéries e cargas resultantes variáveis, uma vez que há
consciência de que o mínimo exigido pela legislação vigente é insuficiente para
garantir a vida em caso de queda.
Palavras chaves: célula de carga, ancoragem e linha de vida.
Sumário
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 6
2 REVISÃO DA LITERATURA ................................................................................... 7
2.1 Definição de segurança do trabalho .............................................................. 7
2.2 Acidentes do trabalho ..................................................................................... 7
2.3 Linha de vida .................................................................................................... 8
2.4 Célula de carga ............................................................................................. 9
2.4.1 Ancoragem ............................................................................................ 10
2.4.2 Extensômetro......................................................................................... 11
2.4.3 Ponte de Wheatstone ................................................................................ 12
2.5 Talabarte ......................................................................................................... 12
2.6 Cinto de segurança ........................................................................................ 13
2.7 Normas ........................................................................................................ 14
2.7.1 NR 35 – Trabalho em altura. ................................................................. 14
2.7.2 NR 6 – Equipamento de proteção individual. ......................................... 15
2.7.3 NR18 – Condições e meio ambiente de trabalho na indústria da
construção. ......................................................................................................... 15
2.8 Escolha do material ................................................................................... 15
2. 9 Ensaio de dureza ........................................................................................... 16
2.9.1 Ensaio Rockwoll......................................................................................... 16
3 METODOLOGIA ................................................................................................. 18
3.1 Escolha do material ....................................................................................... 18
3.2 Escolha da geometria .................................................................................... 18
3.3 Dimensionamento dos parafusos ................................................................. 21
3.4 Dimensionamento da placa. .......................................................................... 21
3.5 Dimensionamento do parabolt. ..................................................................... 22
3.6 Parâmetros envolvidos no dimensionamento do sistema de ancoragem
da linha de vida horizontal. ................................................................................. 23
3.6.1 Fatores de queda ....................................................................................... 23
3.6.2 Peso do usuário da linha de vida. .............................................................. 24
3.6.3 Número de usuários da linha de vida. ........................................................ 24
3.7 Usinagem .................................................................................................... 26
3.8 Tratamento térmico .................................................................................... 27
3.8.1 Tempera .................................................................................................. 27
3.8.1 Revenimento ........................................................................................... 28
4 RESULTADOS ................................................................................................... 29
4.1 Tabela de custo .............................................................................................. 29
4.2 Análise do ensaio no CAE ............................................................................. 29
5 CONCLUSÃO ..................................................................................................... 31
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 32
6
1 INTRODUÇÃO
A ancoragem da linha de vida é um componente importante dentro do sistema
de proteção coletiva contra quedas e tem papel chave para evitar acidentes de
trabalho. Esses são impactantes, pois são potencialmente fatais ou causadores da
perda ou redução da capacidade de jovens exercerem uma atividade produtiva. Tais
ocorrências geram inúmeros prejuízos e caracterizam um problema de saúde
pública vivenciado em todo o mundo.
Constata-se que muitos projetos de linhas de vida não são contemplados com
todas as variáveis envolvidas no processo, isso porque a legislação brasileira não é
clara e específica, além de o projeto ser de complexa elaboração. Desta forma, os
pontos de ancoragem ficam frágeis e os usuários da linha de vida ficam suscetíveis
a uma falsa sensação de segurança e a quedas de grandes alturas.
A construção civil é uma das áreas que mais empregam no Brasil, e é nela
que se encontra o maior número de acidentes por queda de nível. Para obter uma
redução destes números, é necessário investir na qualificação dos profissionais da
área, em bons e completos equipamentos de segurança, individuais e coletivos,
temporários ou permanentes.
As normas e procedimentos da N – R18 e da NR – 35 referem-se à
segurança em altura e preveem o uso de equipamentos de segurança coletiva em
qualquer ambiente com risco de queda ao trabalhador (118.235-8 / I4). O presente
trabalho teve como objetivo desenvolver uma célula de carga que siga as normas
citadas, sugerindo um novo modelo de ancoragem da linha de vida utilizada na
construção e na manutenção de prédios, usinas, pontes, viadutos, enfim, todo o
trabalho realizado em altura.
