Seleção de Materiais -Caracterização e Seleção de Materiais

Prévia do material em texto

A caracterização dos materiais consiste na realização de ensaios que irão definir as particularidades dos materiais. Caso eles sejam conhecidos, possuem suas características registradas nas fontes bibliográficas. No entanto, é preciso caracterizar se forem materiais novos, como materiais da natureza que ainda não foram caracterizados por falta de interesse em aplicações, ou novas ligas, novos compósitos ou, ainda, materiais conhecidos que passaram por novos tratamentos superficiais.
Segundo o Dicionário de Termos e Nomenclaturas em Nanotecnologia e Novas Ciências , de Lima (2013, p. 41), a caracterização é definida como:
técnicas físicas, químicas, mecânicas e outras para estudo e normalização das características morfológicas dos materiais. São técnicas físicas, químicas, biológicas e geológicas para descrever, nomear, detalhar um material, como por sua origem, propriedades físico-químicas, propriedades mecânicas, composição química, condutividade térmica e elétrica, e demais características próprias para determinado material.
Além dos ensaios de dureza, ensaio de tração ou compressão, é possível caracterizar os materiais por suas imagens ou por difratograma.
Microscopia
A microscopia é uma das técnicas de caracterização que podem ser aplicadas na análise de materiais. É fundamental compreender que existe a microscopia óptica e a microscopia eletrônica de varredura.
A microscopia óptica possui algumas limitações na ordem das grandezas da capacidade de ampliar as imagens em relação a um microscópio eletrônico de varredura. Contudo, há vantagens com relação à possibilidade de análise de amostras orgânicas e inorgânicas, úmidas ou não. As amostras são colocadas em placas de vidro (lâmina de vidro) e a combinação de lentes de aumento com luz abaixo das amostras permite a visualização delas.
Figura 3.1 - Microscópio óptico Olympus, modelo BX51 – PGMEC UFPR
Fonte: Adaptada de Bara (2011, p. 51).
A seguir, uma imagem em microscopia óptica:
Figura 3.2 - Imagens de fibras no microscópio óptico Olympus 100X: tapete de pelo de cachorro de raças diversas (a), poodle branco (b), paina (c) e algodão (d)
Fonte: Adaptada de Bara (2011, p. 71).
A microscopia eletrônica de varredura, pela própria definição, consiste na emissão de elétrons, sendo que a imagem é o resultado da reação dos elétrons com os metais. Não é possível analisar amostras úmidas e de materiais biológicos, elas precisam ser preparadas pelo processo de metalização. Na metalização, as amostras recebem um “banho” de ouro para que possam ter reação com os elétrons e, assim, gerar a imagem. Além da metalização, as amostras também precisam ser fixadas em uma estrutura específica (como uma base de fixação) que se encaixa no interior do microscópio.
Figura 3.3 - Microscópio eletrônico de varredura JEOL da Zeiss – UFPR
Fonte: Adaptada de Bara (2011, p. 51).
As imagens obtidas não apresentam cor, mas possibilitam uma visão tridimensional, o que proporciona uma análise mais profunda dos materiais. A seguir, uma imagem obtida no microscópio eletrônico de varredura:
Figura 3.4 - Imagem obtida no microscópio eletrônico de varredura JEOL: fibra de paina ampliada 4000 X
Fonte: Acervo pessoal (2011).
Observe que além da capacidade de ampliar ser maior que a de um microscópio óptico, é possível analisar, na imagem, detalhes como a rugosidade. Os softwares de análise de imagens podem ser utilizados para imagens obtidas tanto no microscópio óptico quanto no microscópio eletrônico de varredura, desde que as imagens tenham sido obtidas com escala (isso é realizado por quem está operando o microscópio). A partir da escala da imagem, o software é calibrado e, assim, é possível utilizar ferramentas similares a uma régua e um compasso, possibilitando o cálculo de medidas, como na imagem anterior, em que foi calculado o diâmetro da fibra. Também é possível determinar a porosidade e o diâmetro dos poros de uma superfície, por exemplo, amostras oxidadas de titânio analisadas para aplicação como biomateriais.
Os centros de microscopia eletrônica públicos estão ligados às universidades públicas brasileiras. Independente de existir vínculo ou não com a instituição pública, qualquer pessoa pode fazer a solicitação para utilização do equipamento, contudo o serviço é tarifado, tendo em vista que envolve despesas com preparação de amostras, manutenção e pessoal.
Difratograma
O difratograma é um equipamento que, a partir da emissão de ondas de raio X em uma amostra, resulta em um gráfico com picos. Cada material possui uma única representação de picos pelo difratograma, como uma identidade. Então, quando criada a amostra de uma nova liga metálica, o resultado obtido no difratograma é analisado comparando os “picos” obtidos dessa nova liga com as fichas já conhecidas e catalogadas dos materiais.
Por exemplo, um determinado tratamento aplicado no titânio resulta em uma estrutura porosa. Essa estrutura é analisada no difratograma para verificar os materiais que se formaram (se existe hidroxiapatita, por exemplo). Na pesquisa de Resende et al . (2007) sobre biomateriais, foi realizada uma análise com o difratograma em uma amostra de titânio (Ti), em que foi observada a presença de precipitação do fosfato octacálcio (OCP).
Figura 3.5 - Dados coletados em um difratograma de raio X
Fonte: Resende et al. (2007, on-line).
