Análise de Falhas - Cap. I

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Prof. Luiz Cláudio Cândido
ANÁLISE DE FALHAS
(Parte I)
Prof. Leonardo Barbosa Godefroid
candido@em.ufop.br leonardo@demet.em.ufop.br
METALURGIA MECÂNICA
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO
Universidade Federal de Ouro Preto
Escola de Minas – Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais
Grupo de Estudo Sobre Fratura de Materiais
Telefax: 55 - 31 - 3559.1561 – E-mail: demet@em.ufop.br
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Falha de um componente estrutural
- Definição de falha
- Razões para a falha
- O processo de falha
- A fratura
- Funções da análise de falha
- Procedimento investigativo
Objetivo: Esta Parte caracteriza de forma introdutória o
problema da falha de um componente estrutural, com
apresentação de conceitos básicos sobre o assunto e
de metodologias para a condução da sua análise.
Falha de um componente estrutural
Definição de falha em uma estrutura: 
quando a estrutura fica completamente
inutilizada;
quando ela ainda pode ser utilizada, mas não é
mais capaz de desempenhar a sua função
satisfatoriamente;
quando uma séria deterioração a torna insegura
para continuar a ser utilizada.
Razões para a falha de uma estrutura:
negligência durante o projeto, a fabricação, a
montagem (construção) ou a operação da
estrutura;
aplicação de um novo projeto, ou de um novo
material, que venha produzir um inesperado (e
indesejável) resultado.
O 
processo 
de falha
Por deformação
plástica
Por impacto
(instantâneo)
Trincamento por
fadiga
(função do tempo)
Trincamento
assistido pelo
ambiente
(função do tempo)
Por desgaste
(dano superficial)
Desempenho de materiais, como resultado da interação entre composição, processamento, 
estrutura e propriedades. 
A Fratura: um fenômeno indesejável
Exemplos de casos:
7. Chernobil
8. Challenger
9. Ayrton Senna
10. Eschede
11. Concorde
12. WTC
13. Columbia
1. Titanic
2. Hindenburg
3. Tacoma
4. Liberty
5. Comet
6. JAL
A Fratura :
Exemplo 1: Fratura frágil do transatlântico TITANIC, 12/04/1912.
Metalografia do aço usado no casco do Titanic, mostrando bandeamento
de ferrita e perlita, com inclusões de MnS.
a) d = 60,40 m
Metalografia de um aço ASTM A-36, com d = 26,17 m.
b) d = 41,92 m
Metalografia do aço usado no casco do navioTitanic, mostrando bandeamento
de ferrita e perlita, com inclusões de MnS.
Fratogafia de impacto a O0C do aço usado no casco do navio Titanic, mostrando facetas de clivagem, com inclusões de MnS
quebradas.
Curvas de transição ductil-frágil do aço do 
casco do Titanic, e de um aço ASTM A-36
% de fratura dúctil do aço do casco do 
Titanic, e de um aço ASTM A-36
A Fratura :
Exemplo 2: a explosão do Hindenburg, 06/05/1937
A Fratura :
Exemplo 3: ressonância na Tacoma Narrows Bridge, 07/11/1940
Dados da ponte: comprimento de 1810m; distância entre colunas de 853m; inauguração em 01/07/1940; 
colapso em 07/11/1940 após ventos de 64km/h. 
Estado de Washington, USA.
A Fratura :
Exemplo 3: ressonância na Tacoma Narrows Bridge, 07/11/1940
1940
2005
A Fratura :
Exemplo 4: Fratura frágil em duas
partes do casco de
navios de carga Liberty
e T-2 em 1941 no
Oceano Atlântico.
Localização de trincas em diversas partes da construção de navios Liberty.
A Fratura :
Exemplo 5: Fratura por fadiga da fuselagem de um avião de
passageiros Comet em 1954 no Mar Mediterrâneo.
Os aviões Comet.
Várias partes do avião Comet são remontadas para análise de falha, após acidente em 1954. Ensaio de 
pressurização com a fuselagem do avião (à esquerda) e conseqüente fratura produzida (à direita). Note a 
forma da janela do avião. 
A Fratura :
Exemplo 6: Fratura por fadiga da parede traseira do Boeing 747 SR em
12/08/1985 no Japão.
A Fratura :
Exemplo 7: O acidente de Chernobil, 26/04/1986.
O acidente.
A construção do “sarcófago”.
A Fratura :
Exemplo 7: O acidente de Chernobil, 26/04/1986.
Contaminação com césio-137 na região de Chernobyl.
A Fratura :
Exemplo 7: O acidente de Chernobil, 26/04/1986.
Contaminação com césio-137 na Europa.
A Fratura :
Exemplo 8: O desastre do Challenger, 28/01/1986.
A Fratura :
Exemplo 9: A morte de Ayrton Senna, 01/05/1994.
A Fratura :
Exemplo 10: O desastre de trem em Eschede, 03/06/1998.
A Fratura :
Exemplo 11: Queda do Concorde, 25/07/2000
A Fratura :
Exemplo 11: Queda do Concorde, 25/07/2000
A Fratura :