Através deste trabalho, é possível constatar que o novo modelo sugerido dá
aos usuários mais segurança e abrange, nos cálculos, todas as variáveis de um
projeto bem dimensionado.
7
2 REVISÃO DA LITERATURA
Para realizar este trabalho foi necessário o embasamento teórico nas
pesquisas que seguem a baixo.
2.1 Definição de segurança do trabalho
Segurança do trabalho é o conjunto de medidas e ações adotadas para
proteção do trabalhador, podendo ser administrativas, legais, técnicas, educacionais
e/ou psicológicas, visando à integridade física e mental, para minimizar os acidentes
e doenças do trabalho (PEIXOTO, 2011).
2.2 Acidentes do trabalho
De acordo com a Lei 8.213/1991, acidente de trabalho é tudo aquilo que gera
perda, redução ou perturbação, temporária ou definitiva da capacidade de exercer
alguma atividade, durante o período de exercício do seu trabalho (MEDEIROS,
2009).
Acidentes com a Comunicação do Acidente de Trabalho (CAT) registrada –
corresponde a todos os acidentes comunicados ao Ministério da Previdência Social
(que deve ser feito pela empresa) e ao Instituto Nacional de Seguridade Social
(INSS).
Acidentes sem CAT registrada – corresponde aos acidentes de trabalho que
não foram comunicados a nenhum órgão público e que não podem ser contados em
levantamentos sobre acidente de trabalho (MELO 2013).
Gráfico 1 - Acidentes de Trabalho, com e sem CAT, 1988 a 2013.
Fonte: BRASIL 2015-2016 b.
8
A partir de 2007 o governo brasileiro começou a remunerar e contabilizar os
acidentes de trabalho sem CAT (apresentado no gráfico à cima em verde). Os
acidentes durante o trajeto (casa-trabalho ou trabalho-casa), neste mesmo período,
tiveram um aumento em função de um maior número de empregos formais neste
período, além de uma melhoria no sistema que faz as notificações (BRASIL 2015-
2016 b).
Os números de acidentes de trabalho por queda, sua maioria na construção
civil, são assustadores.
Gráfico 2 - Acidentes na construção civil.
Fonte: BRASIL 2011 a.
O gráfico acima (gráfico 2) mostra que a grande maioria, 49% dos acidentes
na construção civil, são causados por queda de nível, sendo que essas quedas, na
maior parte dos casos, poderiam ser evitadas com o uso correto dos equipamentos
de proteção individual e/ou coletiva.
2.3 Linha de vida
Segundo as normas vigentes, as linhas de vida são equipamentos de
proteção coletiva, uma vez que vários trabalhadores podem utilizar a mesma linha
(ALTISEG [s.d]). É extremamente importante no trabalho em altura. Esta linha pode
ser provisória ou permanente, horizontal ou vertical e tem como objetivo permitir a
movimentação do trabalhador com segurança. (FIRETTI [s.d]).
9
O material no qual a linha de vida é fabricada, na maioria das vezes, é o cabo de
aço ABNT de
ou 13 mm, classe 2160KN (220Kgf/mm²), (JUNIOR, 2015).
Em trabalhos em altura, utilizando linha de vida, o cabo deve ser acompanhado
de uma boa ancoragem, elemento de fixação e cinto de segurança (FIRETTI [s.d]).
Figura 1 - Esquema de proteção contra quedas.
Fonte: GULIN [s.d].
A figura a cima mostra os três componentes principais, a ancoragem,
representado pela haste onde está fixada a linha horizontal, cujo fio representa a
linha de vida e ao redor da qual é fixado o gancho e a corda ou talabarte, que vai até
o cinto de segurança do trabalhador.
2.4 Célula de carga
Segundo o artigo “Célula de carga - alguns conceitos básicos e aplicações” de
Aloisio Svaiter, células de carga são transdutores de medição de força, que se
baseiam na variação da resistência ôhmica, que se dá a partir da deformação do
material (alumínio, aço ou liga - berílio), através de um sensor, denominado
extensômetro, que dilata ou comprime sua seção transversal, para assim medir a
intensidade da força (SVAITER [s.d]). Quando o ensaio é feito existe outra variável
além da força, da deformação e o material, que é a temperatura, pois os materiais
ferrosos sofrem dilatação com o calor e isso pode ser compensado no circuito de
wheatstone, com resistências que fazem o contrário dos extensômetros, conforme a
variação da temperatura. Outra variação possível é a de escorregamento, que
produz variações gráficas ao longo da aplicação da força (idem).
