UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR

Departamento de Engenharia Electromecânica

Mestrado em Design Industrial Tecnológico

Por:

José Miguel Lopes Gateira

Dissertação apresentada em cumprimento

dos requisitos para a obtenção do grau de

Mestre em Design Industrial Tecnológico

COVILHÃ

2008

IV

AGRADECIMENTOS

Durante a realização desta dissertação foram vários os apoios que auxiliaram e

estimularam a sua elaboração. O autor deseja expressar os seus agradecimentos a todas

as pessoas e instituições que possibilitaram a realização deste trabalho, nomeadamente:

- ao orientador científico, Professor Paulo Nobre Balbis dos Reis, a quem coube

a iniciativa e orientação deste trabalho, pela constante atenção e apoio que

dedicou ao longo de toda a sua execução;

- ao co-orientador científico, Professor Denis Alves Coelho, pela consolidação

de conhecimentos, através de sugestões bibliográficas, sobre o mobiliário e o

design assim como ao nível da organização da dissertação;

- ao Professor Fernando Antunes pela formação e todo o apoio prestado no que

concerne ao estudo numérico efectuado neste trabalho;

- ao Engº Carlos, da SSAB, por ter disponibilizado as chapas de aço necessárias

à realização do trabalho experimental;

- ao Prof. Martins Ferreira por ter disponibilizado as chapas de alumínio

necessárias à realização deste trabalho experimental assim como o uso dos

equipamentos do laboratório de Construções Mecânicas do DEM/FCTUC;

- a todos os elementos do Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade

de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, pelo apoio e

colaboração manifestados ao longo da execução de todo o trabalho;

- ao Departamento de Engenharia Electromecânica da Universidade da Beira

Interior por ter disponibilizado os seus laboratórios, e respectivos

equipamentos, para a elaboração da parte experimental, bem como todo o

apoio prestado ao longo da execução desta dissertação;

V

- aos meus Pais pelo incentivo e incondicional apoio;

- à Sra. Piedade, mãe de um antigo colega de licenciatura, ao disponibilizar-me o

alojamento na Covilhã durante o período lectivo;

- à minha Avó Alzira a minha gratidão pelo apoio, carinho e companhia;

- ao meu Tio Joaquim pelas boleias até ao Polo II de Coimbra.

VI

RESUMO

Actualmente o sector de mobiliário aposta em mais valias, que passam não só

por um design moderno, atraente e competitivo, mas também em materiais e tecnologias

de processamento que complementam este ar inovador.

Ao nível dos materiais, ditos tradicionais, passam cada vez mais por se rivalizar

com os mais recentes, como é o caso dos compósitos. Deste modo, para além da

inovação introduzida associa-se a elevada resistência e rigidez específica que lhes é

característica.

Por outro lado as juntas coladas assumem um papel determinante pois

concorrem com os métodos de união mais tradicionais, pelo facto de poderem unir

diferentes materiais, possibilitar o uso de diferentes espessuras, permitir uma melhor

distribuição de tensões e estanquicidade da junta. Este tipo de união assume ainda um

maior interesse quando aplicada aos materiais compósitos, pois evita a abertura de

orifícios e a consequente diminuição da resistência mecânica.

Toda esta filosofia acabada de referir foi aplicada a um estilo de mobiliário

muito particular, Thomas Chippendale, versando a sua valorização e também actualizá-

lo às necessidades dos dias de hoje.

Para isso foi desenvolvido um estudo onde se efectuou uma breve perspectiva

histórica da evolução do mobiliário associada ao seu design, com vista a enquadrar o

elemento de estudo proposto, a cadeira. Foi elaborada uma metodologia de projecto,

onde se faz o enquadramento da cadeira, como elemento de estudo, e a sua validação

estrutural. Seguidamente realizou-se um estudo experimental de uniões coladas entre

diferentes aderentes, para a obtenção da sua melhor eficiência. Verificou-se que, por

exemplo, o efeito da rugosidade, do comprimento de sobreposição e da rigidez dos

aderentes apresenta um papel relevante na resistência das juntas coladas.

Finalmente apresentam-se as conclusões onde se verifica que o modelo proposto

é passível de ser exequível. Os materiais seleccionados conduzem a soluções projectuais

inovadoras e capazes de ser aplicadas a soluções tecnológicas mais recentes. O tipo de

junta seleccionada revela-se como uma alternativa bastante aceitável.

Palavras-chave: Design, mobiliário, Chippeandale, cadeiras, juntas coladas,

compósitos, alumínio, aço, comportamento mecânico.

VII

ABSTRACT

Currently the sector of furniture bet on capital gains, bringing not only by a

modern design, attractive and competitive, but also in materials and processing

technologies that complement this innovative air.

In terms of materials, such as traditionals, are increasingly to compete with

newer, such as composites. Thus, in addition to the innovation introduced associates

itself with high strength and stiffness characteristic specific of them.

On the other hand the adhesive joins assume a crucial role because they compete

with the most traditional methods of union, for the reason they being able to join

different materials, enabling the use of different thicknesses, and allow a better

distribution of tensions. This type of union assumes a bigger interest when applied to

composite materials; it prevents the opening of holes and the consequent reduction of

mechanical strength.

This whole philosophy reported was applied to a very particular style of

furniture, Thomas Chippendale, conserving its value and also being up to the needs of

today.

For that was developed a study carried out a brief historical perspective of the

evolution of furniture associated with its design in order to frame the element of the

study proposed, the chair. It was developed a methodology for project which is the

framework of the chair, as a element of study, and its structural validation. Then there

was an experimental study of adhesives between different materials, to achieve its best

efficiency. It was found that, for example, the effect of roughness, the length of overlap

and the rigidity of materials presents a major role in the resistance of adhesive joins.

Finally the conclusions, were checked that the proposed model is susceptible of

being feasible. The materials selected lead to innovatory solutions that are able to be

applied to the latest technological solutions. The type of joint selected reveals itself as a

very acceptable alternative.

Keywords: Design, furniture, Chippeandale, chairs, adhesive joins, composite,

aluminium, steel, mechanical behaviour

VIII

ÍNDICE GERAL

AGRADECIMENTOS iv

RESUMO vi

ABSTRACT vii

ÍNDICE GERAL viii

ÍNDICE DE FIGURAS x

ÍNDICE DE TABELAS xi

NOMENCLATURA xiii

INTRODUÇÃO 1

CAPÍTULO I – ENQUADRAMENTO TEÓRICO 3

1.1 Perspectiva Histórica da Evolução do Mobiliário 4

1.2 Design e o Mobiliário 8

1.3 Cadeira e Design – Perspectiva Cronológica 14

1.4 Uniões Comuns no Mobiliário 23

CAPÍTULO 2 – METODOLOGIA UTILIZADA NO PROJECTO 42

2.1 Introdução 43

2.2 A Era do Mogno e o Mobiliário Chippendale 43

2.3 Abordagem ao Projecto 45

2.4 Proposta de Projecto 47

2.5 Contributo para a Validação Estrutural do Projecto 51

2.6 Conclusões 53

IX

CAPÍTULO 3 – ESTUDO EXPERIMENTAL EM JUNTAS COLADAS 54

3.1 Introdução 55

3.2 Material, Provetes, Equipamento e Técnicas Experimentais 57

3.3 Análise de Resultados 65

3.4 Conclusões 73

CAPÍTULO 4 – CONCLUSÕES FINAIS E RECOMENDAÇÕES

PARA TRABALHOS FUTUROS 74

4.1 – Conclusões gerais 75

4.2 – Recomendações para trabalhos futuros 76

BIBLIOGRAFIA/ WEBGRAFIA 77

ANEXOS 82

X

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 - Exemplos de aplicações de alguns elementos de fixação no

mobiliário. 23

Figura 1.2 - Tipo de uma união aparafusada. 23

Figura 1.3 - União rebitada, união soldada e união por sambladura. 24

Figura 1.4 - Zig-Zag chair, 1932-1934 Gerrit Rietveld. 26

Figura 1.5 - MN-01 LC1, Lockheed Louge, 1985-1986, Marc Newson. 30

Figura 1.6 - Nomenclatura de um rebite. 31

Figura 1.7 - Diamond, Model, 1950-1952, Harry Bertoia. 32

Figura 1.8 - Beugelstoel 2, 1927, Gerrit Rietveld. 36

Figura 1.9 - Uniões particulares. 39

Figura 2.1 - Perna característica do estilo Chippendale. 44

Figura 2.2 - Cadeira original estilo Chippendale. 47

Figura 2.3 - Cadeira redesenhada. 47

Figura 2.4 - Vistas dimensionadas. 48

Figura 2.5 - Vista explodida. 49

Figura 2.6 - “Simplex” renderizada. 50

Figura 2.7 - Cadeira “Simplex”. 51

Figura 2.8 - Malha aplicada ao modelo. Restrições a verde e o

carregamento a amarelo. 52

Figura 2.9 - Representação da deformada. 52

Figura 2.10 - Representação das tensões de Von Mises para as pernas

da frente. 53

Figura 3.1 - Curvas típicas tensão deformação obtidas nos ensaios de

tracção. 61

Figura 3.2 - Geometria dos provetes utilizados nos ensaios experimentais. 62

Figura 3.3 - Máquina electromecânica, Instron modelo 4206, utilizada nos

ensaios de tracção. 64

Figura 3.4 - Equipamento laser Mahr RM600-3D utilizado para obter os

valores das rugosidades nos provetes. 64

Figura 3.5 - Evolução da tensão de corte média com a rugosidade. 67

Figura 5.1 - Propostas alternativas para a aplicação das juntas coladas. 78

Figura 5.2 - Propostas alternativas para a aplicação das juntas coladas. 79

Figura 5.3 - Proposta escolhida para a aplicação das juntas coladas. 80

XI

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1.1 - Alguns exemplos de uniões entre materiais. 25

Tabela 1.2 - Exemplos de uniões para madeiras naturais 27

Tabela 1.3 - Tipos de rebite. 31

Tabela 1.4 - Processos de soldadura convencionais. 33

Tabela 1.5 - Formatos de parafusos. 37

Tabela 1.6 - Classificação de parafusos. 38

Tabela 1.7 - Alguns exemplos de uniões particulares. 40

Tabela 3.1 - Vantagens e limitações que advêm da aplicação das juntas

coladas. 56

Tabela 3.2 - Relação dos ensaios realizados. 57

Tabela 3.3 - Composição química da liga 6082 (% em peso). 58

Tabela 3.4 - Propriedades mecânicas da liga 6082-T6. 58

Tabela 3.5 - Composição química do aço Docol 1000 (% em peso) 59

Tabela 3.6 - Propriedades mecânicas do aço Docol 1000. 59 Tabela 3.7 - Resultados obtidos para as diferentes rugosidades produzidas. 66

Tabela 3.8 - Resultados obtidos para as diferentes orientações de

rugosidades. 68

Tabela 3.9 - Resultados obtidos para juntas coladas com aderentes em

alumínio 6082 T6 e tratados com lixa P400 (comprimento de sobreposição

de 12.5 mm). 69

Tabela 3.10 - Resultados obtidos para juntas coladas com aderentes

em aço Docol 1000 e tratados com lixa P60 (comprimento de sobreposição

de 12.5 mm). 69

Tabela 3.11 - Resultados obtidos para juntas coladas com aderentes

em compósito carbono/epoxy (comprimento de sobreposição de 12.5 mm). 70

Tabela 3.12 - Resultados obtidos para juntas coladas com aderentes

em aço Docol 1000 e compósito carbono/epoxy (aço tratado com lixa P60

e comprimento de sobreposição de 12.5 mm). 70

Tabela 3.13 - Resultados obtidos para juntas coladas com aderentes em

aço Docol 1000 e alumínio 6082 T6 (aço Docol 1000 tratado com lixa P60

e alumínio 6082 T6 com lixa P400, comprimento de sobreposição

de 12.5 mm). 70

XII

Tabela 3.14 - Resultados obtidos para juntas coladas com aderentes em

alumínio 6082 T6 e compósito carbono/epoxy (alumínio 6082 T6 tratado

com lixa P400, comprimento de sobreposição de 12.5 mm). 70

Tabela 3.15 - Resultados obtidos para juntas coladas com aderentes em

aço Docol 1000 e comprimentos de sobreposição de 12.5 mm e 25 mm

(tratados com lixa P60). 72

Tabela 3.16 - Resultados obtidos para juntas coladas com aderentes em

aço Docol 1000 e compósitos carbono/epoxy para comprimentos de

sobreposição de 12.5 mm e 25 mm (aços tratados com lixa P60). 72

Tabela 3.17 - Resultados obtidos para juntas coladas com aderentes

em compósitos carbono/epoxy para comprimentos de sobreposição

de 12.5 mm e 25 mm. 73

XIII

NOMENCLATURA

E = módulo de rigidez

l = comprimento de Sobreposição

Ra = média aritmética dos desvios do perfil de rugosidades em relação à

linha média, dentro do comprimento de avaliação

Símbolos gregos

εr = deformação até à rotura

ν = coeficiente de Poisson

σc = tensão de cedência uniaxial

σr = tensão de rotura uniaxial

Abreviaturas

ISO = International standart organisation

ASTM = American Society for Testing and Materials

1

INTRODUÇÃO

O sector do design de mobiliário nos dias de hoje, tem feito uma grande aposta

em novos materiais, conferindo assim mais valias ao produto, quando comparado com

os ditos materiais tradicionais. Um grupo que actualmente se destaca é o dos materiais

compósitos, o qual reúne características que vão desde a elevada resistência e rigidez

específica; boa resistência à corrosão e bom comportamento à fadiga.

A união destes materiais revela-se também determinante neste sector, onde as

juntas coladas podem ser uma alternativa promissora, visto que elas podem possibilitar

a obtenção de formas mais atraentes e complexas (e daí a sua relevância para o design

industrial) sem perda de eficiência mecânica. Para além do mais, apresentam ainda

vantagens como a possibildade de unir diferentes materiais, utilização de diferentes

espessuras (em particular as finas), melhores propriedades à fadiga e resistência à

corrosão do que os métodos de união tradicionais (parafusos, rebites, soldaduras), boa

capacidade de vedação e a sua aplicação pode ser automatizada.

Uma vez que estamos numa era de grande aposta e desenvolvimento de

materiais avançados, é importante consciencializar os designers industriais à sua

aplicação de modo a acrescentar mais valias aos produtos. Só assim deixamos de ter

objectos exclusivos de um determinado segmento social para cada vez mais serem

acessíveis à maioria dos consumidores.