Para identificar a presença de um material em uma amostra, são analisados os picos e o respectivo ângulo (eixo 2θ), pois cada elemento possui uma resposta única no difratograma, uma identidade (definida nas fichas catalográficas de cada elemento). Ao comparar esses picos das fichas catalográficas, é possível identificar os elementos presentes, como na imagem anterior, em que foi verificada a presença de precipitação do fosfato octacálcio (OCP). Essa precipitação ocorreu após as amostras de titânio terem sido submersas em soluções que reproduzem os fluidos corporais humanos.
A caracterização dos materiais é necessária para sua descrição, seja para analisar um material conhecido após ter sido submetido a novas condições – como o biomaterial do trabalho de Resende et al . (2007) –, seja para analisar o comportamento de um novo material, como um compósito.
Além de ensaios de tensão-deformação, dureza, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e difratograma, há o ensaio tribológico. Tribologia é a área de estudo que analisa o atrito dos materiais. Um ensaio tribológico consiste em definir os coeficientes de atrito de um material. Nesse sentido, assinale a alternativa que indica qual dos ensaios de caracterização necessita da metalização das amostras.
Parte superior do formulário
a) Ensaio de tração.
b) Raio X.
c) Microscopia óptica.
d) Microscopia eletrônica de varredura.
e) Difratograma.
Parte inferior do formulário
Os estudos de caso possibilitam uma internalização dos conceitos de forma mais eficaz, pois apresentam a sua aplicação à realidade. Isso permite uma melhor compreensão dos assuntos teóricos e facilita a visualização das possibilidades envolvidas na vida profissional. seleção de materiais.
Não há como decorar todas as propriedades de todos os materiais, mas saber como utilizar as informações conhecidas pela sociedade (já descobertas) e aprender com erros do passado contribui para o processo de seleção de materiais.
Materiais para Edifícios
Em todas as áreas, bem como nas seleções de materiais, há uma preocupação quanto aos impactos ao meio ambiente. Essa preocupação também ocorre na construção civil, em específico, na seleção de materiais para construção de edifícios.
A pesquisa de Dias (2012) teve como objetivo a seleção de materiais mais sustentáveis para a construção de um edifício. Primeiro, foram revisados todos os fatores que definem a sustentabilidade na construção civil e, depois, foram utilizadas ferramentas para análise de sustentabilidade dos materiais. As ferramentas utilizadas para a análise da sustentabilidade foram métodos estrangeiros, como o “ NF Bâtiments Tertiaires – Démarche HQE ”, que é um método francês desenvolvidopara a Associação Francesa de Normatização (AFNOR).
Alguns dos métodos puderam ser aplicados com o uso de ferramentas digitais. Algumas metodologias utilizadas permitiram a flexibilização dos critérios, como ajustar condições climáticas. Isso foi possível em ferramentas como a que utilizava a metodologia CASBEE, que é uma metodologia japonesa, desenvolvida em 2002, e atualizada periodicamente. Os possíveis materiais passaram pela análise de sustentabilidade (em que foram verificados fatores como durabilidade, reuso e geração de resíduos), bem como análise das necessidades conforme projeto arquitetônico e características do terreno.
O projeto arquitetônico contempla corredores que facilitam a circulação de ar e aberturas nas fachadas para aproveitar a luminosidade natural. A maior parte da estrutura que dá sustentação ao edifício foi projetada em aço. No que diz respeito aos critérios de sustentabilidade, o aço é totalmente reciclável, podendo ser reaproveitado diversas vezes sem perda das características mecânicas. Além disso, o fato de ser pré-fabricado reduz os resíduos na construção.
Nas estruturas de concreto armado, foi utilizado cimento Portland III, pois, de todas as opções, era o que permitia maior aproveitamento de resíduos. A cobertura em forma de abóbada foi construída com telha metálica termoacústica, que consiste na combinação de duas telhas metálicas preenchidas internamente com material isolante (nesse caso, foi utilizada lã de rocha). Sobre essa estrutura foi construída uma estrutura de telhado verde modular, o que resultou em melhoria do conforto térmico. A estrutura modular do telhado verde era composta de PET reciclado (polietileno tereftalato), de EVA reciclado (poliacetato de etileno vinil) e cimento Portland.
As paredes internas do edifício foram construídas utilizando tijolos de solo-cimento, que são produzidos por prensagem, sem a necessidade de gasto energético com seu cozimento. Além disso, é um modelo com vários tipos modulares, o que reduz os resíduos na construção. Devido ao seu design, facilitam a instalação elétrica e hidráulica. Os tijolos só foram revestidos nos banheiros com peças cerâmicas. Na fachada do prédio, eles foram tratados com pintura hidrofugante a base de água, para aumentar a vida útil e porque a pintura hidrofugante não emite substâncias poluidoras do meio ambiente.
Segundo Dias (2012, p. 59),
especificou-se o granilite como revestimento do piso [...] por alcançar longa vida útil, chegando a durar mais de 40 anos – muito acima do que a NBR 15575 estabelece como vida útil de projeto superior para revestimentos internos em edificações habitacionais –, de fácil manutenção e custo razoável. O granilite é composto por grânulos de minerais (mármore, granito, quartzo e calcário, misturados ou não), cimento (comum ou branco), somados a areia e água, e pode ser polido, com acabamento liso e camada de resina.
Já para os corrimões e os guarda-corpos da parte interna do piso superior foi selecionada a madeira certificada e tratada.
Materiais para Volantes
O volante que o usuário está acostumado a utilizar no cotidiano é aquele que permite a quem dirige um automóvel definir a direção a ser seguida. Esse volante pode ser confeccionado em diversos materiais que agregam estética e conforto ao usuário.