10
Os principais tipos de células de carga são: por flexão, por cisalhamento e por
compressão variando conforme o tipo de deformação, tensão gerada e força
aplicada. Em vigas em balanço, como na flexão, utiliza-se normalmente cargas entre
0,5 e 200kg, no cisalhamento a carga varia entre 200kg e 50 t e na compressão
pode-se utilizar cargas acima de 50 t (SVAITER [s.d]).
2.4.1 Ancoragem
A ancoragem faz parte do sistema de proteção contra quedas. Os tipos mais
comuns de ancoragem disponíveis no mercado são o parafuso olhal (figura 2), a
placa olhal (figura 3), ou, ainda, o cabo de aço da linha de vida pode ser fixado ao
dispositivo de ancoragem por meio de rosca, e na linha de vida o trabalhador se
conecta, para ficar seguro em caso de queda (PIRES, 2014).
Figura 2 - Parafuso olhal.
Fonte: PIRES, 2014
Figura 3 - Placa olhal.
Fonte: PIRES, 2014
As formas de ancoragem apresentadas nas figuras à cima resistem a 1500kgf
segundo o fabricante (ACESSES [s.d]). Em testes de tração estática no material aço
inox 316 (MULTIEQUIPE [s.d]), contendo as seguintes características segundo AÇO
INOXIDAVEL [s.d]: “aço cromo-níquel-molibdênio, austenítica, não temperável, não
11
magnético, sua resistência a ácidos austeníticos. O molibdênio melhora
sensivelmente a resistência ao ataque químico, à oxidação, a altas temperaturas e a
resistência mecânica”.
2.4.2 Extensômetro
A extensometria é uma técnica utilizada para analisar elementos de testes
que sofrem deformação, podendo ter as mais diversas formas.
O strain-gage (figura 4) é um dos tipos de extensômetros existentes, que é
produzido em forma de folha/lamina, onde o filme metálico, com boa condutividade
elétrica, é disposto em forma de resistências e aderido à folha plástica (facilitando o
manuseio) que serve de suporte e isolamento entre o extensômetro e a peça em
estudo (UNISANTA [s.d]). Este pequeno conjunto é aderido a superfície de teste
onde se deformará (Idem).
Figura 4 - strain-gage.
Fonte: TACUNA [s.d].
Os extensômetros ou strain-gages são transdutores que medem deformação
no regime elástico (comparando os resultados dos ensaios de tração e compressão)
temos uma proporcionalidade entre a deformação sofrida e a tensão aplicada,
seguindo a formula a baixo, onde E é o módulo de elasticidade, dado em unidade de
pressão, MPa ou
(BRUSAMARELLO [s.d]).
Segundo UNISANTA “A resistência elétrica R de um condutor de seção
transversal uniforme A, comprimento L e resistividade do material ρ é dada por”.
A sensibilidade do strain-gage é dada em função do desbalanceamento da
ponte de wheatstone, que se da através da tensão de entrada, de saída e a carga
aplicada (SVAITER [s.d]). Embora a sensibilidade seja adimensional, ela pode ser
representada com na unidade mm/mm (INSTRUMENTS, 2016).
12
A precisão do strain-gage é dada em porcentagem, em função da capacidade
nominal, podendo variar esta capacidade nominal de 0,1 – baixa precisão à 0,01% -
alta precisão. Quanto maior o valor, menos precisas serão as análises (SVAITER
[s.d]).
2.4.3 Ponte de Wheatstone
A ponte de Wheatstone é formada por quatro resistores ou extensômetros
interligados, formando um quadrado, em que a corrente se divide. Um dos resistores
deve ser regulável, os outros de valor conhecido, para que seja possível avaliar o
quanto de força está sendo aplicada, através da deformando dos extensômetros,
sua deformação é proporcional à força que está sendo aplicada e o módulo de
elasticidade do material, podendo se positiva (tração) ou negativa (compressão)
(SVAITER [s.d]).