Deste modo, o presente estudo, pretende-se dar a conhecer ao designer novas

alternativas de materiais para o sector de mobiliário, assim como, o recurso às juntas

coladas em detrimento dos tradicionais métodos de união.

Nesse sentido este trabalho encontra-se dividido em capítulos, fazendo-se, neste

ponto uma breve introdução ao tema proposto, bem como, à estrutura da dissertação.

No capítulo 2 é feito um enquadramento teórico, de modo a fornecer ao leitor

todas as bases de entendimento que possam estar subjacentes ao trabalho proposto.

Começa-se por apresentar uma breve perspectiva histórica da evolução do mobiliário,

ao que se segue, no ponto seguinte uma abordagem ao seu design. No ponto 3, deste

capítulo, faz-se uma perspectiva cronológica da cadeira, elemento de estudo deste

trabalho, com vista a fornecer ao leitor ideias evolutivas do design e tecnologias

associadas a este elemento. Finalmente este capítulo termina com uma abordagem

tecnológica, em particular às diversas formas de união, intrínsecas ao ponto anterior.

2

No capítulo 3 será apresentada a metedologia utilizada no projecto. Basicamente

é apresentado o elemento de estudo, a cadeira, assim como todo o conceito que lhe está

subjacente, incluindo uma breve abordagem à sua validação estrutural.

O capítulo 4, por seu lado contém a ababordadgem ao estudo das juntas coladas.

É feita uma breve introdução teórica a este tema, onde se aponta as principais

vantagens/desvantagens deste tipo de união, bem como, a influência de alguns

parâmetros na resistência mecânica das juntas coladas. O comprimento de sobreposição,

o efeito da rugosidade e da rigidez dos aderentes, por exemplo, foram alvo de um estudo

experimental, visando o melhor desempenho da junta colada para os vários aderentes

em estudo.

Finalmente o capítulo 5 apresenta as pincipais conclusões deste estudo e as

propostas para trabalhos futuros sobre determinados pontos que revelaram necessitar

uma análise mais detalhada.

3

CAPÍTULO 1

ENQUADRAMENTO TEÓRICO

Este capítulo irá dar a conhecer uma visão que parte do geral para o

particular, abordando as repercussões da evolução humana no

surgimento de certos arquétipos, e o contributo de várias

individualidades no âmbito do design na vertente do mobiliário.

4

1.1 Perspectiva Histórica da Evolução do Mobiliário

Segundo os autores Falkenberg e Reschke [1] o mobiliário tem acompanhado a

vida humana através de inúmeras civilizações, embora, a sua existência nem sempre foi

importante para a espécie humana, como nos é descrito nalguns períodos da história.

A existência de peças de mobiliário, está de certa maneira relacionada com o

abandono de certos hábitos e posturas primatas, o que representa uma mudança e um

avanço cultural. O seu aparecimento, determina um estilo de vida sedentário, em

oposição ao nomadismo e uma educação associada à forma como lidam com estes

objectos. Apesar de tudo o uso destes objectos não implica uma superioridade cultural,

embora, algumas delas possuam uma extensa tradição tanto no oriente como no

ocidente.

O mundo do mobiliário pode ser visto de várias perspectivas: pela sua função e

pela sua parte técnica. Através delas, é possível a compreensão da evolução e do

progresso numa determinada época e descobrir como é que certos materiais eram usados

e trabalhados. A análise do mobiliário pode-nos dar uma reconstrução parcial de um

período particular, permitindo, assim, descobrir a classe social à qual o proprietário

pertence bem como as vestes, a arquitectura e a literatura da época. O estudo do

mobiliário acaba por nos ajudar a entender uma determinada época da história.

A evolução do mobiliário começa com o início da descoberta do fogo, quando o

ser humano passa a diferenciar-se dos seus congéneres do reino animal. Desde então, a

sua evolução tornou-se imparável, o que originou um distanciamento face ao resto das

espécies animais. A recém-descoberta da sua inteligência esteve na origem deste

afastamento permitindo, deste modo, ao Homem tomar a noção de tempo na história.

Passaram-se milhares de anos de evolução e uma vez consolidadas todas as

descobertas do passado, o Homem passa a descobrir então a beleza, a arte, o viver em

sociedade e formar grupos, criando novas filosofias de objectos e equipamentos.

Na verdade, toda e qualquer sociedade, necessita de uma estrutura social e

filosófica, para se identificar a si e aos seus. Tal evolução, levou o Homem a adoptar

uma posição erecta. O Homem passou a estar rodeado de elementos que o permitiam

descansar, pois, os seus membros estavam em constante tensão, fruto de não terem

assimilado estas novas posturas. Uma vez capazes de suportar o equilíbrio nos membros

inferiores, a coluna passa a suportar todo o peso do seu corpo. Para o seu descanso, o

5

ser humano necessitou de esticar o seu corpo sobre superfícies lisas e proporcionar lazer

à parte orgânica, que mais tarde, se adaptaria a uma nova postura. Este tipo de hábitos

tornaram-se fundamentais, pois, era necessário nesta nova fase o devido repouso, para

se poder estar em forma perante situações de confronto, sejam elas por questões de caça

ou defesa pessoal. É a partir deste momento que surge o conceito de cama, a primeira

peça de mobiliário idealizada pelo homem, sendo que os primeiros exemplos que

surgiram na história, se assemelham aos que hoje estamos habituados.

Esta fase marca um ponto de viragem no que diz respeito ao ser humano. O

Homem passa a pensar em si próprio e começa por sentir necessidade do seu próprio

espaço, centrando as suas atenções no mundo que o rodeia, ao ponto de o tentar imitar.

Os alimentos, ao invés de serem colocados nas bases das árvores, passam a ser servidos

nas rochas, usando então folhas e peles de animais para se sentar. Foi o início de uma

nova era, em que os objectos funcionais começaram por tornar a vida mais fácil,

passando a indispensáveis. Há medida que o tempo foi passando novas eras surgiram,

novos conceitos e valores conduziram então a outras necessidades.

De acordo com Diodoro Sículo, foi o faraó da primeira dinastia do Egipto a

primeira pessoa a introduzir o gosto pela beleza, em todos os objectos e utensílios do

dia-a-dia. O mobiliário passa então a estar associado ao desenho, à perspectiva, à

construção e a muitos outros aspectos relacionados com a de criação de arte.

Pode-se dizer que todo o mobiliário deriva de quatro tipologias e que

acompanham o homem desde o momento em que a chegada da inteligência adoptou

valores sociais: a cadeira; a mesa; a poltrona e a cama. Tomando estes elementos como

pontos de partida, o homem começa por procurar o isolamento e a privacidade, o que o

leva a um aperfeiçoamento da sua inteligência, resultando no desenvolvimento de uma

série de variantes que contribuíram para aumentar o stock de mobiliário.

A história do mobiliário teve início no Egipto, uma das mais importantes

civilizações ancestrais. O Egipto descobriu novas possibilidades para a criação,

contribuindo de forma profunda para a história não só ao nível político e filosófico,

como também pelo seu legado de objectos, muitos deles funcionais e outros de pura

beleza. O Egipto respirava arte, um clima propício para inventar sem limites, deixando

ainda para os dias de hoje uma forte carga enigmática e surpreendente na realização de

algumas obras.

O poder e capacidade de organização desta civilização deu origem ao

surgimento de novas profissões como, por exemplo, decoradores, escultores, artesãos,

6

filósofos e todos aqueles que seriam necessários para a arte da criação. A madeira,

assumiu-se desde logo, como o material de eleição para a manufactura de mobiliário.

Contudo, o maior problema residia na escassez desta matéria-prima na zona geográfica

do Egipto. A presença de palmeiras, de tamarindos, de sicomoros e outras espécies não

se adequavam à construção de mobiliário pelo que se tornou necessário importar

madeiras de Ébano da Suécia e da Síria e Fenícia a Oliveira e o Pinho.

Curioso é o facto, que desde o início existiam duas maneiras de entender o

mobiliário. Por um lado, o móvel modesto, por outro, o móvel para a corte, no qual se

aplicavam sofisticadas decorações realizadas em ouro, prata, marfim e outros materiais

preciosos. Nestes acabamentos os artistas introduziam relevos e uma grande variedade

de cores puras, como o branco, o vermelho, o verde e o amarelo. O artista também

passou a saber tirar partido das peles, dos bordados e revestimentos dotando os artesãos

de grande sensibilidade em satisfazer o prazer dos imperadores, considerados Deuses e

com gostos refertados.

O mobiliário moderno acaba por ser influenciado pela arte egípcia, que se

desenvolveu muito por causa da riqueza desta civilização. A peça mais comum do

antigo Egipto foi a cadeira e as suas variantes (mesas, camas para dormir de noite e

camas de repouso), o que mostra uma distinção entre o acto de dormir e o de descansar.

Para além destes exemplos, encontram-se também presentes os cofres e os caixões.

Todos estes objectos possuíam grande beleza formal e uma grande variedade ao nível de

tipologias, indicando que foi no Egipto que surgiu a história do móvel. Mais tarde este

sector passou a ser dominado pelos povos do médio oriente, como a Síria, Suméria e

Pérsia.

A civilização grega também absorveu as influências egípcias, tendo os móveis

Micénicos e das ilhas Ciclades como os primeiros exemplos de mobiliário desta cultura.

Peças que alcançaram o seu máximo esplendor na era dourada do reino de Péricles. O

tipo de mobiliário encontrado não difere muito do egípcio (cadeiras, arcas, divans e

pequenas mesas).

No que se refere ao mobiliário Romano, ele deriva dos modelos gregos e à

medida que o império se expandiu é possível apreciar o gosto pelo luxo e ostentação

típica dos Romanos.

Durante a idade média mantiveram-se basicamente os mesmos tipos de móveis e

nos últimos tempos da antiguidade. Os reis, os nobres e seus descendentes na época

medieval eram nómadas e frequentemente habituados a transportar o mobiliário de um

7

local para o outro. Assim assistimos a dois tipos de mobiliário, peças largas e pesadas

que permaneciam nos castelos e casas e, por outro lado, peças leves que facilmente

eram transportadas. Ao longo deste período faziam-se móveis adornados de maneira

luxuosa com dourados e ornamentos preciosos, sendo a maioria das peças de escassa

qualidade. Neste período medieval destacaram-se peças como as arcas para guardar a

roupa com cadeiras “pegadas” e os bancos. Nos séculos XIV e XV passaram a ser

criadas peças de mobiliário de maior refinamento graças às influências flamengas.

Por sua vez no renascimento e no barroco as camas continham colunas

generosamente adornadas, convertendo-se nas peças mais típicas juntamente com as

arcas devidamente decoradas. Nos finais do século XVI assistiram-se a importantes

novidades no mobiliário europeu muito graças às mudanças de costumes sociais.

Uma análise ao mobiliário do século XVII revela mais diferenças que afinidades

para com a sua congénere dos períodos anteriores. Este século, em particular, é definido

pela sua variedade, resultado do conflito entre exuberância e austeridade. Outra das

novidades desta época prende-se com a importância dada ao mobiliário da Índia e países

vizinhos. Desde o século XVII que a França se tem destacado na criação de mobiliário

de grande qualidade. Exemplo típico é o estilo Luís XIV onde predomina o classicismo,

e peças como aparadores e consolas são predominantes. A mudança ocorrida no estilo

Luís XIV, tendo Messionnier e Oppenordt como designers, chama a atenção pelo seu ar

Barroco e Rococó que protagonizam um novo estilo clássico, o estilo Luís XVI.

O mobiliário Inglês correu todo o século XVIII. O magnífico design foi criado

pelo Arquitecto R. Adam, que teve como inspiração os modelos romanos, devido às

suas formas simples e funcionais. Desde a queda de Napoleão em 1860 que se abriu um

período de ecletismo. O criador das novas tendências passou a ser protagonizado por

William Morris, que suprimiu a decoração em detrimento da funcionalidade, indo ao

encontro de novos materiais como os metais e os plásticos.

Foi durante a primeira metade do século XIX que o mobiliário sofreu, em muitos

aspectos, a transformação mais radical comparativamente aos trezentos anos anteriores.

Um período de comparável inovação foi vivido desde 1945 até aos dias de hoje, com

mudanças tanto ao nível técnico como estilísticas. Actualmente o mundo do mobiliário

vive uma etapa marcada pela disparidade de influências, o ecletismo e a pluralidade.

Tudo ou quase tudo é permitido, possibilitando ao designer dispor de uma liberdade

absoluta de movimentos na hora de criar. Controlado por normas estabelecidas pelo

mercado, pela sociedade, pelas necessidades e pelas tendências.

8

1.2 Design e o Mobiliário

Segundo os autores Falkenberg e Reschke [1] o design surge para tirar proveito

dos desenvolvimentos tecnológicos, papel que continua a desempenhar e que se

converteu à revolução estética do século XX. O design veio para ficar, quer nós

aceitemos quer não. É indispensável para muitos de nós, já que lidamos com ele no dia-

a-dia. As suas intervenções fazem-se sentir um pouco por toda a parte, marcando a

nossa era pela maneira como se expõe.

Desde o boligrafo com que se faz os crucigramas até à escova de dentes, à cama

onde dormimos, às roupas ou à paragem onde se aguarda pelo autocarro tudo passou por

um filtro de design que influencia a grande variedade de objectos e produtos criados

pelo ser Homem. É dito que design, é o que torna possível a criação de algo em resposta

a uma dada necessidade que até então não se tinha pensado. Contrariamente ao que se

pensa, o design não é uma disciplina nova e os seus fundamentos rodeiam o nosso dia-

a-dia. Ele está ao alcance de todos e tem acompanhado o Homem desde que há

memória, embora, as suas origens, tal como as entendemos hoje, podem encontrar-se na

revolução industrial e na produção mecanizada.

Inicialmente o fabrico de objectos e mobiliário era totalmente artesanal e o seu

autor era um criador individual. Contudo, com o aparecimento dos novos processos de

fabrico industrial e a divisão do trabalho, o design acaba por atingir uma nova

dimensão. No seu começo o design era entendido como de entre muitos aspectos

interrelacionados com a produção mecânica. A sua concepção original não tinha

nenhuma base industrial, teórica ou filosófica, exercendo apenas um escasso impacto

sobre o processo industrial e sobre a sociedade.