Na pesquisa de Tafarello (2013), foi avaliado o compósito híbrido na fabricação do volante para um protótipo de veículo para ambientes acidentados com obstáculos (Projeto Baja SAE). O compósito utilizado foi o carbono/aramida, com o reforço sendo a manta de fibra de carbono com fibras contínuas e teor de carbono de 94%. A escolha do compósito ocorreu para atender aos objetivos de reduzir a massa, proporcionar boa relação resistência/peso, contribuir para a ergonomia e proporcionar melhor desempenho e controle direcional. Foi utilizada a técnica de laminação com 80% de fibra de carbono e 20% de fibra de vidro, de forma que as camadas externas fossem sempre compostas por duas camadas de carbono, unidas por resina epóxi (cujo nome comercial é Araldite 5052). O material do núcleo do volante foi espuma expansiva de poliuretano. A escolha da espuma ocorreu em função de baixa condutividade térmica, baixa densidade e estabilidade dimensional.
A metodologia consistiu em utilizar um molde fêmea para facilitar a laminação manual em bolsa de vácuo. A cura durou 4 horas em estufa para materiais compósitos a 60° C. A bolsa de vácuo facilitou a impregnação da resina, por isso foi utilizada na cura das amostras.
Figura 3.6 - Laminação no molde fêmea para fabricação do volante com compósito
Fonte: Tafarello (2013, p. 36).
Utilizando o molde, foi realizada a laminação de duas partes para, depois, preencher o interior com a espuma de poliuretano. Em seguida, tudo foi unido utilizando resina. Após a cura, a peça foi lixada em água antes de ser encaminhada para a aplicação do verniz e finalização com aplicação de recortes de borracha para apoio das mãos. Segundo Tafarello (2013, p. 38),
o processo de fabricação se mostrou eficiente, dentro dos recursos disponíveis para a equipe e o produto final atingiu seu objetivo de ergonomia, desempenho mecânico e redução de massa de 318,0 g do volante anterior, que era modelo comercial fabricado em alumínio. [...] O compósito vidro/carbono (20%80%) apresentou resultados satisfatórios atendendo às necessidades de projeto. A peça foi validada em 4 competições do protótipo Guará, somando mais de 14 horas de enduro, onde há constante solicitações de esforço.
Após todas as utilizações do volante nas competições, a peça não foi comprometida, não foram encontradas trincas nem delaminações no volante. Com isso, concluiu-se que a técnica e a seleção dos materiais utilizados atenderam às necessidades iniciais.
Os volantes podem ser produzidos por meio da combinação de vários materiais, como polímeros, aço, compósitos, fibra de carbono, alumínio, couro e até madeira. Além das funções técnicas, também são considerados os aspectos estéticos e de conforto. No que tange ao conforto, são considerados os aspectos técnicos relacionados à ergonomia, ou seja, que proporcionam ao usuário manobrar sem se cansar e sem desconforto.
Leia o trecho a seguir.
Segundo Fonseca (2016, p. 57), “o estudo de caso é uma das muitas maneiras de se fazer pesquisa. Experimentos, levantamentos, pesquisas históricas e análise de informações em arquivos são alguns exemplos de outras maneiras de se realizar pesquisa. O estudo de caso é a estratégia escolhida ao se examinarem acontecimentos contemporâneos”.
FONSECA, M. P. (Org.). Engenharia de Produção : coletânea de artigos científicos. V. 2. [S.l.]: Solapur (INDIA) & Lulu Books, 2016.
Assinale a alternativa que apresenta corretamente qual o principal fator da importância do estudo de caso.
Parte superior do formulário
a) Apresentar os erros recorrentes.
b) Restringir a área de estudo.
c) Mostrar as diversas opções de materiais como um catálogo.
d) Direcionar o estudo teórico para uma área específica.
e) Facilitar a compreensão de conceitos teóricos.
Parte inferior do formulário
Quando se trata de seleção de materiais, há a possibilidade de que, dentro dos objetivos, ocorra a necessidade de avaliar múltiplas variáveis e, dentre essas variáveis, podem existir várias restrições. Pode haver a necessidade de atender a objetivos conflitantes, ou seja, aqueles que surgem com a análise das especificações dos materiais e que se contradizem de alguma forma.
Seleção com Múltiplas Restrições
A seleção de materiais para atender a um projeto que demanda múltiplas variáveis envolve múltiplas restrições, que dizem respeito aos valores que não podem ser ultrapassados para todos os objetivos definidos para o produto.
Existem diversas  técnicas sistematizadas que fornecem ferramentas para realizar uma avaliação sistematizada quando há uma seleção de materiais com múltiplas restrições (AMARAL, et al . 2006).
É importante destacar que:
As situações de projeto também são diferentes: o projeto de um produto novo ou o reprojeto de produto existente, e mesmo quea seleção de materiais e processos seja normalmente pensada em termos do desenvolvimento de um novo produto, existem muitas razões para se revisarem os tipos de materiais e processos usados em um produto existente. Essas razões incluem as vantagens obtidas com novos materiais e processos; a melhoria do desempenho em serviço, incluindo aumento de vida e confiabilidade mais elevada; o atendimento de novas exigências legais; mudanças nas condições de operação; redução de custo; melhora de desempenho e competitividade (AMARAL, et al. 2006, p. 267).
A seguir, veja um exemplo de sistematização da seleção de materiais segundo Amaral et al . (2006):
Figura 3.7 - Um exemplo de seleção de material sistematizada
Fonte: Adaptada de Amaral et al. (2006, p. 267).