Figura 5 - Ponte de resistências.
Fonte: PONTE DE WHEATSTONE [s.d].
Na horizontal colocasse um galvanômetro ligado às emendas entre as
resistências b e c para se obter a diferença de potencial, onde Vb – Vc = 0 (PONTE
DE WHEATSTONE [s.d]).
2.5 Talabarte
O talabarte é um equipamento de segurança, de uso individual, que é preso
ao sinto de segurança ou cinturão paraquedista, garantindo a segurança durante
trabalhos em altura, ao mesmo tempo deixando o trabalhador com total mobilidade.
13
Figura 6 - Talabarte duplo.
Fonte: ALIBABA [s.d].
Figura 7 - Talabarte simples.
Fonte: BASC [s.d]
O talabarte pode ser simples ou duplo. Os simples (figura 7) são usados
quando não será necessária mudança de ponto de ancoragem, é o caso de quando
se usa uma linha de vida, quando se pode percorrê-la sempre seguro e sem
desconexões, o talabarte duplo (figura 6) pode ser em forma de “V” ou “Y” estes são
essenciais quando trocamos o ponto de ancoragem.
2.6 Cinto de segurança
Existem vários modelos de cintos de segurança, com especificações para
cada tipo de trabalho. Está presente na figura 8, o cinto de segurança Classic. É um
dos mais completos no mercado (ALTISEG [s.d] b). Todos os materiais utilizados
devem ser de boa qualidade e ter uma resistência mínima (6KN), variando de acordo
com os países e as normas regulamentadoras (HONEYWELL SAFETY [s.d]).
14
Figura 8 - Cinto de segurança Classic.
Fonte: ALTICEG [s.d]a.
Os cintos de seguranças são projetados para atender funções gerais e
especificas (ALTISEG [s.d]), além da saúde do trabalhador em caso de queda. Tal
equipamento deve ser utilizado corretamente, sem dobras, não podendo ficar frouxo
ou apertado de mais, nem torto, com um lado maior que o outro (CONECT [s.d]).
Este equipamento de segurança não serve de nada se não estiver conectado ao
talabarte ou ponto de ancoragem.
2.7 Normas
Neste tópico serão abordadas as normas seguidas durante o
desenvolvimento do projeto.
2.7.1 NR 35 – Trabalho em altura.
Esta norma regulamentadora visa manter a saúde e integridade física
daqueles que realizam trabalhos em altura e dos que transitam perto de locais onde
ocorrem as manutenções, reparos ou nos canteiros de obras (BATISTA [s.d]).
15
2.7.2 NR 6 – Equipamento de proteção individual.
Esta norma regulamenta os EPIs, dispositivos de uso pessoal, como luvas,
óculos, botas, cinto de segurança tipo paraquedista, talabarte, calça e capacete
(BATISTA [s.d]). De suma importância em caso de quedas de níveis.
2.7.3 NR18 – Condições e meio ambiente de trabalho na indústria da construção.
Esta norma estabelece o planejamento e a regulamentação, com o intuito de
prevenir acidentes e também regulamenta que nas edificações de quatro pavimentos
ou 12m de altura tenham dispositivos de ancoragem para garantir a segurança em
meio à manutenção, limpeza de fachadas e/ou restauração (RAZENTE).
Esta Norma Regulamentadora, NR estabelece diretrizes de ordem
administrativa, de planejamento e de organização, que objetivam a
implementação de medidas de controle e sistemas preventivos de segurança
nos processos, nas condições e no meio ambiente de trabalho na Indústria da
Construção (BRASIL [s.d] d).
2.8 Escolha do material
– AÇO INOXIDAVEL 316
O aço inoxidável 316 é o material no qual a empresa MulteEquipe fabrica o
parafuso olhal, muito utilizado em ancoragens prediais. O material possui em sua
composição cromo-níquel-molibdênio, em que o molibdênio melhora sensivelmente
a resistência ao ataque químico, à oxidação a altas temperaturas e a resistência
mecânica. É um material não temperável (AÇO INOXIDAVEL [s.d]).