O design moderno surgiu graças aos designers reformistas do século XIX,

particularmente por William Morris, que tentou unir a teoria à prática. As suas ideias

não tiveram resultados imediatos, uma vez que continuavam a utilizar métodos de

produção artesanal. Apesar disso, as suas ideias reformistas foram fundamentais para o

desenvolvimento deste movimento moderno. O design moderno implementou-se nos

princípios do século XX, graças a Walter Gropios (fundador da Bauhaus em 1919) que

integrou aos novos métodos de produção, a teoria e a prática do design.

Bauhaus nasceu com a vocação de trazer a realidade comercial para perto da

sociedade e tirar o máximo possível da nova cultura tecnológica que emergiu. O design

9

moderno unia interesses intelectuais, comerciais, estéticos, mediante a actividade

artística e o aproveitamento tecnológico. Através destes pontos, conseguiram-se

proporcionar novas maneiras de entender o design, como os conceitos que mais tarde

iriam ser explorados na nova Bauhaus (Laszo e Hochschule, criada em Ulm no ano

1953). Estas contribuições serviram para o debate e para a aplicação prática da teoria do

design, relativamente a novos métodos de produção industrial.

No século XX, as teorias, os estilos e os produtos são tão eclécticos como

dispares, consequência da grande complexidade que envolve o processo de design. Esta

pluralidade também se deve, em parte, às mudanças nos modelos de consumo, aos

gostos, aos processos tecnológicos, ao mercado e às grandes tendências existentes.

Hoje em dia os produtos não podem ser entendidos fora dos contextos culturais,

económicos, tecnológico, políticos e sociais, pois, são estes os elementos que

determinam o design e a sua realização. A ligação entre design e economia, pode por

exemplo ser visto no período “Boom”, que se caracteriza pela exuberância das suas

formas, ou na época das “vacas magras” onde a simplicidade domina. Contudo, a

variedade e riqueza que marcou a evolução da disciplina é impressionante. Esta

pluralidade é marcada por muitos movimentos, escolas, designers e conceitos que se

foram sucedendo e trouxeram novos meios, materiais, processos e ideias inovadoras que

influenciaram, sem dúvida, a sociedade e a cultura.

De Alvar Aalto a Philippe Starck, muitos são os designers que nos presentearam

com a sua visão particular da realidade a partir das suas criações. As peças criadas por

estes profissionais podem ser consideradas como clássicos da contemporaneidade.

Apesar de muitos deles terem sido concebidos à alguns anos são considerados

referências para os novos designers.

A contribuição de William Morris (1834-1896) foi crucial, seguindo ideias

reformistas tanto sociais como artísticas, baseadas nas ideias de Ruskin. Um dos seus

propósitos consistia em transmitir “Boom Design” para as massas, apesar de renunciar a

produção em série. Os seus objectos traduziram-se em peças raras e pouco acessíveis à

maioria. Foi um dos principais defensores do movimento Arts And Crafts. Entre as suas

ideias destacavam-se, a supremacia da utilidade, da simplicidade e a frequente

adequação ao luxo. Produzir peças de qualidade e tendo a concepção de um design

como ferramenta democrática, foram as ideias fundamentais e as origens do movimento

moderno.

10

Por sua vez de 1852 a 1926 Antoni Gaudí introduzia as suas ideias

revolucionárias. O inclassificável arquitecto catalão apostou numa visão particular sobre

a realidade, materializada numa obra que tem chegado aos nossos dias. O seu profundo

respeito pela natureza, a sua incrível imaginação e genialidade, que não conhecia

limites, segue, inspirando profissionais de várias áreas e que continua a ser admirada.

Gaudí foi um artista prolífico, não se ocupando só da arquitectura. Os seus projectos

eram integrais, estando a arquitectura composta por peças de mobiliário, que nunca

foram produzidas em série, merecem ser recordadas tratando-se de peças especialmente

expressivas e belas assim como confortáveis e ergonómicas.

Frank Lloyd Wright (1867-1959), com origens que se enquadram no movimento

Arts and Crafts veio mais tarde explorar novos estilos. O seu profundo respeito pela

natureza e a crença nos valores humanos estão presentes na obra deste percursor do

design orgânico, que tem como intenções simbolizar a essência da natureza e do

homem. O trabalho deste humanista exerceu uma grande influência noutros autores.

A aproximação de Charles Rennie Mackintosh (1868-1928) tanto na arquitectura

como no design, incluía o uso do simbolismo e um equilíbrio entre forças opostas (luz/

escuridão; masculino/ feminino; moderno/ tradicional;). Tanto o seu estilo orgânico

como posterior e reconhecido estilo geométrico, exerceram uma destacada influência.

O movimento britânico Arts and Crafts está presente nas concepções de outro

designer, Arquitecto de reconhecido prestígio. A parte das influências deste movimento,

Josef Hoffmann (1870-1956), distingue as suas criações por um carácter anti

históricista. As suas formas rectas reduzidas, eram inspiradas na linguagem geométrica

adaptada pelo movimento moderno.

Walter Gropios (1883-1969) fomentou a unidade das artes e foi director da

Bauhaus, desde a sua criação em 1919 até 1928. O seu design reflectiu uma certa

mudança devido à modernidade industrial. A sua obra é uma clara expressão do

movimento moderno, orientada para uma produção standard no design.

Outro dos mais importantes expoentes do design moderno foi sem dúvida,

Ludwing Mies Van Der Rohe (1886-1969). Inspirado na arquitectura neoclássica foi

percursor de um design racionalista e funcional, tendo a sua obra sido considerada das

mais influentes do século XX. O mesmo ocorre com o trabalho de Le Corbusier (1887-

1965), que passou pela história como um dos arquitectos mais notáveis e que deixou

também marcas no design. O seu início está marcado pelo estilo internacional,

designação atribuída aos artistas do movimento moderno, que combinaram

11

funcionalidade e tecnologia, com uma linguagem geométrica para criar uma estética

moderna. Com o passar do tempo, adoptaram uma linguagem formal mais expressiva e

livre face ao formalismo inicial. Sem dúvida que é um dos criadores mais importantes

pela sua maneira de entender o “design” e a “arquitectura” com grande impacto em

vários campos.

Gerrit Thomas Rietveld (1888-1964) baseou-se no neoclassicismo e na

linguagem formal geométrica, aplicando-as às suas criações, e que com o passar dos

anos se tornou na sua marca comercial. Muitos dos seus objectos manifestam um

retorno às estruturas elementares em madeira como resposta à recessão económica de

1930. Foi pioneiro em inovação, o que faz com que as suas obras sejam uma referência

para os dias de hoje.

O italiano Gio Ponti (1891-1979) contribuiu em grande para o ressurgimento do

design italiano pós guerra. O classicismo intemporal típico da sua obra adquire com o

passar dos anos uma expressividade e solidez incrível. A sua carreira tanto no campo do

design como da arquitectura foi marcada pela grande produtividade.

O dinamarquês Poul Henningsen (1894-1967) arquitecto e designer, renunciou

as pretensões artísticas do design escandinavo em favor de um design com uma

aproximação mais prática e funcional, com o intuito de levar o bom design às pessoas

em geral. O seu princípio tinha por base, fazer produtos mais democráticos, usando

formas e materiais tradicionais. O seu legado é constituído por mais de cem candeeiros

que ainda hoje continuam a ser fabricados, demonstrando que o bom design não tem

idade.

Alvar Aalto (1898-1976) é outro dos designers escandinavos de referência. As

suas concepções são caracterizadas pelo uso de formas orgânicas. Profundamente

convencido que o design, para além de conhecer as exigências funcionais, também teria

de incluir outras necessidades do utilizador, sendo que a melhor maneira para o

conseguir seria através da aplicação de materiais naturais, como a madeira que Aalto

aprendeu a moldar e na qual se consumou mestre. Criou uma linguagem acessível à

maioria das pessoas.

Marcel Breuer (1902-1981) tal como Mies Van Der Rohe e Walter Gropius, foi

professor na Bauhaus e um dos expoentes do design moderno. O atractivo ímpar das

suas criações, é um claro testemunho do domínio que combina métodos de produção e

estética.

12

Nascido no mesmo ano que Beurer, Arne Jacobsen (1902-19719), foi pioneiro

na introdução do estilo moderno Dinamarquês no design. Combinou formas orgânicas e

esculturais com elementos tradicionais do design escandinavo, com o propósito de criar

peças de aparência simples mas, temporalmente charmosas.

O matrimónio formado por Charles Eames (1907-1978) e Ray Eames (1912-

1988), foi celebrado pelas suas excelentes inovações e design pouco vulgar. A

contribuição de ambos neste campo são inegáveis, fazendo das suas peças, obras

atractivas, funcionais e eficazes como quando eles as criaram. São os expoentes que

mais destaque tiveram no design orgânico e das figuras mais importantes do século XX.

Provaram que o design não só permite conceber objectos de grande beleza como

também ajudar as pessoas a ter uma qualidade de vida melhor.

Eero Saarien (1910-1961) introduziu criações atrevidas e revolucionárias no

mundo do design. Racionalista e progressista foi pioneiro no design orgânico criando

peças que se consideram das mais importantes do século XX, ao anunciar uma nova

direcção na criação do mobiliário. Se não alcançou a unidade orgânica total no seu

design com o material, a função e a estrutura, isso deveu-se às limitações impostas pela

tecnologia da altura. São as formas esculturais, orgânicas e expressivas que definem o

seu trabalho.

Achille Castiglioni (1918) o melhor dos irmãos Castiglioni e um dos

profissionais mais importantes na revolução do design. O seu trabalho tem por base o

racionalismo, o que não o impede que seja capaz de criar formas práticas e funcionais

suavizadas com certa beleza. O seu toque pessoal, juntamente com a qualidade do seu

design, a inovação das estruturas e uma sugestiva estética convertem-no numa figura

carismática do design italiano.

Entre os objectivos de Vico Magistretti (1920) encontra-se o de humanizar o

movimento moderno. Ele foi bem sugerido ao equilibrar com facilidade e eficiência a

técnica inventiva com a elegância formal. O seu design é intemporal dada a grande

qualidade e beleza das suas peças. O grande mérito deste criador está nas soluções de

desenho duradouras.

Outro italiano de referência é Alessandro Mendini (1931). Destacou-se dos seus

compatriotas pela promoção de um design “banal”, de modo a preencher o vácuo social

e intelectual da sociedade industrializada. As suas peças transmitem uma sensação

sofisticada de humor, assim como, a ideia de inovação que não poderia continuar a ser

feita da mesma maneira que antes. As suas criações são revestidas de exuberância, uma

13

explosão de cor e formas ousadas, que reflectem necessidade de enfatizar o design pelo

design, mais precisamente pela sua causa.

Não houve ninguém que tivesse contribuído mais para o debate “anti-design”,

provocatório e fomentador do pós-modernismo, que Philipe Stark (1949). É dos

designers mais prolíficos dos dias de hoje e foi na década de 80´s que começou a ser

reconhecido. Os seus primeiros trabalhos são sumptuosos exagerados, audaciosos, ricos

em imaginação e inovadores. Começou como “enfant-terrible” do design francês e é

responsável por algumas das peças com maior carácter e personalidade dos últimos

anos. Durante os anos 80 centrou-se na exploração do exagero que incutia às suas obras.

Esta característica já não é tão visível, sendo a moderação o que melhor o caracteriza

nos dias de hoje, garantindo, assim, peças com maior longevidade.

Muitos são os designers que contribuíram e ainda contribuem para a evolução e

continuidade de melhores produtos, proporcionando, deste modo uma melhor qualidade

de vida.

Torna-se claro que o design nasceu no século XX, trazendo novos objectivos e

desafios para o nosso quotidiano. Os avanços industriais, a sociedade, os problemas

económicos, as guerras e os gostos foram factores preponderantes para o surgimento e

afirmação do design.

Uma breve pesquisa sobre o século XX permite-nos descobrir porque é que o

design de um determinado período se revela típico. No início de 1900 a máquina

consolida a sua força. Este auge industrial acaba por ser escurecido pela primeira guerra

mundial e pelo triunfo da revolução. Os europeus passaram então a ter em 1920 a Art

Déco, o Jazz e a Coco Channel.

Os anos 30 são envoltos de sofrimento, onde o derrube da bolsa conduz a uma

estética sóbria e funcional imposta pelo design escandinavo e dos E.U.A.

Uma década mais tarde a Europa volta a sofrer uma nova guerra mundial e

transforma-se num campo de batalha. O design e a indústria tiveram de se adaptar à

nova situação, enquanto se investigavam as vantagens dos novos materiais.

Emergindo de um período de guerra, os anos 50 centram-se no funcionalismo e

nos avanços tecnológicos. As formas deveriam estar associadas à função e não o

contrário. A guerra-fria surge e é nessa altura que o Ikea abre a sua primeira loja. A

explosão dos anos 60 chega carregada de criatividade, a contra cultura passa a estar

presente nas ruas marcada por splash de cores dando, assim, origem aos estilos Pop Art

e Psychadelia.

14

Durante os anos 70 a crise do petróleo obriga a uma recessão, acalmando a

euforia do pós-modernismo e dando origem a uma mudança de valores. A ecologia e o

aforro passam a impor-se!

O “boom do design” começa na década de oitenta, anos marcados pela

tecnologia e a era “Reagan”. É o momento em que o mundo pensa em globalizar-se e o

design torna-se universal.

Os anos noventa, por sua vez, impõem um cruzamento de estéticas. A petulância

e a transgressão que marcaram os anos oitenta fora substituída pela contenção e

sobriedade do minimalismo. É inegável que a sua influência é fortemente sentida,

embora um novo maximalismo esteja a invadir o panorama actual.

Com a chegada do novo milénio está-se a favorecer o retorno ao exagero. As

formas estão a surgir cada vez mais generosas, exuberantes e volumosas. A ideia “less is

more”, que governou o minimalismo, e que continua a ser relevante, está a perder

terreno face às novas “ondas” do design. Com todo o ecletismo, tudo é permitido e a

pluralidade é a tónica dominante. Passa a ser permitido, então, criar peças díspares,

todas igualmente válidas e atractivas.

1.3 Cadeira e Design – Perspectiva Cronológica

Segundo os autores Falkenberg e Reschke [1] a cadeira é juntamente com a

mesa, uma das mais antigas peças de mobiliário, a mais usada e a que apresenta uma

maior variedade de modelos. Desde a antiguidade que o homem precisou de um objecto

que lhe garantisse um assento. Com o passar do tempo, os avanços tecnológicos e as

modas, o seu design foi influenciado de modo a criar peças de grande beleza e

funcionalidade.