Depois de definir os requisitos que o produto e o material deverão atender, essas condições são representadas em forma de variáveis críticas do material com definição dos valores máximos ou mínimos que serão admitidos. Existem vários materiais disponíveis no mercado. Após selecionar um conjunto de materiais para analisar de forma mais aprofundada, as múltiplas variáveis são averiguadas por meio de técnicas de otimização.
Otimização é uma área da matemática que utiliza conceitos como álgebra linear e álgebra não linear para obter respostas - como um processo de tomada de decisão em que se obtém o valor ótimo que atenda aos requisitos iniciais. Há diversos métodos para a aplicação de otimização que podem contribuir para a análise das múltiplas restrições, inclusive quando ocorrem objetivos conflitantes.
Objetivos Conflitantes
Objetivos conflitantes ocorrem quando um objetivo inicial do projeto é atendido anulando outro objetivo inicial. Quando isso ocorre, é necessário encontrar um ponto de equilíbrio, isto é, uma solução parcial para os dois critérios conflitantes. Dentre os métodos clássicos de otimização, destaca-se o método de Algoritmos Genéticos. Eles são práticos para analisar e otimizar casos com múltiplas funções/restrições com objetivos conflitantes.
Um exemplo de conflito de propriedades esperadas é quando se busca tenacidade e resistência mecânica ao mesmo tempo. Nesse caso, é necessário encontrar um ponto de equilíbrio, analisando quão tenaz e qual a resistência mecânica é aceitável que o material seja.
Leia o trecho a seguir.
“Os fornecedores e compradores normalmente têm objetivos diferentes e conflitantes. Por exemplo, uma maior flexibilidade é um objetivo essencial quando os compradores terceirizam a fabricação de diversos componentes. Isto implica maior habilidade de equilibrar oferta e demanda por meio de um ajuste de taxas de produção, de acordo com a necessidade. Infelizmente, este objetivo está em conflito direto com os objetivos do fornecedor de compromisso estável de longo prazo com os compradores”.
SIMCHI-LEVI, D.; KAMINSKI, P.; SINCHI-LEVI, E. Cadeia de suprimentos projeto e gestão : conceitos, estratégias e estudos de caso. São Paulo: Editora Bookman, 2010. p. 336.
Diante do apresentado, assinale a alternativa que indica corretamente qual tipo de estratégia pode ser aplicada para solucionar problemas com múltiplas restrições e objetivos conflitantes.
Parte superior do formulário
a) Otimização.
b) Caracterização.
c) Estudo de caso.
d) Modularidade.
e) Pesquisa bibliográfica.
Parte inferior do formulário
Tratar da seleção de material e forma significa, além de analisar as características da peça, compreender que alguns materiais apresentam características de resistência diferentes, de acordo com o formato em que serão utilizados. Isso influenciará a escolha desse material em uma seleção de materiais.
Hoje em dia, é muito comum o uso de aço nas construções. Contudo, no início da utilização desse material, ocorreram alguns problemas - muitos, inclusive, nem tinham relação com o material utilizado, mas sim com as relações entre empresários e operários.
Fatores de Forma
Um material pode apresentar características diferentes, de acordo com o formato que é utilizado. Um exemplo disso é o aço utilizado para fabricar vigas para a construção civil. As vigas de aço podem ser fabricadas em diversos formatos. Realizando um corte transversal a viga apresentará um determinado formato denominado como “perfil da viga”.
O fator de forma f� depende do momento plástico Mp�� e do momento de escoamento My��, isso quando é analisada a flexão inelástica, em que: f=MpMy�=���� (UGURAL, 2009, p. 311).
O momento plástico descreve o escoamento do aço em todo o perfil da viga, ou seja, é o escoamento passando por toda seção transversal.
O fator de forma é diferente para perfis diferentes de mesmo material, conforme representado no diagrama a seguir:
Figura 3.8 - Diagrama momento-curvatura para diferentes perfis com fator de forma
Fonte: Ugural (2009, p. 295).
Nesse diagrama, temos uma curva que representa o fator de forma para perfis circulares e outra curva para perfis retangulares. Observe que, após o início do escoamento, o fator de forma se comporta diferente em função da forma. Ressalta-se que, mesmo dentro de um mesmo formato, há variações conforme as dimensões. Por isso, existem tabelas que descrevem diversos índices do material conforme a forma.
Índice de Materiais que Incluem Forma
O estudo das tensões em vigas de aço utiliza o fator de forma, sendo considerado: o formato da seção transversal da viga e o perfil, que pode se apresentar de várias maneiras.
As vigas podem apresentar cinco tipos de perfis: perfil W (abas largas), perfil S, perfil C, perfil L (abas iguais) e perfil L (abas desiguais). Observe a figura a seguir com a representação dos perfis e suas respectivas orientações cartesianas:
Figura 3.9 - Perfis das vigas
Fonte: Adaptada de Ugural (2009, p. 600-609).
Para cada tipo de perfil, há uma tabela de valores correspondente. Em algumas fontes bibliográficas, as tabelas são apresentadas conforme o padrão americano, utilizando o sistema inglês de unidades (muito comum nos Estados Unidos), em que o perfil de abas largas é designado pela letra W�, seguida da altura nominal (em milímetros) e da massa (em quilogramas por metro). Nas tabelas de fator de forma, o momento de inércia está 106mm4106��4, considerando as unidades no Sistema Internacional de Unidades. A seguir, veja as propriedades dos perfis W� de vigas de aço com seções de abas largas, conforme o Sistema Internacional de Unidades.
	Propriedades dos Perfis W de aço, seções de Abas Largas (Unidades do SI)
	Designação
	Área, 10³ mm³
	Altura mm
	Abas
	Espessura das Abas, mm
	Eixo x-x
	Eixo y-y
	
