Análise experimental de elementos estruturais do projeto de uma ponte desmontável em material compósito
Cel R/1 Julio e Cap QEM Ana Maria
Al Nielsen
Al Victor Machado
SUMÁRIO:
1.MOTIVAÇÃO
2.OBJETIVOS
3.INTRODUÇÃO
4.DESENVOLVIMENTO
- Construção da estufa
- Ensaio dos primeiros corpos de prova
- Modelagem em SAP
- Ensaio dos corpos de prova
5.CONCLUSÃO
6.REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
MOTIVAÇÃO:
É comum a utilização dos materiais compósitos de fibra de vidro em diversas áreas. No entanto, na Engenharia Civil, o mesmo não é aplicado tão constantemente. Despertando nosso interesse em estudar os materiais compósitos, já que as suas características, teoricamente, são adequadas para o uso na Engenharia Civil.
Capacete militar feito de fibra de aramida e aço
Veleiro fabricado em fibra de vidro
Passarela Kolding, Dinamarca, 1997
OBJETIVOS: Realizar a análise experimental de elementos estruturais do
projeto de uma ponte desmontável em material compósito;
Adquirir experiência e travar maior contato com os ensaios de laboratório;
Auxiliar a Cap. Ana Maria a realizar os ensaios necessários para o desenvolvimento do projeto de pesquisa em pontes desmontáveis de material compósito;
Analisar a variação da resistência do material compósito com o aumento da temperatura.
INTRODUÇÃO:
Materiais compósitos apresentam duas ou mais fases em sua estrutura. Exemplos: madeira (natural), concreto (artificial), compósito de fibra de vidro (artificial).
Os compósitos de fibras possuem grandes vantagens, tais como: elevada resistência mecânica em relação ao baixo peso específico, resistência à corrosão, estabilidade dimensional e grande durabilidade.
Atualmente, os compósitos de fibra de vidro, carbono e aramida (kevlar) são largamente utilizados em materiais esportivos, indústria armamentista e automobilística
DESENVOLVIMENTO:Projeto e execução da construção da estufa para verificação da influência da variação de temperatura na resistência à compressão da fibra de vidro.
Estufa ainda em fase de construçãoEstufa pronta em testeEnsaio de estabilidade da temperatura
Primeira etapa:
CP Nº 01
Área 7,99 cm²
Temperatura 25 ºC
Módulo de Young 21925 MPa
Carga máxima aplicada 158 kN
Tensão de ruptura 194 MPa
Tensão x Deformação
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
0,00000 0,00200 0,00400 0,00600 0,00800 0,01000
Deformação (µe)
Tens
ão σ
(MPa
)
CP Nº 02
Área 7,83 cm²
Temperatura 25 ºC
Módulo de Young 20848 MPa
Carga máxima aplicada 129 kN
Tensão de ruptura 161,53 MPa
Tensão x Deformação
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
0,00000 0,00200 0,00400 0,00600 0,00800
Deformação (µe)
Tens
ão σ
(MPa
)
CP Nº 03
Área 7,82 cm²
Temperatura 25 ºC
Módulo de Young 21741 MPa
Carga máxima aplicada 165 kN
Tensão de ruptura 206,98 MPa
Tensão x Deformação
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
0,00000 0,00200 0,00400 0,00600 0,00800 0,01000
Deformação (µe)
Tens
ão σ
(MPa
)
Segunda etapa:
CP Nº 04
Área 12,56 cm²
Temperatura 25 ºC
Módulo de Young 22475 MPa
Carga máxima aplicada 194 kN
Tensão de ruptura 151,52 MPa
Tensão x Deformação
0,000000,001000,002000,003000,004000,005000,006000,007000,00800
0 5000 10000 15000 20000 25000
Deformação (µe)
Tens
ão σ
(MPa
)
Terceira etapa:
CP Nº 11
Área 10,86 cm²
Temperatura 30 ºC
Módulo de Young 24200 MPa
Carga máxima aplicada 180 kN
Tensão de ruptura N/A
CP Nº 12
Área 11,65 cm²
Temperatura 40 ºC
Módulo de Young 23400 MPa
Carga máxima aplicada 142,4 kN
Tensão de ruptura 122,28 MPa
CP Nº 13
Área 11,89 cm²
Temperatura 60 ºC
Módulo de Young 16900 MPa
Carga máxima aplicada 97,8 kN
Tensão de ruptura 82,237 MPa
CP Nº 14
Área 10,99 cm²
Temperatura 40 ºC
Módulo de Young 24300 MPa
Carga máxima aplicada 176 kN
Tensão de ruptura N/A
CP Nº 15
Área 11,54 cm²
Temperatura 60 ºC
Módulo de Young 22100 MPa
Carga máxima aplicada 116,9 kN
Tensão de ruptura 10,127 MPa
CP Nº 17
Área 11,63 cm²
Temperatura 40 ºC
Módulo de Young 44700 MPa
Carga máxima aplicada 133,8 kN
Tensão de ruptura 11,505 MPa
CP Nº 18
Área 13,08 cm²
Temperatura 60 ºC
Módulo de Young 36800 MPa
Carga máxima aplicada 123,8 kN
Tensão de ruptura 9,4648 MPa
CP Nº 20
Área 11,44 cm²
Temperatura 90 ºC
Módulo de Young 33700 MPa
Carga máxima aplicada 99,3 kN
Tensão de ruptura 8,6801 MPa
CONCLUSÃO:
Variação da Resistência com a Temperatura
0
10000
20000
30000
40000
50000
0 20 40 60 80 100
Temperatura
Mó
du
lo d
e E
last
icid
ade
Éster-Vinílica
Isoftálica
Fenólica
ResinaE40
(MPa)E60
(MPa)Variação
Éster-vinílica 23400 16900 -38,46%
Isoftálica 24300 22100 -9,95%
Fenólica 44700 36800 -21,47%
CONCLUSÃO:
Diferença muito grande entre as dimensões dos corpos de prova observados, mostrando uma falta de preparo da indústria de materiais compósitos
Grande diferença de resistência entre materiais de resinas diferentes: o compósito com resina fenólica apresentou um módulo de elasticidade quase duas vezes superior ao do com éster-vinílica a 40ºC
Grande diferença de resistência com o aumento da temepratura, o que pode gerar inconvenientes no projeto de estruturas expostas ao sol ou ao calor
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA
SMITH, William F. Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais. 3ª Ed. McGraw-Hill, 1998, p. 767 a 778
JONES, Robert M. Mechanics of Composite Materials.
2ª Ed. Taylor & Francis, 1999.
TEIXEIRA, A. M. A. J., 2007, Ponte Desmontável em Material Compósito de Fibra de Vidro”. Tese de D.Sc., COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, Brasil.