Um dos incidentes que permitiu novas propostas ao design, foi conseguido pelos

“irmãos Thonet”, na Áustria durante o final do século XIX, com o surgimento do

processo industrial capaz de curvar a madeira. A partir deste momento o fabrico de

cadeiras assistiu a avanços espectaculares.

Nenhum dos modelos propostos pelos designers da actualidade se assemelham

com os estabelecidos anteriormente, apesar, de ser possível encontrar modelos no

15

mercado imbuídos de extravagância e imaginação. Com o passar de todos estes séculos,

as cadeiras, continuam na sua grande maioria a ser concebidas com um assento apoiado

em quatro pernas e um encosto, para garantir uma maior comodidade. Nos tempos que

correm existem cadeiras para todos os gostos: austeras, discretas, elegantes, audazes,

coloridas, e até esculturais feitas em materiais como madeira, alumínio, tubos em aço

carbono, fibras vegetais, policarbonato, aço inoxidável e plástico.

Houve um tempo em que reinou a ostentação no modo de conceber uma peça.

Contudo, actualmente a ergonomia tem um papel preponderante, assim como a

tecnologia e os novos materiais. Quando se trata de escolher, é necessário ter em

atenção factores como a comodidade e o peso. A cadeira deve então, nos dias de hoje,

ser leve, confortável e segura.

A cadeira tal como a conhecemos tornou-se num ícone cultural e foi durante o

século XX que muitos designers se esforçaram no desenvolvimento de uma estrutura

relacionada com o acto de sentar. Prestigiados profissionais continuam ainda a incluir as

cadeiras como propostas de trabalho, apesar de este objecto se encontrar resolvido em

termos funcionais.

Neste contexto é elaborada, de forma sucinta, uma cronologia de algumas obras

mais significativas [2,3], desde os meados do século XIX até finais do século XX. Nesta

cronologia é possível apercebermo-nos das orientações formais dos vários designers, em

particular no objecto cadeira, que seguem linhas geométricas, estruturais e orgânicas.

Relativamente aos processos de produção, estes vão desde os métodos mais

artesanais até aos mais industrializados, como consequência dos diferentes tipos de

materiais empregues na sua construção e respectiva evolução tecnológica.

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23

1.4 Uniões Comuns no Mobiliário

De um modo geral, os elementos de fixação mais usados são os rebites, as

soldaduras, as cavilhas, as sambladuras, os parafusos e as porcas.

Sambladura Rebitagem Soldadura Parafusos

Figura 1.1 – Exemplos de aplicações de alguns elementos de fixação no mobiliário.

A união de peças feita pelos elementos de fixação pode ser do tipo união

amovível ou permanente. No tipo de união móvel, os elementos de fixação podem ser

colocados e retirados do conjunto sem causar qualquer dano às peças unidas. Como

exemplo típico destas uniões temos os parafusos e as porcas.

Figura 1.2 – Tipo de uma união aparafusada.

No tipo de união permanente os elementos de fixação, uma vez instalados, não

podem ser retirados sem que ocorra a sua inutilização. Neste caso temos como exemplos

típicos as soldaduras e as sambladuras.

24

Figura 1.3 - União rebitada, união soldada e união por sambladura.

Tanto os elementos de fixação móvel como os elementos de fixação permanente

devem ser usados com muito cuidado, porque são geralmente, os componentes mais

frágeis da estrutura. Assim, para projectar um conjunto mecânico é preciso escolher o

elemento de fixação adequado ao tipo de peças que irão ser unidas.

Se, por exemplo, unirmos peças robustas com elementos de fixação fracos e mal

instalados, o conjunto apresentará falhas e poderá ficar inutilizado. Ocorrerá, portanto,

desperdício de tempo, de materiais e de recursos financeiros. É importante planear e

escolher correctamente os elementos de fixação a serem usados, de modo a evitar

concentração de tensões, as quais são causadoras de ruína [4-5].

Para que se possa ter uma noção, ainda que resumida, dos tipos de união a

aplicar aos metais, às madeiras, aos compósitos, aos polímeros, ao vidro e entre eles é

apresentada na tabela 2.1 [6-14] alguns exemplos mais comuns. Esta tabela servirá

apenas como guia e não deverá ser usada para casos que requerem maior especificidade.

25

Tabela 1.1 - Alguns exemplos de uniões entre materiais [6-14].

Materiais Metal Madeira Madeira Compósito Polímero Vidro

Metal

Soldadura

Eléctrodo Revestido

Mig/Mag

Tig

Por Pontos

Ligação Desmontável

Parafusos

Ligação Permanente

Rebitagem

Colagem

Madeira

Ligação Desmontável

Parafusos

Ligação Permanente

Rebitagem

Ligação Permanente

Sambladuras

Malhetes

Lamélas } + cola

Cavilhas

Pregos

Ligação Desmontável

Parafusos

Compósito

Ligação Permanente

Rebitagem

Colagem

Ligação Permanente

Colagem

Ligação Desmontável

Encaixes

Ligação Permanente

Colagem

Rebitagem

Polímero

Ligação Desmontável

Parafusos

Ligação Permanente

Rebitagem

Colagem

Ligação Permanente

Colagem

Ligação Desmontável

Encaixes

Parafusos

Ligação Permanente

Colagem

Ligação Permanente

Ultra-Sons

Ligação Desmontável

Encaixes

Vidro

Ligação Desmontável

Parafusos

Ligação Desmontável

Parafusos

Ligação Desmontável

Parafusos

Ligação Desmontável

Encaixes

Ligação Desmontável

Parafusos

26

Samblagens

Figura 1.4 - Zig-Zag chair, 1932-1934 Gerrit Rietveld.

Por norma, a construção de um móvel de madeira, exige o emprego de muitas e

variadas peças, que é preciso ligar entre si de uma forma permanente, indeformável e

resistente. É assim necessário formar qualquer trabalho de madeira por elementos

distintos, convenientemente reunidos entre si, de forma a apresentarem o aspecto de

uma só peça, igualmente resistente em todos os seus pontos. Ao agrupamento destas

partes elementares dá-se o nome de samblagem, bem como ao modo como se faz a

união entre os diversos elementos.

A samblagem, também chamada sambladura, deve ser o mais resistente possível,

traçada e executada rigorosamente sem deixar folgas entre as partes ligadas.

Na simplicidade da samblagem está a sua maior resistência, visto que os entalhes

complicados enfraquecem a madeira consideravelmente, além de as tornar mais

dispendiosas. Reforçam-se as samblagens por meio de cola. Não se deve empregar nas

semblagens cavilhas, pregos ou parafusos, pois, enfraquecem a madeira. Na tabela 3.2

apresentam-se algumas uniões típicas para madeira natural.

27

Tabela 1.2 - Exemplos de uniões para madeiras naturais [6-10].

(continua)

28

(continuação)

(continua)

29

(continuação)

30

Rebite

Figura 1.5 - MN-01 LC1, Lockheed Louge, 1985-1986, Marc Newson.

Um rebite compõe-se por um corpo em forma de eixo cilíndrico e uma cabeça, a

qual pode ter vários formatos. Este meio de fixação é muito aplicado em uniões

permanentes, podendo ser fabricado em aço, alumínio, cobre ou latão. Unem

rigidamente peças ou chapas, principalmente, em estruturas metálicas, de reservatórios,

cadeiras, máquinas, navios, aviões e veículos de transporte. Basicamente as ligações

rebitadas são usadas em casos onde a soldadura não é indicada (estruturas metálicas)

[11].

As suas principais vantagens são a economia, a facilidade de reparação e a

aplicação a estruturas de má soldabilidade (estruturas de alumínio). Na tabela 1.3

encontram-se alguns tipos de rebite e na figura 1.6 apresenta-se a nomenclatura

associada aos rebites.

31

Tabela 1.3 - Tipos de rebite [11].

Tipos de rebite

Formato da cabeça

Emprego

Cabeça redonda larga

Largamente utilizados devido à resistência que oferecem. Cabeça redonda estreita

Cabeça escareada chata larga

Empregues em uniões que não admitem saliências.

Cabeça escareada chata estreita

Cabeça escareada com calota

Empregues em uniões que admitem pequenas saliências.

Cabeça tipo panela

Cabeça cilíndrica Usados nas uniões de chapas com espessura máxima de 7 mm.

D= aba boleada

K= aba escareada

Ǿ= diâmetro do rebite

H= diâmetro da aba

h= altura da aba

f= altura da aba boleada

L= comprimento do rebite

Figura 1.6 – Nomenclatura de um rebite [11].

32

Soldadura

Figura 1.7. - Diamond, Model, 1950-1952, Harry Bertoia.

A soldadura é um processo de união localizada, de metais, similares ou não, de

forma permanente, sendo considerada a forma de união permanente mais importante na

indústria. Existem basicamente dois grandes grupos de processos de soldadura. O

primeiro caracteriza-se pelo uso de calor, aquecimento e fusão parcial das partes a

serem unidas, denominado "processo de soldagem por fusão". O segundo baseia-se na

deformação localizada das partes a unir, auxiliada pelo aquecimento das mesmas até

uma temperatura inferior à do ponto de fusão, conhecido como "processo de soldagem

por pressão" ou "processos de soldagem no estado sólido" [12].

33

Tabela 1.4 - Processos de soldadura convencionais [12].

Alguns Processos de Soldadura

Definição Aplicações Vantagens e Desvantagens

Eléctrodo Revestido

Trata-se de uma soldadura por eléctrodos revestidos que utiliza o calor do arco eléctrico, produzido entre o eléctrodo revestido e o material a soldar, para fundir o material de base e o eléctrodo, formando assim o material de adição o qual é depositado, no estado de fusão, na junta a soldar.

- Aço Carbono - Aços resistentes à corrosão - Ferros Fundidos - Alumínio/ ligas - Cobre/ ligas - Níquel/ ligas

- pode ser utilizado em várias posições - utilizado em grande variedade de ambientes - pouca produtividade - limitado a espessuras inferiores a 15mm - o eléctrodo cola à peça

Tig Trata-se de um processo de soldadura (metal inerte ou activo gás) que utiliza um fio Eléctrodo consumível com protecção de gases inertes tais como argon, hélio e suas misturas.

- Ligas em Alumínio - Ligas em Magnésio - Aços Inoxidáveis - Ligas de Níquel

- elevada qualidade dos cordões de solda - flexibilidade em reparações - ideal para espessuras inferiores a 10mm

(continua)

34

(continuação)

(continua)

Alguns Processos de Soldadura Definição Aplicações

Vantagens e Desvantagens

Mig/Mag Trata-se de um processo de soldadura (metal inerte ou activo gás) que utiliza um fio eléctrodo consumível com protecção de gases inertes tais como argon, hélio e suas misturas.

- Alumínio/ ligas - Aço Inoxidável - Cobre / ligas

- soldas de qualidade - menor aquecimento - ausência de respingos - inadequado apartir 6 mm - problemas (correntes de ar) - custo elevado

Ultra Sons Trata-se de um processo de soldadura no estado sólido o qual produz a soldadura pela aplicação local de uma energia vibratória de alta frequência, enquanto as peças a soldar são mantidas fixas uma contra a outra sob a acção de uma força de aperto.

- Termoplásticos - Metais de alta condutividade (Alumínio e Cobre) - Cobre e Aço

- espessuras finas (10 a 20mm) - espessuras da ordem do micron - peças finas e espessas - chapas pintadas e oxidadas

35

(continuação)

Alguns Processos de Soldadura

Definição Aplicações Vantagens e

Desvantagens

Por Pontos Trata-se de uma soldadura por resistência, que é produzida pela acção de uma pressão, sem metal de adição, utilizando como aquecimento o efeito de uma corrente eléctrica que atravessa a junta a soldar.

- Aço Inoxidável - Alumínio - Níquel - Chapa Galvanizada - Latão e Cobre

- económica - boa qualidade - sem oxidação - impressões nas faces dos materiais

36

União Aparafusada

Figura 1.8 - : Beugelstoel 2, 1927, Gerrit Rietveld.

Os parafusos são elementos de fixação, utilizados em uniões não permanentes de

peças, isto é, as peças podem ser montadas e desmontadas facilmente, bastando apertar

e desapertar os parafusos que as mantêm unidas. Os parafusos diferenciam-se pela

forma da rosca, da cabeça, da haste e do tipo de accionamento. O corpo do parafuso

pode ser cilíndrico ou cónico, totalmente roscado ou parcialmente roscado. A cabeça

pode apresentar vários formatos; porém, há parafusos que não são constituídos por

cabeça. Os materiais de que são feitos variam entre o latão, o aço (galvanizado ou

inoxidável), o titânio e o bronze. Numa situação em se exige uma sustentação que

37

requer uma força moderada e grande resistência à corrosão ou isolamento eléctrico,

utilizam-se materiais como o nylon ou teflon.

Existe uma enorme variedade de parafusos que podem ser diferenciados pelo

formato da cabeça, do corpo e da ponta. Essas diferenças, determinadas pela função dos

parafusos, permitem classificá-los em quatro grupos: os parafusos passantes, os

parafusos não-passantes, os parafusos de pressão e os parafusos prisioneiros.

Os parafusos passantes atravessam de lado ao outro, as peças a serem unidas,

passando livremente nos furos. Dependendo do serviço, esses parafusos, além das

porcas, utilizam anilhas e contra porcas como acessórios.

Os parafusos não passantes são parafusos que não utilizam porcas. O papel da

porca é desempenhado pelo furo roscado, feito numa das peças a ser unida.

Os parafusos de pressão são fixados por meio de pressão, exercida pelas pontas

dos parafusos contra a peça a ser unida. Este grupo de parafusos pode apresentar cabeça

ou não.

Os parafusos prisioneiros não são constituídos por cabeça, apresentam rosca em

ambas as extremidades, sendo recomendados para situações em que se exige montagens

e desmontagens frequentes. As roscas dos parafusos prisioneiros podem ter passos

diferentes ou sentidos opostos. O parafuso prisioneiro permanece no lugar quando as

peças são desmontadas.

Vários são os tipos de parafusos usados em carpintaria, sendo o mais comum, o

parafuso de rosca soberba, também conhecido por parafuso de fenda para madeira. Este

parafuso apresenta um corpo roscado ligeiramente cónico, podendo a sua cabeça variar

mediante três tipos distintos: cabeça chata, cabeça abaulada ou cabeça redonda [13].