	
	
	Largura mm
	Espessura mm
	
	I 106mm4106��4
	r mm��
	S 103 mm3103 ��3
	I 106mm4106��4
	r mm��
	W 920
	x 446
	57000
	933
	423
	42,70
	24,00
	8470
	385
	18200
	540
	97,3
	
	x 201
	25600
	903
	304
	20,10
	15,20
	3250
	356
	7200
	94,4
	60,7
	W 760
	x 257
	32600
	773
	381
	27,10
	16,60
	3420
	324
	8850
	250
	87,6
	
	x 147
	18700
	753
	265
	17,00
	13,20
	1660
	298
	4410
	52,9
	53,2
	W 610
	x 155
	19,7
	611
	324
	19,00
	12,70
	1290
	256
	4220
	108
	73,9
	
	x 125
	15,9
	612
	229
	19,60
	11,90
	985
	249
	3220
	39,3
	49,7
	W 530
	x 150
	19200
	543
	312
	20,30
	12,70
	1010
	229
	3720
	103
	73,2
	
	x 92
	11800
	533
	209
	15,60
	10,20
	552
	216
	2070
	23,8
	44,9
	W 460
	x 158
	20,1
	476
	284
	23,90
	15,00
	795
	199
	3340
	91,6
	67,6
	
	x 74
	9,48
	457
	190
	14,50
	9,00
	333
	188
	1457
	16,7
	41,9
	
	x 52
	6,65
	450
	152
	10,80
	7,60
	212
	179
	942
	6,4
	31
	W 410
	x 114
	14,6
	420
	261
	19,30
	11,60
	462
	178
	2200
	57,4
	62,7
	
	x 85
	10,8
	417
	181
	18,20
	10,90
	316
	171
	1516
	17,9
	40,6
	
	x 60
	7,61
	407
	178
	12,80
	7,70
	216
	168
	1061
	12
	39,9
	W 360
	x 216
	27,5
	375
	394
	27,70
	17,30
	712
	161
	3800
	282
	101,1
	
	x 122
	15,5
	363
	257
	21,70
	13,00
	367
	154
	2020
	61,6
	63
	
	x 79
	10,1
	354
	205
	16,80
	9,40
	225
	150
	1271
	24
	48,8
	W 310
	x 107
	13,6
	311
	306
	17,00
	10,90
	248
	135
	1595
	81,2
	77,2
	
	x 74
	9,48
	310
	205
	16,30
	9,40
	164
	132
	1058
	23,4
	49,8
	
	x 52
	6,65
	317
	167
	13,20
	7,60
	119
	133
	748
	10,2
	39,1
	W 250
	x 80
	10,2
	256255
	15,60
	9,40
	126
	111
	985
	42,8
	65
	
	x 67
	8,58
	257
	204
	15,70
	8,90
	103
	110
	803
	22,2
	51,1
	
	x 49
	6,26
	247
	202
	11,00
	7,40
	70,8
	106
	573
	15,2
	49,3
Tabela 3.1 - Tabela perfil W para cálculo do fator de forma
Fonte: Adaptada de Ugural (2009, p. 601).
A seguir, as propriedades dos perfis S� de vigas de aço conforme o Sistema Internacional de unidades:
	Propriedades dos Perfis S de aço, seções de abas largas (unidades do SI)
	Designação
	Área, 10³ mm³
	Altura mm
	Abas
	Espessura das Abas, mm
	Eixo x-x
	Eixo y-y
	
	
	