Exemplo 12: Ataque ao WTC, 11/09/2001
A Fratura :
Exemplo 13: Queda do ônibus espacial Columbia, 01/02/2003
A Fratura :
Exemplo 13: Queda do ônibus espacial Columbia, 01/02/2003
Funções da análise de falhas:
As razões principais para se conduzir uma análise de falhas
consistem na determinação e na descrição dos fatores
responsáveis para a falha do componente estrutural ou da
própria estrutura.
Esta determinação pode ser motivada tanto pela prática de
engenharia como por considerações de ordem legal.
Prática da engenharia: relação da análise de falha com o projeto e a produção de um componente.
Economia Segurança Função
Projeto
Seleção de
materiais
Fabricação
Processamento
Montagem
Serviço
Aparência
História
prévia
Análise 
de 
falha
A engenharia forense (engenharia de detetive)
Definição:
 Do latim forensic: significa “público”.
 Relaciona-se ao meio jurídico, às cortes judiciárias.
 Diz respeito a argumentações legais ou públicas.
Engenharia forense: é a ciência concernente às relações entre a engenharia e as leis.
Características mais comuns:
 A engenharia forense reune atividades relacionadas com a análise de falhas.
 Trata-se de uma especialidade relativamente recente na engenharia.
 A medicina forense é um assunto muito mais conhecido.
A engenharia forense (engenharia de detetive)
Qualificações de um engenheiro forense:
Especialista no assunto sob investigação
• Educação formal
• Experiência
• Engenheiro licenciado
• Ativo em sociedades técnicas
Honesto, imparcial, ético
• Verdadeiro
• Objetivo
• Que evita conflito de interesses
A engenharia forense (engenharia de detetive)
A engenharia forense na Corte
 Nos EUA menos de 10% dos casos vão a julgamento em uma Corte.
 A maioria dos casos é resolvida após gasto dispendioso com advogados.
 Para os casos que são levados à Corte, a engenharia forense desempenha 
um papel muito importante.
A engenharia forense (engenharia de detetive)
Salários em 2001 (EUA)
 Engenheiro civil (geral) $73,0k
 Engenheiro civil estrutural $75,0k
 Engenheiro geotécnico $68,5k
 Engenheiro forense $143,5k
http://www.tech.plym.ac.uk/sme/Interactive_Resources/index.html
Procedimento investigativo
Modelo para resolver um problema de engenharia. 
Identificação do 
problema
Determinação 
da causa raiz
Desenvolvimento de 
ações corretivas
Validação e 
verificação das 
ações corretivas
Padronização
Causa Raiz de Falhas
Tipo de raiz Falha de um vaso de pressão Falha de um parafuso
Raízes físicas Dano por corrosão; redução da espessura 
da parede
Trinca de fadiga; vibração do 
equipamento
Raízes humanas Inspeção executada de forma inadequada Equipamento instalado de 
forma imprópria
Raízes latentes Treinamento inadequado do inspetor Processo inadequado de 
verificação da especificação
Métodos gráficos: espinha de peixe
 Operação 
Sobrecarga 
Uso incorretoProjeto 
Seleção do material 
Configuração 
Modo de 
 falha 
Humano Manutenção 
Ausência de lubrificação 
Perda de conexão 
Fabricação 
Defeitos de solda 
Trat. Térmico errado 
Métodos gráficos: espinha de peixe
Procedimento investigativo: Wulpi (1993)
1) Coleta de dados e seleção de amostras.
2) Exame preliminares da parte falhada (exames visuais com armazenamento – fotografia).
3) Ensaios não destrutivos.
4) Ensaios mecânicos (incluindo dureza e tenacidade).
5) Seleção, identificação, preservação e/ou limpeza de amostras (para comparação com partes
não fraturadas).
6) Exames macroscópicos, análise e documentação fotográfica (superfícies de fratura, trincas
secundárias e outras características superficiais).
7) Observação microscópica (lupa, MEV) e análise.
8) Seleção e preparo de amostras metalográficas.
9) Exame e análise das amostras metalográficas.
10) Determinação do mecanismo de falha.
11) Análise química (total, local, produtos de corrosão, depósitos ou recobrimentos e
microanálise).
12) Análise por mecânica de fratura.
13) Ensaios sob condições simuladas de serviço.
14) Análise de todas as evidências, formulação das conclusões e confecção de um relatório
(incluindo as recomendações).
Retirada de partes do componente estrutural para os diversos tipos de análise propostos.
 
Propriedades mecânicas: 
a) Tração 
b) Dureza 
c) Impacto 
Metalografia: 
a) Longitudinal 
b) Transversal 
Análise química: 
a) Via úmida 
b) Espectroscopia 
Superfície de fratura: 
a) Exame visual e estereoscópico 
b) MEV 
c) MET 
 
Superfície de fratura