Tabela 1.5 - Formatos de parafusos [13].

Parafuso cilíndrico

Parafuso cónico

Parafuso prisioneiro

38

Tabela 1.6 - Classificação de parafusos [13].

Parafusos passantes

Parafusos não passantes

Parafusos de pressão

Parafusos prisioneiros

39

Uniões Particulares

Figura 1.9 - : Uniões particulares.

Até este ponto, foram descritas, algumas das formas de união que habitualmente

se podem encontrar no mercado, nos mais variados campos de aplicação, no entanto,

existem outros exemplos, menos comuns, que também merecem ser referenciados. As

tabelas que se seguem, mostrarão alguns desses exemplos, no sentido de dar a conhecer

outras soluções de união, alternativas às tradicionais e, potenciadoras de novos desafios.

40

Tabela 1.7 – Alguns exemplos de uniões particulares [14].

Desenho esquemático

Legenda

a) Junção directa Perfil (secção circular) e banda elástica de aço. A junção é obtida por esquadros

e) Junção não desmontável. Anel de "coroa" cujos dentes penetram no cone de plástico.

b) Junção directa. Encaixe oco.

f) Junção por relação de material.

c) Junção destacável.

g) Junção através de força com dois subgrupos: elementos de junção com forma própria (pregos) elementos de junção amorfos (colas)

d) Junção destacável limitadamente. Sobreposição de duas chapas.

h) Junção por tensão. Anel de segurança

(continua)

41

(continuação)

Desenho esquemático

Legenda

i) Junção de encaixe.

m) Junção por dilatação.

j) Junção por torsão.

n) Junção por características de forma: à baioneta.

k) Junção de entalhe.

o) Junção por incisão. Elemento metálico redondo inserido na matéria plástica com reentrância para prevenir a rotação.

l) Junção por dobragem.

p) Junção por rebite. Duas componentes redondas unidas por um elemento cónico.

42

CAPÍTULO 2

METODOLOGIA UTILIZADA NO

PROJECTO

Neste capítulo irá ser apresentada a proposta de mobiliário e as

influências que estiveram na sua origem. Vai ser possível ter uma ideia

muito próxima da imagem do objecto na realidade, assim como, os

elementos que a constituem e os processos inerentes à sua fabricação.

43

2.1 Introdução

Numa primeira fase, começou-se por utilizar o desenho como ferramenta de

exploração, para libertar todas as ideias formais que estavam acumuladas até então.

Dessa exploração resultaram inúmeros exemplos de mesas, cadeiras e poltronas, desde a

mais minimal até à mais estrutural, passando pelas formas geométricas até às mais

orgânicas. Partindo desta exposição ao nível do desenho, será explicado, o conceito que

está subjacente a cada esboço, e quais as tecnologias necessárias para poderem ser

produzidas.

Com o objectivo de consolidar os conhecimentos relativamente ao mobiliário,

iniciou-se uma viagem pelos livros com o objectivo de perceber a sua origem e

evolução. Dessa viagem, apurou-se que o arquétipo cadeira, foi o mais explorado até

aos nossos dias, pois, até ao momento, poucos foram os designers e arquitectos que

prescindiram de dar o seu contributo a este elemento individual.

Com a tónica de projectar uma peça de mobiliário de interior, leve, confortável,

de fácil transporte e com uma estética actual, a busca foi centrada em exemplos de gosto

pessoal. Decorrente da leitura e sua análise foi identificado um estilo particular de

mobiliário, datado do século XVIII, e que se enquadra na “Era do Mogno”. Tal como o

nome indica, a matéria-prima mais em voga da época era o mogno, embora, este não

fosse o único material usado na manufactura de mobiliário.

2.2 – A Era do Mogno e o Mobiliário Chippendale

O período do Mogno, situa-se na primeira metade do século XVIII, em paralelo

com os períodos ingleses conhecidos como: Queen Anne e Georgian. A madeira de

nogueira deu passagem ao mogno, que se assumiu como a madeira predominante.

Assistiu-se neste período a uma repentina simplificação do estilo, numa diminuição dos

ornamentos e, consequentemente, numa estética mais elegante. Um dos elementos mais

típicos é a cabriole leg. Inicialmente era uma perna curvada desde do assento até ao pé

da cadeira, passando, mais tarde a apresentar elementos gravados como a garra e uma

esfera, também conhecida por pé de leão, conforme ilustra a figura 2.1.

44

Figura 2.1 - Perna característica do estilo Chippendale.

O mobiliário da época era feito por carpinteiros, auxiliados por ajudantes, sendo

longa a lista de espera dos American Chippendales. Thomas Chippendale foi o

carpinteiro inglês mais famoso deste período e foi através do seu nome que ficou

conhecido o mobiliário a partir dos meados deste período [4].

Thomas Chippendale foi um dos grandes nomes do mobiliário inglês do século

XVIII (nasceu em Otley, Yorkshire, em 1718) tendo herdado do seu pai uma oficina de

móveis em Londres. Em 1754 publicou um livro sobre mobiliário: The Gentleman and

cabinet-marker's Director, que ao fazer sucesso lhe trouxe fama e, assim, lhe

possibilitou difundir os seus móveis por toda a Europa. Foi a primeira obra inteiramente

dedicada ao mobiliário, onde se justapôs o Rococó, o Gótico, o Clássico e as

Chinoiseries. Apesar do livro apresentar desenhos pobres, o mobiliário fabricado por ele

era perfeito no que se refere à mão-de-obra e ao desenho. Chippendale associou aos

vários estílos existentes a melhor madeira, e com um senso absoluto da linha e das

proporções, obteve grande harmonia e unidade. Ele foi apelidado de "mestre da linha

curva."

Chippendale produziu uma grande variedade de mobiliário, usando na

ornamentação grande variedade de motivos. Atribuiu-se a ele várias peças, tornando-se

impossível dissociar o seu nome a quase todo o trabalho inglês em estilo rococó. A

cadeira de estilo Chippendale-Gótico tinha um entrecruzamento de ogivas no espaldar e

ornamentação em sentido vertical; a Chippendale-chinês lembrava um pagode com

ornamentação oriental; as chamadas “ribbon-back”, encosto em fita, tinha no espaldar

45

um desenho imitando fita chamalote e algumas mostravam o espaldar em curvas

paralelas no sentido horizontal. Aberto a novas ideias, Chippendale recebeu influências

do arquitecto escocês Robert Adam e fez trabalhos no estilo Neoclássico para os

interiores de Adam, conhecido como mobiliário “Adam-Chippendale”.

O mobiliário de Thomas foi muito copiado na Europa e na América do Norte.

No fim da sua época, Chippendale utilizou a delicadeza dos móveis franceses, mas essa

reacção foi principalmente adoptada pelo seu sucessor Hepplewhite. Com a sua morte,

Chippendale foi substituído pelo seu filho, também chamado Thomas, mas a sua firma

foi perdendo importância [15-16].

2.3 – Abordagem ao Projecto

Uma vez que um dos objectivos deste trabalho passa pela aplicação de juntas

coladas ao mobiliário de interior, aplicou-se esta técnica a um estilo de mobiliário

particular da história, como forma de o valorizar e actualizá-lo, às exigências dos dias

de hoje. Exigências estas que se reflectem na qualidade do produto, no conforto que

proporcionam, na durabilidade (tempo de vida do objecto), na funcionalidade (relação

com o utilizador), na estética, que normalmente é um dos indiciadores de compra, no

preço final. Para isso começou-se por assimilar os principais elementos que definem o

estilo Chippendale, descrito no ponto 2.2.

Perante as informações recolhidas projectou-se uma nova cadeira, baseada num

modelo clássico da época, interpretado, com recurso à criatividade pessoal, numa

tentativa de dar continuidade à mística da época. Foi propiciada a sua “passagem” e

“estadia” para os nossos dias, sempre numa tentativa de a harmonizar com outras

propostas de mobiliário. As condições referidas resultam da combinação eficaz e

equilibrada entre os diversos materiais, formas e soluções a ela atribuídas. A observação

e a assimilação tornam-se factores chave no momento em que se pretende projectar

algo, quer se aborde um público-alvo específico ou grandes massas. Estar a par das

tendências de mercado e das técnicas de produção industriais, faz com que o trabalho do

designer se torne simplificado. Ferramentas de criação como o desenho,

complementadas com o recurso a programas informáticos de modelação, asseguram

hoje em dia novos patamares, que permitem manipular e expor a imaginação em tempo

46

record e de forma ímpar, comparativamente ao passado. Novos horizontes são

alcançados à medida que estes “apêndices” vão evoluindo, elevando o nível de

qualidade e de argumentos para afirmar as nossas concepções. Foi com base nestas

ferramentas que a proposta da cadeira “Simplex” ganhou dimensão, ainda que numa

fase virtual, condicionada pelo tempo disponível para conclusão desta dissertação.

A simplificação esteve sempre na génese de toda a criação da proposta, ao serem

aplicadas formas com espessuras finas, fruto da síntese feita aos principais elementos

caracterizadores do estilo chippendale. O resultado desta interpretação, cria uma ideia

de ilusão mediante certos pontos de vista, levando-nos a querer que a estrutura se torna

“invisível”. Isto só é possível, dadas as características dos materiais escolhidos

(laminado de carbono/epóxy, alumínio e aço de elevada resistência) que garantem uma

grande eficácia a solicitações de esforços, mesmo em situações de pouca adição de

material. A solução de união através das colagens é aqui também responsável pela

ligação coesa entre estes diferentes materiais de dimensões estreitas, assemelhando-se

quase a um puro acto de bricolage.

Para que se entenda de forma clara o redesign [50] feito neste projecto, exibe-se

no ponto seguinte, duas imagens, uma com a cadeira da era chippendale e, a outra, a sua

congénere inspirada no modelo clássico. Em ambas estão descritas as suas

características, de maneira a que se perceba onde se encontram as maiores diferenças.

47

2.4 – Proposta de Projecto

48

Figura 2.4 - Vistas dimensionadas.

49

Figura 2.5 - Vista explodida.

50

Figura 2.6 - “Simplex” renderizada.

A proposta apresentada ao longo das figuras 2.4 a 2.6 é uma aproximação do que

seria possível obter após a fase de produção. Esta cadeira inspira-se nas linhas curvas do

estilo Chippendale, mas inova, ao usar materiais e soluções de união diferentes das do

século XVIII.

A produção manual característica da sua congénere, figura 2.2, passa aqui, neste

exemplo, a ser substituída por um tipo de produção automatizada, que se serve do

software cad/cam. A peça modelada em 3d que se pretende produzir, irá ser convertida

em código, lido por máquinas de CNC prototipagem, encarregues de maquinar a

matéria-prima, para obter a peça final. O encosto é, por exemplo, um componente que

irá utilizar esta tecnologia de fabricação. A moldura das pernas e do encosto poderá ser

obtida por fundição injectada de alumínio com vista a rentabilizar mais o processo de

fabrico. Caso contrário, também poderá ser feita de um modo mais artesanal,

pressionando a barra de alumínio contra um molde com as várias geometrias

51

apresentadas pelas peças. O tampo da cadeira, sendo em compósito de carbono epoxy,

pode ser obtido por auto-clave. Este processo revela-se eficaz, dada a qualidade

implementada às peças, de forma a obter uma boa resistência mecânica, conciliadora

com o fim a que se destina. Finalmente as pernas em compósito de carbono epoxy são

obtidas pelo processo automatizado de enrolamento de fio, que consiste em enrolar as

fibras de carbono, impregnadas de resina, em torno de um macho. A união dos diversos

componentes será feita com recurso à colagem. Um cuidado particular deve ocorrer

neste processo, o qual está devidamente exposto no capítulo 3.

2.5 – Contributo para a Validação Estrutural do Projecto

Revela-se também importante o uso de ferramentas actuais, disponíveis em

softwares da área do design industrial, no sentido de comprovar se a escolha dos

materiais, das dimensões e das formas atribuídas ao elemento de estudo são compatíveis

com o seu desempenho em serviço.

Figura 2.7 - Cadeira “Simplex”.

52

O Solid Work 2007®, em conjunto com a ferramenta Cosmos Express, foram os

meios informáticas utilizados para a simulação de elementos finitos.

Como primeiro passo no Cosmos Express, fez-se um Cosmos Study ao modelo

tridimensional. De seguida, aplicaram-se os materiais aos diferentes componentes 3D

(cosmos materials), que por norma já se encontram disponíveis na biblioteca do

programa.

Uma vez que o objecto aqui representado é uma cadeira, definiu-se cada uma

das bases das quatro pernas como sendo as zonas de restrição, que neste caso simulam o

chão. A partir daqui, definiu-se o assento como a área onde será aplicada a carga.

Finalmente ajustou-se uma malhagem automática ao modelo, com vista a obter a

distribuição de tensões. Os resultados são apresentados em termos das tensões de Von

Mises.

Figura 2.8 - Malha aplicada ao modelo. Restrições a verde e o carregamento a amarelo.

Figura 2.9 - Representação da deformada.

53

Para tal, foram utilizados 36856 elementos tetraédricos de 10 nós, perfazendo um total

de 67207 nós. A carga aplicada, conforme ilustrada na figura 2.8, considerou-se

Fy=1722 N = 175.54 kgf. Considerou-se a espessura do tampo igual a 10 mm e para as

pernas 8 mm.

Verifica-se que os pés são os elementos mais solicitados, contudo, as tensões de

Von Mises obtidas são relativamente baixas, na ordem dos 55 MPa, comparativamente

com as tensões cedência dos materiais propostos. De qualquer modo, recomenda-se uma

melhoria da geometria que, poderá por passar pelo aumento da espessura.

Figura 2.10 – Representação das tensões de Von Mises para as pernas da frente.

2.6 - Conclusões

O modelo da cadeira proposto é passível de ser exequível, como foi ilustrado ao

longo deste capítulo. Os materiais seleccionados conduzem a soluções projectuais

bastante aceitáveis, ainda que seja necessário um estudo mais detalhado ao nível dos

elementos finitos.

54

CAPÍTULO 3

ESTUDO EXPERIMENTAL EM

JUNTAS COLADAS

Este capítulo irá dar a conhecer um método alternativo de união, que

permite unir diferentes materiais, em especial, materiais compósitos, de

diferentes espessuras, produzindo resultados satisfatórios

comparativamente a outros métodos tradicionais. A sua aplicação

potencia novos patamares de criação, para além, de proporcionar uma

maior qualidade de acabamentos.