	Largura mm
	Espessura mm
	
	I 106mm4106��4
	r mm��
	S 103 mm3103 ��3
	106mm4106��4 I
	r mm��
	S 610
	x 180
	22,9
	622
	204
	27,70
	20,30
	1320
	240
	4240
	34,9
	39
	
	x 158
	20,1
	622
	200
	27,70
	15,70
	1230
	247
	3950
	32,5
	39,9
	
	x 149
	19
	610
	184
	22,10
	19,00
	995
	229
	3260
	19,9
	32,3
	
	x 119
	15,2
	610
	178
	22,10
	12,70
	878
	241
	2880
	17,6
	34
	S 510
	x 141
	18
	508
	183
	23,30
	20,30
	670
	193
	2640
	20,7
	33,8
	
	x 128
	16,4
	516
	179
	23,40
	16,80
	658
	200
	2550
	19,7
	34,4
	
	x 112
	14,3
	508
	162
	20,10
	16,30
	533
	193
	2100
	12,3
	29,5
	
	x 98,3
	12,5
	508
	159
	20,20
	12,80
	495
	199
	1950
	11,8
	30,4
	S 460
	x 104
	13,3
	457
	159
	17,60
	18,10
	385
	170
	1685
	10
	27,4
	
	x 81
	10,4
	457
	152
	17,60
	11,70
	335
	180
	1466
	8,66
	29
	S 380
	x 74
	9,5
	381
	143
	15,80
	14,00
	202
	146
	1060
	6,53
	26,2
	
	x 64
	8,13
	381
	140
	15,80
	10,40
	186
	151
	977
	5,99
	27,2
	S 310
	x 74
	9,48
	305
	139
	16,80
	17,40
	127
	116
	833
	6,53
	26,2
	
	x 60,7
	7,73
	305
	133
	16,70
	11,70
	113
	121
	741
	5,73
	26,8
	
	x 52
	6,64
	305
	129
	13,80
	10,90
	95,3
	120
	625
	4,11
	24,9
	S 250
	x 52
	6,64
	254
	126
	12,50
	15,10
	61,2
	96
	482
	3,48
	22,9
	
	x 38
	4,81
	254
	118
	12,50
	7,90
	51,6
	103
	406
	2,83
	24,2
	S 200
	x 34
	4,37
	203
	106
	10,80
	11,20
	27
	78,7
	266
	1,79
	20,3
	
	x 27
	3,5
	203
	102
	10,80
	6,90
	24
	82,8
	236
	1,55
	21,1
Tabela 3.2 - Tabela perfil S para cálculo do fator de forma
Fonte: Adaptada de Ugural (2009, p. 602).
Conforme o Instituto Americano  de Construção em Aço, uma viga de padrão americano é definida pela letra S�, em que A� é a área, I� é o momento de inércia, S� é o módulo de resistência e r� é o raio de giração, com r=IA−−√�=��.
A seguir, a tabela com os dados do perfil C:
	Propriedades dos Perfis C de aço, seções de abas largas (unidades do SI)
	Designação
	Área, 10³ mm³
	Altura mm
	Abas
	Espessura das Abas, mm
	Eixo x-x
	Eixo y-y
	
	
	
	Largura mm
	Espessura mm
	
	I 106mm4106��4
	r mm��
	S 103mm3103��3
	I 106mm4106��4
	r mm
	x−�− mm
	C 380
	x 74
	9,48
	381
	94
	16,50
	18,20
	168
	133
	883
	4,58
	22
	20,3
	
	x 60
	7,61
	381
	89
	16,50
	13,20
	145
	138
	763
	3,84
	22,5
	19,8
	
	x 50
	6,43
	381
	86
	16,50
	10,20
	131
	143
	688
	3,38
	23
	20
	C 310
	x 45
	5,69
	305
	80
	12,70
	13,00
	67,4
	109
	442
	2,14
	19,4
	17,1
	
	x 37
	4,74
	305
	77
	12,70
	9,80
	59,9
	113
	393
	1,86
	19,8
	17,1
	
	x 31
	3,93
	305
	74
	12,70
	7,20
	53,5
	117
	352
	1,62
	20,3
	17,7
	C 250
	x 45
	5,69
	254
	76
	11,10
	17,10
	42,9
	86,9
	338
	1,64
	17
	16,5
	
	x 37
	4,74
	254
	73
	11,10
	13,40
	38
	89,4
	299
	1,4
	17,2
	15,7
	
	x 30
	3,78
	254
	69
	11,10
	9,60
	32,8
	93
	258
	1,17
	17,6
	15,4
	C 230
	x 30
	3,8
	229
	67
	10,50
	11,40
	25,4
	81,8
	222
	0,997
	16,2
	14,7
	
	x 22
	2,84
	229
	63
	10,50
	7,20
	21,2
	86,4
	185
	0,796
	16,7
	14,9
	
	x 19,9
	2,53
	229
	61
	10,50
	5,90
	19,8
	88,5
	173
	0,708
	16,7
	15
	C 200
	x 28
	3,56
	203
	64
	9,90
	12,40
	18,3
	71,6
	180
	0,82
	15,2
	14,4
	
	x 21
	2,61
	203
	59
	9,90
	7,70
	15
	75,9
	148
	0,64
	15,6
	14,1
	
	x 17
	2,18
	203
	57
	9,90
	5,60
	13,6
	79
	134
	0,55
	15,9
	14,5
Tabela 3.3 - Tabela perfil C para cálculo do fator de forma
Fonte: Adaptada de Ugural (2009, p. 605).
A seguir, a tabela com os dados do perfil L com abas iguais:
	Dimensões e espessura mm
	Massa kg/m
	Área, 10³ mm³
	Eixos x-x ou y-y
	Eixo z-z
	