– VND (AISI O1 / DIN 1.2510) - 100 MnCrW 4
O VND tem a seguinte composição química C: 0,95%; Mn: 1,25%; Si 0,25%;
Cr: 0,50%; W: 0,50%; V: 0,12%. Essa conformação lhe torna um aço de alta
resistência ao desgaste, de boa tenacidade, liga temperável em óleo e de baixa
16
deformação (VILLARES METALS, 2003). Após o tratamento de têmpera obtém-se
dureza 57 na escala Rockwell (HRC), após o tratamento térmico o limite de
resistência é de 2350MPa. (PANELLI [s.d]). Para o tratamento térmico de têmpera é
necessário aquecer o material entre 790 e 820°C e resfriar lentamente, bem como o
aquecimento (SERRA METALS, 2016).
– VC 131 (AISI D6 / DIN X210)
O material VC131 é indicado para trabalhos a frio, possui baixo grau de
deformação, o que lhe da alta estabilidade dimensional e resistência ao desgaste,
tem boa tenacidade e alta resistência mecânica (LUZEIRO, [s.d]). Este material tem
em sua composição química C 2,10%, Cr 11,5%, W 0,70% e V 0,15% (VILLARES
METALS, 2009)
– VB 20 (AISI 8620 / DIN 16523)
O material VB131 pode atingir média dureza, a resistência mecânica deste
material pode variar de 70 a 110 kgf/mm² no núcleo e têm como composição
química elementos como C 0,20%, Mn 0,80%, Cr 0,50%, Ni 0,55% e Mo 0,20%
(VILLARES METALS, [s.d]).
– VW 1
O VW 1 é um aço com alta dureza e alta capacidade de corte, tem em sua
composição química os elementos carbono 1,20%, cromo 0,20%, tungstênio 1% e
vanádio 0,10% (TENAX, [s.d]).
2. 9 Ensaio de dureza
O termo dureza pode ser associado à resistência à flexão, risco, abrasão ou
corte. O objetivo deste ensaio é o controle de qualidade dos tratamentos térmicos
feitos anteriormente.
2.9.1 Ensaio Rockwoll
O método de dureza Rockwell, é representado pelo símbolo HR (Hardness
Rockwell), leva em consideração a profundidade que o penetrador atinge,
17
descontando a recuperação elástica, devido à retirada da carga maior, e a
profundidade atingida que é devido à carga menor. Com esse método, o resultado é
lido diretamente na máquina de ensaio, além de ser mais rápido, este método
elimina o possível erro de medição que depende do operador.
18
3 METODOLOGIA
Os capítulos seguintes apresentarão o método usado para realização do projeto
e informações pertinentes.
3.1 Escolha do material
Análise de materiais para fabricação da célula de carga. Composição química,
resistência à corrosão, resistência ao desgaste, tenacidade, temperabilidade,
deformação a frio, entre outros (CHIAVERINI 1965, p167).
Uma dureza superficial garante maior, resistência ao desgaste e mantem o
núcleo dúctil garantindo a absorção de impactos recebidos (COSTA e MEI 2010,
p132).
Diante da necessidade das características previstas na célula de carga, a
partir das propriedades apresentadas pelos materiais e o seu custo, optou-se pelo
VND.
3.2 Escolha da geometria
A geometria foi escolhida a partir dos cálculos apresentados a seguir,
realizados pelo professor orientador Luiz Henrique Ferreira em seu trabalho
realizado em 1986.
Valores atribuídos: a = 7 mm, b = 35 mm e = 0,3
Cálculo do momento máximo no centro, para raio 0.
Mr = Mt = Mmáx =
⟦( (
)
) ( ) ⟧
Onde P= 200KN e q =
Mmáx = 33 506N.m/m
Cálculo da espessura. Tendo arbitrados os valores a cima pode-se obter o
valor da espessura através do calculo da tensão.
19
máx =
=
√
h = 28,8. 28,8mm.
Calculo do dimensionamento do pino. P= 200KN
=
√
Arbitrou-se para “b” o valor de 35 mm.
Calculo do momento máximo: Mmáx = 22 755,619 N.m/m
Calculo da espessura:
Comparando
máx obtemos: h=√
A partir destes estudos realizados pelo professor e orientador Luiz Henrique
Ferreira, projetou-se em 3D no software Inventor, aplicaram-se as cargas e seu
apoio, através da ferramenta CAE do software Inventor. Para comparar com os
resultados obtidos através dos estudos por elementos finitos e teoria das placas.