55

3.1 Introdução

As uniões coladas têm vindo a tornar-se cada vez mais como uma alternativa

promissora face aos tradicionais sistemas de fixação mecânica. O seu interesse revela-se

determinante quando, por exemplo, se pretende unir diferentes tipos de materiais. Neste

caso muitas técnicas são de imediato excluidas.

Os materiais compósitos são um exemplo de onde as uniões coladas se revelam

como sendo a mais apropriada, uma vez que as outras ligações induzem

descontinuidades nas fibras (dada a necessidade da abertura de furos para a aplicação de

parafusos e rebites) e, consequentemente, potenciais zonas de ruína. Por outro lado a sua

aplicação a este tipo de materiais aumenta ainda mais o seu interesse, visto associar

enormes vantagens económicas.

Ainda que a sua utilização apresente enormes vantagens face às ditas uniões

tradicionais, não podemos, contudo, desprezar algumas limitações que lhes estão

associadas. Na tabela 3.1 encontram-se mencionadas, por exemplo, algumas vantagens e

limitações que podem decorrer das suas aplicações [17, 18-21]. O sucesso da sua

aplicação passa, desta forma, por eliminar essencialmente as desvantagens apontadas na

tabela 3.1 logo na fase de projecto. Para tal, Findlater [22] propõe a existência de cinco

estágios ao nível do projecto, e que são: concepção, determinação da geometria da junta,

selecção do material, dimensionamento da junta e análise.

No que diz respeito à selecção do material, é certo que o projectista muitas vezes

não pode alterar os aderentes. Neste caso a sua escolha deve recair ao nível das colas, as

quais devem ser compatíveis com os materiais dos aderentes (quer ao nível químico

quer da resistência mecânica) e resistir tanto às condições de serviço como ao tempo de

vida útil imposto. No entanto, vários estudos mostram que a falha ocorrida numa junta

nem sempre se deve à escolha errada da cola, mas resulta essencialmente de uma má

descontaminação das superfícies dos aderentes [23]. A ausência de contaminantes é uma

condição que só por si conduz ao estabelecimento de ligações mais fortes, dada a

alteração da energia de superfície do sólido.

Torna-se deste modo evidente que a preparação das superfícies a unir é uma fase

de extrema importância, sendo usual o recurso a sistemas mecânicos e/ou químicos

[23]. Magalhães [17], por exemplo, faz uma revisão dos procedimentos de limpeza que

mais se adequam às superfícies metálicas e poliméricas. Este autor realça a necessidade

56

de tratamentos específicos para determinados polímeros e/ou famílias, os quais,

segundo Lees [24], podem também ser uma função da cola aplicada.

Tabela 3.1 – Vantagens e limitações que advêm da aplicação das juntas coladas [17, 18-

21].

Vantagens Desvantagens

Capacidade de se obter estruturas mais leves e rígidas

As peças não podem ser posteriormente separadas

Capacidade de unir materiais distintos (por exemplo metais com compósitos)

Podem ocorrer tensões residuais resultantes dos diferentes coeficientes

de expansão térmica Capacidade de unir eficientemente

materiais de espessuras finas Sensibilidade a tensões de tracção

segundo a espessura Melhor distribuição de tensões (sem

concentrações de tensões nos aderentes contrariamente às ligações

tradicionais)

Fraca resistência à temperatura e ao fogo

Melhores propriedades à fadiga devido à melhor distribuição de tensões

Susceptíveis a degradação ambiental e incerteza relativamente à sua

durabilidade a longo prazo em condições de serviço severas

Melhor aparência superficial (sem cabeças de parafusos, etc.)

Dificuldade ao nível de inspecções

Fabrico de formas complexas - Boa capacidade de vedação -

O processo de colagem pode ser automatizado, tornando-se

economicamente mais favorável -

Todavia, a preparação de uma superfície não é só um processo de limpeza, dado

que muitas vezes estão-lhe associados tratamentos tendo em vista o aumento da energia

de superfície do sólido. Wingfield [25], por exemplo, apresenta os principais objectivos

que devem estar subjacentes ao tratamento de uma superfície, e que são: eliminação de

todos os tipos de contaminantes (elementos gordurosos, óxidos, etc.), melhoramento da

molhagem de superfícies de baixa energia, modificações químicas através da introdução

de grupos químicos polares e promoção da rugosidade da superfície, aumentando desta

forma a área de colagem.

Por outro lado as juntas coladas sobrepostas simples, devido à não colinearidade

das forças exteriores aplicadas, conduzem ao aparecimento de um momento flector, o

qual vai provocar a sua rotação e o consequente aparecimento de tensões de corte e

57

tensões normais de tracção na cola, enquanto os aderentes são simultaneamente

traccionadas e flectidos. Neste caso existem vários factores que podem influenciar as

distribuições de tensões nas juntas coladas, entre os quais: a rigidez dos aderentes [26-

27], a espessura dos aderentes [28, 29], a espessura da cola [28, 29], o comprimento de

sobreposição [29-31] e o tipo de geometria usada nas extremidades da sobreposição [28,

32-35].

Neste sentido, o presente capítulo pretende caracterizar o comportamento

mecânico das juntas coladas de compósitos carbono/epoxy, alumínio e aço de elevada

resistência. Apresentan-se os resultados obtidos a partir dos ensaios de tracção uniaxial,

com vista a obter a melhor eficiência mecânica da junta colada. Para tal foram

estudados alguns parâmetros como: o efeito da rugosidade nos aderentes metálicos e o

comprimento de sobreposição. As superfícies de fractura também foram analisadas por

microscopia electrónica com vista a caracterizar os mecanismos de dano.

A relação de ensaios realizados encontra-se sintetizada na tabela 3.2. No ponto

seguinte é efectuada uma descrição sumária do material, provetes, equipamentos e

procedimentos experimentais utilizados. Na secção 3.4 é feita uma análise e discussão

de resultados apresentando-se, finalmente, na secção 3.5 as principais conclusões.

Tabela 3.2 – Relação dos ensaios realizados.

Tipo

Ensaios Nº ensaios Objectivos Variáveis Estudadas Material

Tracção Uniaxial

50 Propriedades monótonas

Influência da rugosidade Alumínio e aço

20 Propriedades monótonas

Influência da orientação da rugosidade

Alumínio e aço

30 Propriedades monótonas

Influência do comprimento de

sobreposição

Alumínio, aço e compósito

3.2 Materiais, Provetes, Equipamentos e Técnicas Experimentais

3.2.1 Materiais

Os materiais utilizados ao longo do trabalho experimental foram a liga de

alumínio AlMgSil (DIN 6082) com tratamento térmico T6, o aço de elevada resistência

58

Docol 1000 e um compósito laminado carbono-epoxy. A opção de utilizar estes

materiais no presente estudo deve-se ao facto de serem bastante atractivos para fins

estruturais associados ao seu baixo peso. Deste modo consegue obter-se uma elevada

resistência e rigidez específica.

Por exemplo, cerca de 80% da produção mundial de Alumínio na forma

extrudida é feita com base nas ligas de alumínio da série 6XXX [36], cujos principais

elementos de liga são o magnésio e o silício. As suas propriedades mecânicas revelam

ser dependentes destes elementos, 0.6 a 1.2 % de magnésio e 0.4 a 1.3 % de silício [37],

bem como da presença dos elementos de liga secundários; manganês, cobre e crómio.

Estas ligas revelam-se muito atractivas devido à sua resistência mecânica

elevada, como resultado da precipitação do composto Mg2Si por meio de tratamento

térmico. Para além desta vantagem elas apresentam ainda boa conformabilidade,

excelente resistência à corrosão, boa soldabilidade e bom comportamento mecânico a

baixas temperaturas [38, 39]. Todavia apresentam resistência mecânica limitada a altas

temperaturas [36], ao que, depois de soldadas, podem chegar a perder cerca de 50% da

sua resistência face ao material após tratamento térmico [40]. Nesta sequência as juntas

coladas revelam-se como uma possível alternativa.

Neste trabalho foi utilizada a liga de alumínio 6082-T6, já tratada termicamente.

O tatamento T6 é um tratamento térmico composto pelas fases de solubilização,

têmpera e envelhecimento artificial [36, 37]. A sua composição química encontra-se

ilustrada na tabela 3.3; e na tabela 3.4 são apresentadas as propriedades mecânicas

segundo a direcção de laminagem.

Tabela 3.3 – Composição química da liga 6082 (% em peso) [41, 42].

Si Mg Mn Fe Cr Zn Cu Ti Al

1.05 0.80 0.68 0.26 0.01 0.02 0.04 0.01 Resto

Tabela 3.4 – Propriedades mecânicas da liga 6082-T6 [36, 42].

Tensão de

ruptura

σσσσr[MPa]

Tensão de

cedência

σσσσc[MPa]

Módulo de

Young

E [GPa]

Alongamento

de ruptura

εεεεf [%]

Coeficiente

de Poisson

νννν [-]

Dureza

Vickers

HV50[kgf/mm2]

300 245 74 9 0.32 100

59

Relativamente ao aço Docol 1000 a sua elevada resistência mecânica torna-o

adequado a muitas aplicações industriais, associadas a enormes vantagens ambientais.

Ao apresentarem elevadas tensões de cedência permite-lhes, deste modo, reduzir a

espessura da chapa com a consequente redução de custos ao nível do fabrico, logistica e

funcionamento. Basta para isto pensar que se o peso de um produto diminuir teremos

menos material necessário e, consequentemente, poupança de energia tanto na produção

do aço como nas suas operações de transporte. Por outro lado em certas aplicações

poderá reduzir os custos de funcionamento dos produtos (vagões, contentores,

carroçarias, chassis, etc.) com particular incidência no consumo da energia e nas

emissões de escape. Para além de ser 100% reciclável acresce ainda o facto deste aço

ser pré-temperado, durante a sua produção, eliminando assim riscos ambientais bem

como custos de aquecimento dos fornos de tratamento térmicos, após o fabrico das

peças.

A composíção química do aço de elevada resistência, Docol 1000, encontra-se

ilustrada na tabela 3.5 e na tabela 3.6 as principais propriedades mecânicas, de acordo

com o fornecedor.

Tabela 3.5 – Composição química do aço Docol 1000 (% em peso) [43].

C Si Mn P S Nb Al Fe Al

0.15 0.50 1.50 0.015 0.002 0.015 0.04 Resto Resto

Tabela 3.6 – Propriedades mecânicas do aço Docol 1000.

Tensão de

ruptura

σσσσr[MPa]

Tensão de

cedência

σσσσc[MPa]

Módulo de

Young

E [GPa]

Alongamento

de ruptura

εεεεf [%]

Coeficiente

de Poisson

νννν [-]

Dureza

Vickers

HV50[kgf/mm2]

1000 700 208 5 - -

As suas propriedades são obtidas a partir de um recozimento a 750º C ao que se

segue um endurecimento através de têmpera em água. Finalmente o aço adquire a sua

estrutura final por revenido, onde este é aquecido entre os 200-400º C. Tanto o

recozimento como o revenido são efectuados numa atmosfera controlada para evitar que

60

o aço se oxide. A sua micro-estrutura contém a fase martensítica, responsável pela

dureza, e a ferrite, a fase mais macia, ao que a resistência do aço aumenta com o

aumento da percentagem de martensíte na micro-estrutura. A proporção de martensíte é

determinada pela percentagem de carbono no aço e pelo ciclo de temperaturas que é

sujeito no processo de recozimento contínuo [43].

Finalmente o compósito carbono-epoxy foi manufacturado nos laboratórios do

DEM/UBI. As placas foram processadas por autoclave a partir de pré-impregnados

Texipreg HS 180 REMB from SEALTM (Legnano, Italy) e de acordo com as

recomendações do fabricante. O laminado foi obtido por empilhamento de oito lâminas

de pré-impregnado com espessura de 0.15 mm e as fibras sempre dispostas na mesma

direcção. Após o empilhamento colocou-se o compósito no interior de um saco

devidamente fechado para se poder fazer vácuo. O ciclo de cura durou cerca de 2 horas

e consistiu essencialmente no aquecimento, em auto-clave, até à temperatura de 125º C

com uma velocidade de aquecimento de 3º C/min tendo sido, seguidamente, esta

temperatura mantida constante durante 60 minutos. O arrefecimento foi efectuado à

mesma velocidade até ser atingida a temperatura ambiente. De acordo com a ficha

técnica do fornecedor cada lâmina de pré-impregnado é composta por fibras de carbono

do tipo T300 e por resina epoxy na percentagem de 36 ±3 % em peso.

Para este trabalho foram obtidas placas com as dimensões de 240x200 mm e

uma espessura de 1 ±0.1 mm, tendo o controlo de qualidade sido efectuado unicamente

por inspecção visual.

A caracterização estática destes laminados foi efectuada a partir de ensaios de

tracção, de acordo com a norma ISO standard [44], realizados numa máquina

electromecânica da marca Instron, modelo 4206, à temperatura ambiente e com uma

velocidade de deformação de 1 mm/min. Foram realizados quatro ensaios para a

caracterização do material, encontrando-se duas curvas típicas ilustradas na figura 3.1.

Podemos observar que as curvas são praticamente lineares até à rotura e

apresentam, em termos médios, uma tensão máxima de 568.3 MPa com um desvio

padrão de 10.2 MPa. A rigidez média observada foi de 60.2 GPa com um desvio padrão

de 0.7 GPa.

61

Figura 3.1 – Curvas típicas tensão deformação obtidas nos ensaios de tracção.

3.2.2 Provetes

Relativamente à geometria dos provetes utilizados nos ensaios experimentais ela

encontra-se ilustrada na figura 3.2. Devido ao estudo envolver materiais compósitos foi

seguida a norma ASTM D 5868-95 [45]. Apesar destes ensaios terem decorrido

segundo os procedimentos descritos na referida norma, por uma questão de rentabilizar

o material disponível utilizou-se 20 ±0.5 mm para a largura dos provetes, ao invés dos

25.4 mm aconselhados pela mesma. Semelhante geometria foi também encontrada na

bibliografia [46]. Para eliminar o efeito da flexão nos provetes, devido ao

desalinhamento provocado no aperto, foram ainda coladas placas de alumínio nas

extremidades dos aderentes, com igual espessura.

Os provetes de carbono-epoxy foram manufacturados a partir das placas de

240x200 mm e espessura de 1 ±0.1 mm, fabricadas segundo o procedimento descrito no

parágrafo anterior. Posteriormente, e com recurso a uma serra de corte com disco

diamantado, as placas foram cortadas para as geometrias desejadas (100x20 mm).