	
	
	I 106mm4106��4
	r mm��
	S 103 mm3103 ��3
	x−�− ou y−�− mm��
	r mm��
	L 203
	x 203
	x 25,4
	75,9
	9,68
	37
	61,80
	259
	60,2
	39,6
	
	
	x 19
	57,9
	7,36
	29
	62,80
	200
	57,9
	40,1
	
	
	x 12,7
	39,3
	5
	20,2
	63,60
	137
	55,6
	40,4
	L 152
	x 152
	x 25,4
	55,7
	7,1
	14,8
	45,60
	140,4
	47,2
	29,7
	
	
	x 15,9
	36
	4,59
	10,1
	46,80
	92,8
	43,9
	30
	
	
	x 9,5
	22,2
	2,8
	6,41
	47,80
	57,8
	41,7
	30,2
	L 127
	x 127
	x 19
	35,1
	4,48
	6,53
	38,20
	74,2
	38,6
	24,8
	
	
	x 12,7
	24,1
	3,07
	4,7
	39,20
	51,8
	36,3
	25
	
	
	x 9,5
	18,3
	2,33
	3,64
	39,50
	39,7
	35,3
	25,1
	L 102
	x 102
	x 19
	27,5
	3,51
	3,19
	30,10
	46
	32,3
	19,8
	
	
	x 12,7
	19
	2,42
	2,31
	30,90
	32,3
	30
	19,9
	
	
	x 6,4
	9,8
	1,25
	1,27
	31,80
	17,2
	27,7
	20,2
	L 89
	x 89
	x 12,7
	16,5
	0,21
	1,52
	26,90
	24,5
	26,9
	17,4
	
	
	x 9,5
	12,6
	1,6
	1,2
	27,30
	18,9
	25,7
	17,5
	
	
	x 64
	8,6
	1,09
	0,84
	27,70
	13
	24,6
	17,6
	L 76
	x 76
	x 12,7
	14
	1,77
	0,92
	22,80
	17,5
	23,7
	14,8
	
	
	x 9,5
	10,7
	1,35
	0,725
	23,20
	17,5
	22,5
	14,9
	
	
	x 6,4
	7,3
	0,93
	0,52
	23,60
	9,46
	21,4
	15
Tabela 3.4 - Tabela perfil L abas iguais para cálculo do fator de forma
Fonte: Adaptada de Ugural (2009, p. 607).
Observe que no perfil L com abas iguais, além das orientações para os eixos x e y, há, também, a orientação do eixo de rotação z (esse é o eixo de rotação e não o eixo cartesiano que representa profundidade), sendo o ângulo entre o eixo x e z igual a 45°.
A seguir, a tabela com os dados do perfil L com abas desiguais:
	Propriedades dos Perfis L de aço, cantoneira de abas desiguais (unidades do SI)
	Dimensões e espessura mm
	Massa kg/m
	Área, 10³ mm³
	Eixos x-x
	Eixo y-y
	
	Eixo z-z
	
	
	
	I 106mm4106��4
	r mm��
	S 103mm3103��3
	y− mm�− ��
	I 106mm4106��4
	r mm��
	x− mm�− ��
	r mm��
	tan θρ��
	L 203
	x 152
	x 25,4
	65,5
	8,39
	33,6
	63,30
	247
	67,3
	16,2
	43,9
	41,9
	32,5
	0,543
	
	
	x 19
	50,1
	6,38
	26,2
	64,10
	190
	65,1
	12,7
	44,6
	39,6
	32,7
	0,551
	
	
	x 12,7
	34,1
	4,35
	18,4
	65,10
	131
	62,7
	9,03
	45,6
	37,3
	33
	0,558
	L 152
	x 102
	x 19
	35
	4,48
	10,2
	47,70
	102,4
	52,8
	3,61
	28,4
	27,4
	21,8
	0,428
	
	
	x 12,7
	24
	3,06
	7,2
	48,50
	70,8
	50,3
	2,64
	29,4
	25,3
	22,2
	0,446
	
	
	x 9,5
	18,2
	2,33
	5,62
	49,10
	54,4
	49,3
	2,04
	29,6
	23,9
	22,3
	0,446
	L 127
	x 76
	x 12,7
	19
	2,42
	3,93
	40,30
	47,7
	44,5
	1,07
	21,1
	19,1
	16,5
	0,357
	
	
	x 9,5
	14,5
	1,84
	3,06
	40,80
	36,6
	43,3
	0,841
	21,4
	17,8
	16,6
	0,362
	
	
	x 6,4
	9,8
	1,25
	2,13
	41,20
	25,1
	42,2
	0,6
	21,9
	16,7
	16,8
	0,371
	L 102
	x 76
	x 12,7
	16,4
	2,1
	2,1
	31,60
	31
	33,8
	1,01
	21,9
	21
	16,2
	0,543
	
	
	x 9,5
	12,6
	1,6
	1,66
	32,20
	24
	32,8
	0,792
	22,2
	19,8
	16,3
	0,545
	
	
	x 6,4
	8,6
	1,09
	1,15
	32,50
	16,4
	31,5
	0,57
	22,8
	18,7
	16,5
	0,558
	L 89
	x 64
	x 12,7
	13,9
	1,8
	1,35
	27,60
	23,1
	30,5
	0,57
	17,9
	17,9
	13,6
	0,486
	