Figura 9 – Célula de carga.
Fonte: professor Luiz Henrique, 1986.
20
Figura 10 – Célula de carga, inventor.
Fonte: as autoras, 2016.
Nas figuras 9 e 10 tem-se a célula de carga de diferentes visões, em estágios
diferentes da pesquisa, nas figuras 11 e 12 temos a representação da célula de
carga sofrendo efeito da carga de 200000N em forma de compressão. Avaliou-se a
deformação do material com essa geometria, de modo que o maior atingiu
0,1109mm.
Figura 11 - Deslocamento máximo 0,1109mm.
Fonte: as autoras, 2016.
Figura 12 - Deslocamento em mm, vista inferior.
Fonte: as autoras, 2016.
21
Não se fizeram necessárias grandes adequações para questões de redução
de custo, porém acrescentou-se arredondamentos para o alívio de tensões nos
cantos, que influenciam significativamente na tensão de von mises e no fator de
segurança. As espessuras não foram reduzidas para não fragilizar todo o conjunto.
3.3 Dimensionamento dos parafusos
Para fixar a célula de carga à placa serão necessários parafusos de cabeça
escareada com rasgo para aperto com chave allen.
√
Este é o valor para o diâmetro do núcleo de um dos oito parafusos, seguindo
tabelas de parafusos comerciais, chegamos a um M8 (diâmetro da cabeça 16 mm),
de classe 4.8, com coeficiente de segurança 3.
3.4 Dimensionamento da placa.
O cálculo para dimensionar a placa foi feito para o aço 1020, que possui
tensão de escoamento de 210 Mpa. A menor área é onde tense o parafuso M8
cabeça 16 mm escareada.
Onde Pc é o perímetro do menor furo.
. .
O raio foi estabelecido por uma entre os valores de raio da cabeça do
parafuso escalonado (8mm) e a alma (4mm). Será utilizada uma chapa de 10 mm
por motivos comerciais.
22
3.5 Dimensionamento do parabolt.
Para os parabolt foi utilizada a mesma lógica que para os parafusos comuns.
Foram dimensionados para o pior caso, utilizando aço 1020, a partir disso
realizamos os seguintes cálculos:
√
Em função dos parabolts disponíveis no mercado, o que mais se adequa as
necessidades é o de 14 mm.
A partir dos valores encontrados nos capítulos 3.2, 3.3, 3.4 e 3.5 foi
desenvolvido o conjunto da figura 13, constando os valores dimensionados.
Figura 13 – Montagem odo conjunto.
Fonte: as autoras, 2016.
A figura 13 apresenta a vista frontal do conjunto de ancoragem, célula de
carga, placa, parabolts, arruelas e parafusos.
23
3.6 Parâmetros envolvidos no dimensionamento do sistema de ancoragem da
linha de vida horizontal.
Um corpo em movimento assume um peso superior relação ao seu próprio
peso. A partir disso estabeleceu-se o valor de 200000N, como carga de impacto na
ancoragem, no momento da queda do trabalhador, este valor se deu a partir dos
seguintes parâmetros:
-Fator de queda
-Peso do usuário com os equipamentos de trabalho e segurança;
-Número de usuários;
- Carga concentrada flecha
3.6.1 Fatores de queda
As linhas de vida nem sempre são fixadas de forma a ficar acima ou na altura
do trabalhador. Portanto, deve-se utilizar o pior caso, quando o trabalhador fica
acima da linha de vida, consequentemente, aumenta a altura de queda, com a soma
do comprimento do talabarte, até ele esticar por completo, e a altura que estava
acima da linha de vida (PIRES, 2014).
Figura 14 – Fator de queda.
Fonte: THARLEY, 2012.
Quando este fator de queda é igual ou superior a 2, deve-se utilizar um
absorvedor de energia, reduzindo o impacto.
24
* É necessário que após a queda o usuário da linha de vida não toque no nível
inferior, deve restar aproximadamente um metro de altura de segurança como ilustra
a figura 15.
Figura 15 - Cálculo da zona livre de queda
Fonte: Luiz Henrique [s.d].