Houve um cuidado especial em evitar o aumento da temperatura nos provetes resultante

0 2 4 10 6 8 12 14

600

450

300

150

0

Deformação (x 10-3)

Ten

são

[MP

a]

62

da maquinagem bem como a ocorrência de possíveis delaminações no compósito

durante a preparação dos provetes.

Figura 3.2 – Geometria dos provetes utilizados nos ensaios experimentais.

Por seu turno, os provetes com aderentes metálicos foram obtidos apartir de

chapas com as dimensões de 1000x500x1 mm, gentilmente fornecidas pela SSAB e

pelo DEM/FCTUC. Estas chapas foram cortadas com recurso a uma guilhotina e,

posteriormente, a geometria final dos provetes (100x20 mm) obtida com recurso a uma

fresadora. Esta última operação também tinha como função retirar as rebarbas

produzidas durante a operação de corte.

Após a obtenção dos aderentes, e antes de serem colados, estes foram

devidamente limpos com acetona. Foi utilizada uma cola epoxy Araldite 420A/B, cuja

preparação consiste em misturar por cada 10 g de resina Araldite 420A, 4 g de

endurecedor Araldite 420B. Para a sua pesagem é utilizada uma balança da marca

OHAUS, modelo Analytical Plus, com uma precisão de 0.00001 g. Após a mistura

destes dois componentes a cola é então aplicada nos aderentes. Por forma a ser atingida

a sua máxima resistência, as juntas coladas são sujeitas, durante 4 horas, a uma

temperatura de 50 ºC. Neste processo foi utilizada uma mufla da marca Digitheat,

modelo Selecta P.

Para o estudo do efeito da rugosidade efectuado no aço Docol 1000 foram

utilizados provetes com a geometria ilustrada na figura 3.2 e com l = 25 mm. Por seu

lado, o mesmo estudo efectuado no alúminio 6082 T6 foi realizado com a mesma

geometria, mas, neste caso, com um l = 20 mm e uma espessura dos aderentes de 1.5

mm. Estas alterações resultam de se ter observado, em ensaios preliminares, a

20

l

1

100

100

63

ocorrência de deformação plástica nos aderentes para a geometria semelhante à utilizada

nos ensaios do aço de elevada resistência.

As diferentes rugosidades foram produzidas por lixas P60, P100, P150, P220 e

P400 cujo tamanho médio do abrasivo é de 269 µm, 162 µm, 100 µm, 68 µm e 35 µm,

respectivamente. A orientação dos sulcos produzidos pelas lixas também é estudado

tendo, para isso, os aderentes sido lixados numa direcção prependicular à da aplicação

da carga, paralelamente à carga e aleatoriamente.

No que diz respeito ao efeito do comprimento de sobreposição, todos os

provetes utilizados apresentavam a geometria da figura 3.2, com l = 12.5 mm e l = 25

mm, excepto nos que apresentassem aderentes de alumínio onde se utilizou apenas um l

= 12.5 mm. Mais uma vez esta medida foi limitada pela deformação plástica observada

nos aderentes de 1 mm de espessura para valores de l superiores.

3.2.3 Equipamentos

Os ensaios de tracção uniaxial foram realizados numa máquina do tipo

electromecânico, Instron modelo 4206, figura 3.3, com uma capacidade de carga de 100

kN e uma velocidade máxima do travessão de 500 mm/min.

Esta máquina é constituída por um motor que, através de um sistema de polias e

correias, transmite o movimento a dois parafusos sem-fim. Estes, por seu turno, fazem

movimentar verticalmente o travessão superior da máquina que, desta forma, aplica a

carga ao provete a ensaiar. O controlo é feito por uma consola eléctrica de comando, a

qual permite ainda a aquisição em tempo real dos sinais da carga, deslocamento do

travessão e extensão do provete. Finalmente, os resultados podem ser registados numa

impressora, ou adquiridos por uma porta interface IEEE-488 que possibilita a ligação da

consola a um computador.

Os valores das rugosidades produzidas nos aderentes pelas diferentes lixas,

utilizadas no presente estudo, foram obtidos com recurso ao equipamento laser Mahr

RM600-3D, ilustrado na figura 3.4.

O sensor de distância óptico deste equipamento funciona com um laser de

infravermelhos, cujo feixe é focado na amostra, ficando desta forma, sem qualquer tipo

64

de contacto com a superfície de fractura. A dimensão do spot e a resolução vertical

deste equipamento são de 1 µm e 0.01 µm, respectivamente. O perfil de rugosidade foi

obtido ao longo do comprimento da superfície tratada.

Antes da análise as amostras foram submetidas a uma limpeza por ultra-sons.

Figura 3.3 - Máquina electromecânica, Instron modelo 4206, utilizada nos

ensaios de tracção.

Figura 3.4 - Equipamento laser Mahr RM600-3D utilizado para obter os valores das

rugosidades nos provetes.

65

3.2.4 Técnicas Experimentais

As propriedades monótonas das juntas coladas foram obtidas através de ensaios

de tracção uniaxial, realizados à temperatura ambiente e segundo o procedimento

descrito na norma ASTM D 5868-95 [45]. A razão da utilização desta norma resulta do

facto de ser usado um material compósito no presente estudo.

Os ensaios foram realizados numa máquina do tipo electromecânico da marca

Instron, modelo 4206 (descrita em 3.2.3) e para uma velocidade de deslocamento da

amarra de 1 mm/min. Os provetes utilizados apresentam a geometria descrita em 3.2.2.

Para cada condição de ensaio foram usados cinco provetes, tendo sido os dados

posteriormente tratados em função dos respectivos valores médios.

3.3 Análise de Resultados

3.3.1 Estudo do efeito da rugosidade nos aderentes metálicos

A preparação das superfícies a unir é uma forma de garantir o aumento da

resistência mecânica da junta colada, onde, por exemplo, o efeito da rugosidade da

superfície dos aderentes tem sido referido na bibliografia [47]. No presente estudo foi

avaliado o efeito deste parâmetro nas juntas coladas sobrepostas simples com aderentes

de alumínio 6082 T6 e aço Docol 1000, com vista a obter a sua máxima resistência ao

corte. Para tal, foram usadas lixas com várias granulometrias, nomeadamente, P60,

P100, P150, P220 e P400, às quais corresponde um tamanho médio do abrasivo de 269

µm, 162 µm, 100 µm, 68 µm e 35 µm, respectivamente.

Com vista a quantificar os sulcos produzidos pelas lixas nos aderentes, segundo

a direcção perpendicular à carga, foram medidas as rugosidades com recurso ao

equipamento laser Mahr RM600-3D, descrito em 3.2.3, e de acordo com a norma ISO

4288. A influência da rugosidade dos aderentes no comportamento mecânico das juntas

coladas à tracção é apresentada na tabela 3.7, em função da carga média, da tensão de

corte média e respectivo desvio padrão. Ra representa a média aritmética dos desvios do

perfil de rugosidades em relação à linha média, dentro do comprimento de avaliação (no

66

presente estudo de 25 mm). É o parâmetro de medição mais utilizado na quantificação

da rugosidade.

Tabela 3.7 – Resultados obtidos para as diferentes rugosidades produzidas.

Material Tipo

de lixa

Ra

[µµµµm]

Des.

Padrão

Carga Máx. [N] Tensão de Corte [MPa]

Média Desv. Padrão Média Desv. Padrão

Alumínio 6082 T6

P60 3.1 0.49 10312 758 18.88 1.51 P100 2.5 0.41 10563 521 19.99 0.87 P150 2.1 0.34 10873 248 20.37 0.51 P220 1.6 0.28 10916 202 20.88 0.52 P400 1.1 0.24 11089 627 21.12 0.46

Aço Docol 1000

P60 1.4 0.42 14228 740 25.88 0.63 P100 0.9 0.39 13700 216 24.65 0.48 P150 0.8 0.21 13794 537 24.47 0.62 P220 0.7 0.24 13497 298 24.19 0.57 P400 0.5 0.11 13280 283 23.84 0.53

Para os aderentes de alumínio podemos observar que à medida que a

granulometria da lixa diminui (P cresce) menor é o valor médio de Ra. Para a lixa P60

obtemos, por exemplo, um valor médio de Ra igual a 3.1 µm, enquanto para P400 o

valor médio é de 1.1 µm. Verificamos uma redução na ordem dos 64.5 % de Ra, quando

passamos da lixa P60 para a P400. Relativamente ao aço Docol 1000 assistimos à

mesma tendência, contudo, para a lixa P60 o valor de Ra é igual a 1.4 µm enquanto que

para a lixa P400 é de 0.5 µm. Neste caso, a redução do valor de Ra é de 64.3 %, muito

semelhante ao observado para o alumínio. Por outro lado podemos também observar, e

por exemplo para a lixa P60, que enquanto o valor de Ra é igual a 3.1 µm no alumínio,

no caso do aço é de 1.4 µm. Esta diferença, de 54.8 %, resulta do alumínio deixar-se

riscar mais facilmente pela lixa que o aço Docol 1000, em igual critério de

procedimento.

Na figura 3.5 encontra-se representada a evolução da tensão de corte média face

às rugosidades obtidas. Este efeito é ilustrado em função do parâmetro de rugosidade

Ra, normalizado com o correspondente valor obtido para o abrasivo P400,

respectivamente, 1.1 para o alumínio 6082 T6 e 0.5 para o aço Docol 1000.

Podemos observar, apesar da dispersão, que a resistência ao corte da junta

colada aumenta com a rugosidade, no caso dos aderentes de aço. Esta tendência conduz

a diferenças da tensão de corte média na ordem dos 7.9 % entre os valores obtidos com

lixas P60 e P400. Este comportamento seria de esperar, pois uma maior rugosidade

67

conduz a um aumento do comprimento da linha efectiva e, consequentemente, da área

efectiva de colagem. Desta forma, é possível concluir que o valor da rugosidade

máxima obtida a partir das lixas P60 (Ra = 1.4 µm) é a que conduz a tensões de corte

mais altas para juntas coladas sobrepostas simples com aderentes em aço Docol 1000.

15

20

25

30

0,5 1 1,5 2 2,5 3

Ra/RaP400 [µm]

Ten

são

de c

orte

[M

Pa]

Alumínio Aço

Figura 3.5 – Evolução da tensão de corte média com a rugosidade.

Por seu lado o efeito observado para os aderentes de alumínio é o inverso, onde

a resistência ao corte da junta colada aumenta com a diminuição da rugosidade. Neste

caso verificamos uma diferença na ordem dos 10.6 % quando se comparam os valores

obtidos com as lixas P60 e P400. Podemos assim concluir que o valor da rugosidade

máxima obtida a partir das lixas P400 (Ra = 1.1 µm) é a que conduz a tensões de corte

mais altas para juntas coladas sobrepostas simples com aderentes em alumínio 6082 T6.

Neste caso, o aumento da área efectiva de colagem não se revela benéfica na resistência

mecânica da junta.

O estudo da orientação dos sulcos produzidos pelas lixas nos aderentes também

foi estudado com vista a averiguar se apresenta qualquer influência na resistência

mecânica das juntas coladas. Assim, na tabela 3.8 encontram-se representadas as cargas

68

máximas e tensões de corte máximas obtidas para cada uma das orientações estudadas.

Os sulcos foram produzidos por lixas P400 (com Ra igual a 1.1 µm) no caso do

alumínio 6082 T6 e por lixas P220 (com Ra igual a 0.7 µm) no caso do aço Docol 1000

segundo as orientações perpendiculares à aplicação da carga, paralela à carga e

aleatória.

Tabela 3.8 – Resultados obtidos para as diferentes orientações de rugosidades.

Material Tipo

De lixa

Orientação

das

Rugosidades

Carga Máx. [N] Tensão de Corte [MPa]

Média Desv.

Padrão

Média Desv.

Padrão

Alumínio 6082 T6

P400 Perpendicular 11089 627 21.12 0.46

Paralela 11077 90 20.71 0.42 Aleatória 11192 97 21.14 0.21

Aço Docol 1000

P220 Perpendicular 13497 298 24.19 0.57

Paralela 13546 299 24.22 0.66 Aleatória 13280 283 24.26 0.3

Podemos observar que a tensão de corte média, no caso do alumínio 6082 T6,

obtida para cada uma das condições estudadas é muito semelhante, na ordem dos 21

MPa, o que nos leva, assim, a concluir que a orientação do polimento não se revela

importante na resistência mecânica das juntas coladas em condições de carregamento

estático. A mesma conclusão é observada para o caso do aço Docol 1000, dado que não

se evidência qualquer influência da resistência mecânica da junta. Neste caso o valor

médio da tensão de corte da junta é da ordem dos 24 MPa.

3.3.2 Estudo do efeito da rigidez dos aderentes

Como já foi referido anteriormente são vários os factores que influenciam as

distribuições de tensões nas juntas coladas. Vinson [26] e Thompson [27], por exemplo,

observaram que o aumento da rigidez dos aderentes conduz a uma maior resistência da

junta à flexão, o que desta forma não só diminui as concentrações de tensões junto das

extremidades da sobreposição (onde os seus valores são mais altos) como também, por

consequência, aumenta a resistência mecânica da junta. Sawa et al [48] e Liu et al [49]

observaram, por seu lado, que no caso dos aderentes apresentarem valores de rigidez

69

diferentes, as componentes das tensões σx, σy e τxy nas extremidades da sobreposição

aumentam à medida que o quociente E3/E1 diminui (onde E1 e E3 são a rigidez do

aderente superior e inferior, respectivamente).

Neste trabalho também foi estudado o efeito da rigidez dos aderentes nas juntas

coladas sobrepostas simples. Para tal realizaram-se ensaios de tracção em juntas

coladas, de acordo com o procedimento experimental descrito 3.2.4, entre aderentes de

aço Docol 1000, alumínio 6082 T6 e compósito carbono/epoxy. O comprimento de

colagem usado foi de 12.5 mm e os resultados foram comparados com os obtidos para

pares de aderentes do mesmo material já mencionado.

Nas tabelas 3.9 a 3.14 encontram-se representadas as cargas máximas, tensão de

corte máxima, valores médios da tensão de corte máxima e respectivo desvio padrão,

para cada um dos pares de aderentes estudados.

Podemos observar que, para as diferentes juntas coladas, aquela que apresenta

menor resistência mecânica ocorre entre aderentes de compósitos de carbono/epoxy,

com 18.21 MPa, e a resistência mais alta entre aderentes de aço, com 24.17 MPa.