O valor do comprimento do talabarte pode variar. Nos cálculos utilizamos 1m,
mais o comprimento do absorvedor de impacto aberto.
3.6.2 Peso do usuário da linha de vida.
O peso para o usuário da linha de vida foi arbitrado em 100kg. Estão inclusos
neste valor os equipamentos de trabalho e os equipamentos de proteção individual
(EPI). Este valor de peso se multiplica no momento da queda em função da
velocidade adquirida.
3.6.3 Número de usuários da linha de vida.
Da mesma forma, como foi arbitrado o peso do usuário, arbitro-se o número
de usuários, porém deve-se lembrar que este valor deve ser adequado à realidade
de cada necessidade, uma vez que existem construções com exorbitante diferença
de tamanho e número de trabalhadores.
25
3.6.4 Carga concentrada flecha
A carga concentrada é dada a partir da seguinte fórmula:
(
) Em que,
mt = massa do trabalhador e seus equipamentos
g = gravidade
FQ = fator de queda
K = modulo da linha de vida
A linha de vida será instalada em uma sala do curso de segurança do trabalho
que tem cerca de 7 metros de comprimento e este será o comprimento da linha de
vida.
Figura 16 - Flecha
Fonte: as autoras, 2016.
A flecha (figura 16) pode ser até 4% do comprimento total (7 metros), porém o
cabo de aço se deforma e aumenta seu comprimento, ou seja, pode-se ter uma
flecha ainda maior, a partir das fórmulas que seguem obtêm-se o alongamento do
cabo e da flecha.
Alongamento T=força de tração no cabo (P=F)
[
(
) ]
=
Esforço horizontal e vertical Flecha total
√ (
) (
) , em que:
= flecha total com carga.
= flecha
26
= flecha inicial.
= comprimento do cabo de aço.
= comprimento do cabo com o peso próprio.
= comprimento do cabo de aço inicial.
3.7 Usinagem
O material em bruto tinha 50 mm de comprimento e 127mm de diâmetro.
Figura 17 – Material bruto.
Fonte: as autoras, 2016.
Na usinagem realizaram-se as seguintes operações: faceamento, furo de
centro, desbaste, rebaixos na parte inferior e superior, raios de 2mm nos rebaixos e
de 6mm no centro da célula, rosca M24 (passo 3) no centro, 8 furos na parte inferior
com rosca interna M8 (passo 1,25) igualmente distribuídos no diâmetro total da
peça, como mostra a figura 18.
Figura 18 – Cotas da Célula de carga.
Fonte: as autoras, 2016.
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Os parâmetros utilizados para velocidade de corte (Vc) e velocidade de
avanço (fz) foram baseados na tabela do catalogo da linha Power. As fórmulas
utilizadas foram:
n =
(RPM) Vc =
(mm/min)
Alguns ferramentas utilizadas durante a usinagem foram: bitz com raios de
2mm e 6mm, bits afiado a 60°, bitz com ângulo para rosca métrica, broca, macho e
cossinete. Assim, após todos estes processos se obtive a célula de carga como
mostra as figuras a seguir.
Figura 19 – Parte superior da célula. Figura 20 – Parte inferior da célula.
Fonte: as autoras, 2016. Fonte: as autoras, 2016.
3.7 Tratamento térmico
Tratamento Térmico é um ciclo de aquecimento e resfriamento realizado nos
metais com o objetivo de alterar as suas propriedades físicas e mecânicas, sem
mudar a forma do produto.
3.8.1 Tempera
Para o tratamento de tempera a célula de carga fabricada em VND foi
aquecida a 850°C (figura 21) e resfriada em óleo (figura 22) até atingir 150°C, o que
lhe da uma dureza superficial.
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Figura 21 – Realização da têmpera.
Fonte: as autoras, 2016
Figura 22 – Resfriamento em óleo.
Fonte: as autoras, 2016.
3.7.1 Revenimento
Logo após o tratamento térmico de têmpera a célula de carga que estava a
150 ºC foi aquecida a 450 °C (para obter dureza de 45 a 50 HRC), e permaneceu no
forno por quatro horas, conforme recomendação da Villares Metals, (para cada
polegada de material a peça deve ficar uma hora no forno), após esse período
resfriou lentamente até temperatura ambiente e assim repetimos o processo. Isso
garante a ductilidade interna, a tenacidade do material e da á ao material um efeito
de “mola”.