Tabela 3.9 – Resultados obtidos para juntas coladas com aderentes em alumínio 6082

T6 e tratados com lixa P400 (comprimento de sobreposição de 12.5 mm).

Refª Provete Carga Máx.

[N] Tensão de Corte [MPa]

Máxima Média Des. Padrão Al_Al_12.5_1 3747.60 21.23

20.24 1.99 Al_Al_12.5_2 3653.64 22.53 Al_Al_12.5_3 4421.09 19.01 Al_Al_12.5_4 4730.14 18.20 Al_Al_12.5_5 4012.78 20.24

Tabela 3.10 – Resultados obtidos para juntas coladas com aderentes em aço Docol 1000

e tratados com lixa P60 (comprimento de sobreposição de 12.5 mm).

Refª Provete Carga Máx.

[N] Tensão de Corte [MPa]

Máxima Média Des. Padrão D_D_12.5_1 5895.22 23.06

24.17 0.88 D_D_12.5_2 6671.05 24.42 D_D_12.5_3 6969.03 25.40 D_D_12.5_4 6880.44 24.33 D_D_12.5_5 6569.04 23.64

70

Tabela 3.11 – Resultados obtidos para juntas coladas com aderentes em compósito

carbono/epoxy (comprimento de sobreposição de 12.5 mm).

Refª Provete Carga Máx.

[N] Tensão de Corte [MPa]

Máxima Média Des. Padrão C_C_12.5_1 3948.94 18.06

18.21 1.61 C_C_12.5_2 3165.06 16.68 C_C_12.5_3 4668.39 19.88 C_C_12.5_4 3927.44 17.92 C_C_12.5_5 4312.52 18.51

Tabela 3.12 – Resultados obtidos para juntas coladas com aderentes em aço Docol 1000

e compósito carbono/epoxy (aço tratado com lixa P60 e comprimento de sobreposição

de 12.5 mm).

Refª Provete Carga Máx.

[N] Tensão de Corte [MPa]

Máxima Média Des. Padrão D_C_12.5_1 4773.09 18.34

21.49 2.74 D_C_12.5_2 7114.00 23.33 D_C_12.5_3 6021.39 22.80 D_C_12.5_4 5689.12 21.98 D_C_12.5_5 5106.78 20.99

Tabela 3.13 – Resultados obtidos para juntas coladas com aderentes em aço Docol 1000

e alumínio 6082 T6 (aço Docol 1000 tratado com lixa P60 e alumínio 6082 T6 com lixa

P400, comprimento de sobreposição de 12.5 mm).

Refª Provete Carga Máx.

[N] Tensão de Corte [MPa]

Máxima Média Des. Padrão D_Al_12.5_1 4606.65 20.04

21.59 1.36 D_Al_12.5_2 5191.87 22.14 D_Al_12.5_3 4961.01 22.58 D_Al_12.5_4 4712.05 21.2 D_Al_12.5_5 4584.23 21.98

Tabela 3.14 – Resultados obtidos para juntas coladas com aderentes em alumínio 6082

T6 e compósito carbono/epoxy (alumínio 6082 T6 tratado com lixa P400, comprimento

de sobreposição de 12.5 mm).

Refª Provete Carga Máx. [N] Tensão de Corte [MPa]

Máxima Média Des. Padrão C_Al_12.5_1 4088.53 18.02

18.56 1.84 C_Al_12.5_2 4499.27 18.51 C_Al_12.5_3 4091.22 16.02 C_Al_12.5_4 5194.56 19.16 C_Al_12.5_5 4872.42 21.11

71

Esta diferença de 24.65 % resulta da diferença de rigidez dos aderentes que, de

acordo com 3.2.1, é de 208 GPa para o aço e 60.2 GPa para o compósito carbono/epoxy.

A resistência mecânica da junta colada entre aderentes de alumínio é da ordem dos

20.24 MPa.

Quando combinamos os aderentes verificamos que os pares que envolvem o aço

Docol 1000 são os que conduzem a juntas com resistências mecânicas mais elevadas.

Por exemplo as juntas aço-alumínio e aço-compósito apresentam uma resistência muito

semelhante, na ordem dos 21.59 MPa e 21.49 MPa, respectivamente. Contudo,

comparando estes valores com os obtidos para a resistência mecânica da junta aço-aço,

eles são 11.1 % mais baixos. Quanto ao par alumínio-compósito ele apresenta um valor

ligeiramente superior à junta compósito/compósito e 8.3 % inferior à junta alumínio-

alumínio.

3.3.3 Estudo do efeito do comprimento de sobreposição

Outro parâmetro que influencia a resistência mecânica das juntas coladas é o

comprimento de sobreposição. Existe um valor ideal, o qual é função da cola e dos

aderentes [18]. Este comprimento conduz à melhor distribuição de tensões, ou seja, aos

menores valores das concentrações de tensões que ocorrem na junta [29-31].

No presente estudo este parâmetro foi analisado para os aderentes de aço e

compósito, com valores de comprimentos de sobreposição de 12.5 mm e 25 mm. Não

foram usados aderentes de alumínio dado que eles apresentam plastificação

significativa, para a espessura de 1mm, nos comprimentos de sobreposição de 25 mm.

Nas tabelas 3.15 a 3.17 encontram-se representadas as cargas máximas, tensão

de corte máxima, valores médios da tensão de corte máxima e respectivo desvio padrão,

para cada um dos comprimentos de sobreposição estudados.

Verifica-se que o comprimento de sobreposição, como é referênciado na

bibliografia, depende da associação cola aderente. Por exemplo, para os aderentes de

aço o aumento do comprimento de sobreposição de 12.5 mm para 25 mm conduz a um

aumento da resistência mecânica da junta colada na ordem dos 6.6 %. Este aumento, a

nível de projecto, torna-se bastante vantajoso já que permite o uso de maiores cargas

72

aplicadas. No entanto, quando se compara os resultados obtidos para os comprimentos

de 12.5 mm e 25 mm nas juntas coladas aço-compósito e compósito-compósito verifica-

se que este aumento se traduz numa diminuição da resistência mecânica da junta colada.

Esta diminuição que atinge os 10.9 % nas juntas aço-compósito e os 7.5 % nas

juntas coladas entre aderentes de compósito-compósito reflectem que o aumento do

comprimento de sobreposição piora a distribuição de tensões na junta.

Uma vez que a cola usada foi sempre a mesma fica aqui presente, da análise das

tabelas, que os aderentes apresentam uma grade influência na determinação do

comprimento de sobreposição ideal.

Tabela 3.15 – Resultados obtidos para juntas coladas com aderentes em aço Docol 1000

e comprimentos de sobreposição de 12.5 mm e 25 mm (tratados com lixa P60).

Refª Provete Comprimento de

sobreposição [mm]

Carga

Máx. [N] Tensão de Corte [MPa]

Máxima Média Des. Padrão D_D_12.5_1

12.5

5895.22 23.06

24.17 0.88 D_D_12.5_2 6671.05 24.42 D_D_12.5_3 6969.03 25.40 D_D_12.5_4 6880.44 24.33 D_D_12.5_5 6569.04 23.64 D_D_25_1

25

14023.98 25.63

25.88 0.63 D_D_25_2 15306.84 26.83 D_D_25_3 13599.82 25.35 D_D_25_4 13905.86 25.38 D_D_25_5 14104.51 26.22

Tabela 3.16 – Resultados obtidos para juntas coladas com aderentes em aço Docol 1000

e compósitos carbono/epoxy para comprimentos de sobreposição de 12.5 mm e 25 mm

(aços tratados com lixa P60).

Refª Provete Comprimento de

sobreposição [mm]

Carga

Máx. [N] Tensão de Corte [MPa]

Máxima Média Des. Padrão D_C_12.5_1

12.5

4773.09 18.34

21.49 2.74 D_C_12.5_2 7114.00 23.33 D_C_12.5_3 6021.39 22.80 D_C_12.5_4 5689.12 21.98 D_C_12.5_5 5106.78 20.99 D_C_25_1

25

11731.39 19.08

19.14 0.08 D_C_25_2 12429.37 19.21 D_C_25_3 12483.06 19.24 D_C_25_4 12257.56 19.12 D_C_25_5 10772.01 19.06

73

Tabela 3.17 – Resultados obtidos para juntas coladas com aderentes em compósitos

carbono/epoxy para comprimentos de sobreposição de 12.5 mm e 25 mm.

Refª Provete Comprimento de

sobreposição [mm]

Carga

Máx. [N] Tensão de Corte [MPa]

Máxima Média Des. Padrão Al_Al_12.5_1

12.5

3747.60 21.23

20.24 1.99 Al_Al_12.5_2 3653.64 22.53 Al_Al_12.5_3 4421.09 19.01 Al_Al_12.5_4 4730.14 18.20 Al_Al_12.5_5 4012.78 20.24 Al_Al_25_1

25

9344.84 19.70

18.72 1.42 Al_Al_25_2 8042.85 16.58 Al_Al_25_3 7825.40 18.14 Al_Al_25_4 9210.62 20.17 Al_Al_25_5 8923.37 18.99

3.4 Conclusões

Podemos tirar algumas conclusões deste estudo. No que diz respeito aos

aderentes metálicos a direcção do polimento não apresenta qualquer efeito na resistência

mecânica de juntas coladas sobrepostas simples, em condições de carregamento

estático, ao contrário do tipo de lixa usada. Neste caso, dependendo do valor de

granulometria da lixa usada os valores de tensão de corte variam, podendo-se mesmo

dizer que existem valores ideais de rugosidades para cada tipo de aderente metálico.

Verifica-se também que a rigidez dos aderentes apresentam influência na

resistência mecânica das juntas coladas. O estudo leva-nos a dizer que o aumento da

rigidez dos aderentes se traduz numa maior resistência. Esta tendência é bem visivel nos

valores obtidos para as juntas aço-compósito, aço-alumínio e aço-aço, onde o aumento

da rigidez dos aderentes leva a um aumento da resistência mecânica das juntas (21.49

MPa, 21.59 MPa e 24.17 MPa, respectivamente).

Finalmente foi observado que o comprimento de sobreposição ideal depende da

associação cola/aderentes. O estudo revelou, por exemplo, que um aumento de 12.5 mm

para 25 mm nas juntas aço-aço conduz a uma maior resistência mecânica enquanto que

nas juntas coladas aço-compósito e compósito-compósito a resistência diminuiu.

74

CAPÍTULO 4

CONCLUSÕES FINAIS E

RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS

FUTUROS

Uma vez que o tema escolhido para esta dissertação exige grande

experimentação de laboratório, o tempo dedicado ao seu estudo,

revelou-se insuficiente para o cumprimento de certos objectivos. Como

forma de se entender, quais as conclusões a que se chegou, irão ser

descritas neste capítulo, as principais considerações obtidas nesta

abordagem experimental.

75

4.1 Conclusões

Em jeito de conclusão, o trabalho realizado ao longo desta dissertação permitiu

alargar os conhecimentos teóricos na área do mobiliário (uniões e materiais) e teórico-

práticos em materiais com características muito particulares, que vão desde a resistência

mecânica à leveza, assim como, experimentar uma solução alternativa às uniões ditas

clássicas como o uso de parafusos, rebites e soldadura.

Relativamente às uniões coladas elas revelam-se uma solução alternativa com a

vantagem de se poder projectar sem ter presente as barreiras do aspecto estético,

característico das uniões tradicionais. Outra das particularidades desta solução é

permitir a união de materiais diferentes dando ao designer uma maior amplitude para

novas criações.

Foi elaborada uma metodologia de projecto, onde se fez o enquadramento do

elemento de estudo, a cadeira, cuja validação estrutural leva-nos a concluir que os

materiais propostos são passíveis de ser usados sem limitações de maior. Esta proposta

também revelou ser exequível no âmbito dos actuais processos tecnológicos.

No decurso do trabalho experimental também foi possível retirar algumas

conclusões como, por exemplo:

- Nos aderentes metálicos o efeito da rugosidade revela-se importante na

resistência mecânica da junta colada. Dependendo do valor de

granulometria da lixa usada os valores de tensão de corte variam, podendo-

se mesmo dizer que existem valores ideais de rugosidades para cada tipo de

aderente metálico. Por exemplo foi observado que a lixa P60 conduz a

melhores resultados para a resistência mecânica das juntas de aço, enquanto

a lixa P400 é a mais adequada para o alumínio;

- A direcção do polimento nos aderentes metálicos não apresenta qualquer

efeito na resistência mecânica de juntas coladas sobrepostas simples, em

condições de carregamento estático;

- A rigidez dos aderentes revelou influenciar a resistência mecânica das juntas

coladas. O seu aumento traduz-se numa maior resistência;

- O comprimento de sobreposição ideal depende da associação cola/aderentes.

Verificou-se que um aumento de 12.5 mm para 25 mm nas juntas aço-aço

conduz a uma maior resistência mecânica, enquanto que nas juntas coladas

aço-compósito e compósito-compósito a resistência diminuiu.

76

4.2 Recomendações para Trabalhos Futuros

Na sequência do presente trabalho surgiram alguns aspectos que se revelaram

interessantes para uma abordagem mais detalhada. De seguida, são referidos

sumáriamente aqueles que poderão vir a ser objecto de futura investigação:

- Ao nível do elemento de estudo seria interessante produzir o próprio

objecto, por forma a determinar o seu desempenho num ambiente real;

- Ao nível do cálculo estrutural seria interessante desenvolver um estudo

numérico mais detalhado, visando, deste modo, uma melhor geometria para

o objecto de estudo;

- O estudo experimental deve ser alargado a uma maior gama de rugosidades,

para se obter o seu efeito, de uma forma mais detalhada, na resistência

mecânica das juntas coladas;

- Simultâneamente devem ser obtidas as energias de superfícies dos aderentes

em estudo, para uma melhor compreensão do efeito da rugosidade;

- Estudar mais valores do comprimento de sobreposição para determinar qual

o seu valor ideal para cada caso de estudo.

77

BIBLIOGRAFIA/ WEBGRAFIA

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Beira Interior, 2008.

82

ANEXOS

ESBOÇOS E RENDERS

83

Figura 5.1. – Propostas alternativas para a aplicação das juntas coladas.

84

Figura 5.2. – Propostas alternativas para a aplicação das juntas coladas.

85

Figura 5.3. – Proposta escolhida para a aplicação das juntas coladas.