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4 RESULTADOS
Neste capítulo serão apresentados os resultados obtidos a partir das pesquisas e
práticas realizadas no CAE.
4.1 Tabela de custo
Ao realizar a análise do quadro 1 é necessário avaliar o custo do sistema
sem os componentes eletrônicos, versos os benefícios proporcionados pela
segurança. Enquanto que o conjunto proposto tem custo total de 130,60 reais, uma
ancoragem predial comum tem um custo menor, entretanto o conjunto proposto é
mais resistente.
Quadro 1 – Custo da ancoragem da linha de vida.
ø Comprimento Característica Valor
AÇO VND 4" 40 mm 2,5 Kg 36,5
Parafuso M8 36 mm Classe 8.8 1,12 x 8
Parabolt 14 150 mm Aço 1045 8,7 x 4
Chapa 200 x 200 mm Aço 1020 15,00
Total - - - 130,60 Fonte: as autoras, 2016.
Quadro 2 – Custo dos componentes eletrônicos.
Característica Valor
Arduino Leitor de tensão 40.00
LM324 Amplificador operacional 1.00
Strain gage 350 8.00 x 4
Total - 72.00 Fonte: as autoras, 2016.
4.2 Análise do ensaio no CAE
Os ensaios realizados no CAE em comparação com os cálculos do professor
orientador, que serviram de base para os apresentados no capitulo 3.2, mostraram
uma pequena alteração na deformação e tensão nos pontos máximos da aplicação
da força após algumas mudanças geométricas. As mudanças realizadas se fizeram
30
necessárias para aliviar tensões concentradas nos cantos, foram elas: raios maiores
e quebras de cantos vivos. Observou-se que quanto maior o raio, menor a tensão
(utilizou-se raio de 6mm no centro e 2mm nos outros cantos internos), o mesmo
acontece com o fator de segurança, que melhorar com os raios. As demais
diferenças obtidas são irrelevantes, se dão causadas pela variação de dados do
material, isso ocorre por que as tabelas utilizadas podem ser diferentes, o que é
normal, esta variação ocorre com o material também.
Figura 23: Tensão máxima=1748 Mpa. Deslocamento máximo=0,1109mm.
Fonte: as autoras, 2016.
Figura 24: Tensão máxima=766 Mpa. Deslocamento máximo=0,095mm.
Fonte: as autoras, 2016.
É importante observar os valores que acompanham as figuras 23 e 24, onde
fica clara a redução nas tesões, e o deslocamento da geometria após o aumento do
raio na parte central da célula da carga.
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5 CONCLUSÃO
É obrigatória a instalação de proteção coletiva para os trabalhadores em caso
de risco de queda, segundo a norma regulamentadora NR 18. Contudo, não temos
especificações para os equipamentos coletivos, entre eles a ancoragem da linha de
vida.
Os equipamentos de proteção individuais são importantes para quem trabalha
em altura, porém, não são suficientes, por isso a linha de vida bem ancorada é
fundamental, para minimizar os danos em uma eventual queda de nível.
Com os cálculos desenvolvidos percebe-se a necessidade de uma
ancoragem com maior resistência, do que o mercado disponibiliza hoje, como a que
foi desenvolvida. Para facilitar a visualização desta necessidade na prática, o
presente trabalho servirá aos alunos do Curso de Segurança do Trabalho, da
Fundação Liberato, para expor a aplicação de força e análise da resultante na
ancoragem, durante a queda livre de um corpo.
O próximo passo do projeto é a realização do ensaio de compressão para
medir a deformação do material com esta geometria na prática, para certificar os
resultados obtidos através do CAE. Utiliza-se um circuito elétrico com
extensômetros para medir a deformação e transferir os dados coletados para o
computador ou celular, através do arduino.
A instalação deste conjunto, de célula de carga, placa, fixações e
componentes eletrônicos tem um custo total alto, porém deve-se lembrar que este
valor seria reduzido no mercado, pois não seriam necessários os componentes
eletrônicos, usados para fins educacionais e também se adquiridos em maiores
quantidades, teria redução no valor final.
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