	
	x 9,5
	10,7
	1,36
	1,07
	28,00
	18
	29,5
	0,463
	18,5
	16,9
	13,8
	0,503
	
	
	x 6,4
	7,3
	0,93
	0,75
	28,40
	12,4
	28,2
	0,32
	18,7
	15,6
	13,8
	0,506
Fonte: fonte da tabela
Observe que no perfil L com abas desiguais, além das orientações para os eixos x e y, há, também, a orientação do eixo z, sendo o ângulo θ entre o eixo x e z. Com θ variando de valor, conforme a diferença entre o tamanho das abas.
Essas tabelas são utilizadas para o cálculo de fator de forma, dentre outras aplicações, como o cálculo de tensão de cisalhamento. Por isso, é importante compreender os valores representados.
· A inércia I refere-se às tensões e às deformações que aparecem por flexão, definindo a resistência estrutural sob flexão.
· Nas vigas de perfil W ou S, a inércia Ix�� é sempre maior que a Iy��, em função da diferença da altura e da quantidade de seção transversal que estão mais afastadas do eixo. Por isso, sempre se considera fletindo no eixo x por ter maior inércia. Isso porque, nos eixos das seções com menores momentos de inércia, as vigas tendem a sofrer flexões nesse eixo.
· O raio de giração é igual a raiz quadrada do momento de inércia pela área da superfície. Ele pode ser analisado para o eixo x com rx�� ou em relação ao eixoy com ry��.
As flexões tendem a ocorrer nos eixos das seções com menores momentos de inércia, como quando uma régua é comprimida. Nesse sentido, aparece o embarrigamento na seção da régua com menor inércia.
Dependendo da aplicação que surgir durante a atividade profissional, os valores das tabelas poderão ser aplicados em outras circunstâncias, utilizando os demais valores tabelados. Este é um assunto muito vasto, sendo aprofundado na área de estudo conhecida como resistência dos materiais.
No estudo da seleção de materiais, temos que analisar a influência da forma na resistência do material, visto que alguns materiais apresentam resistência diferente conforme a forma em que são utilizados. Um exemplo disso é o caso das vigas de aço, que possuem variação de acordo com o formato (perfis) e as dimensões desses perfis. Nesse sentido, qual dos perfis de viga apresenta várias possibilidades de ângulo θ, entre o eixo x e o eixo de rotação z?
Parte superior do formulário
a) Perfil W.
b) Perfil S.
c) Perfil L de abas desiguais.
d) Perfil C.
e) Perfil L de abas iguais.
Parte inferior do formulário
FILME
Gigantes da Indústria - Episódio 4
Ano : 2013
Comentário : O aço é um material que apresenta fator de forma e é muito utilizado como material na construção de edifícios. A série Gigantes da indústria apresenta, em seu episódio 4 (“Derramamento de sangue”), o início da construção de arranha-céus utilizando aço na estrutura. Ela mostra, ainda, como os conflitos entre os empresários da época influenciaram as tomadas de decisões.
Para conhecer mais sobre a série, acesse o trailer a seguir.
TRAILER
LIVRO
Elementos de Máquinas de Shigley
Editora : MC Graw-Hill
Richard G. Budynas e J. Keith Nisbett
ISBN : 9780073398204/0073398209
Comentário : Os materiais, em especial os com fatores de forma, são analisados em uma área específica que é denominada de “elementos de máquinas”, foco de estudo desta obra. Este livro teve sua 10ª edição lançada em 2016 e trata de diversas aplicações sobre materiais, incluindo o fator de forma. Ele apresenta exemplos e o conteúdo é desenvolvido de forma clara e precisa, facilitando, assim, o aprendizado dessa área tão complexa que é a dos elementos de máquinas.
Novos materiais precisam ser devidamente caracterizados tanto para que seus atributos sejam conhecidos quanto para que se possa ter uma noção de como eles se comportarão. Além das características de composição e resistência do material, é necessário analisar a forma como ele será submetido para a criação do produto. Isso porque seu formato e dimensões também interferem no comportamento da peça. Há, inclusive, uma área de estudo voltada essencialmente para a análise dos fatores de forma dos materiais. Eles relacionam as dimensões e o formato para verificar como o objeto irá se comportar em situações de flexão, por exemplo. Todos esses aspectos são analisados na seleção de materiais, o que pode ser associado com diversos outros fatores, podendo acarretar uma análise de múltiplas restrições.
referências
Referências Bibliográficas
AMARAL, D. C. et. al . Gestão de desenvolvimento de produtos : uma referência para a melhoria do processo. São Paulo: Editora Saraiva, 2006.
BARA, R. P. Aplicação de materiais sorventes alternativos para a limpeza de águas contaminadas por óleos . Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica)   – Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2011.
DIAS, B. Z. Seleção de materiais mais sustentáveis : aplicação no edifício do núcleo de estudos multidisciplinares do centro de artes da UFES. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Arquitetura e Urbanismo) – Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, 2012. Disponível em: http://lpp.ufes.br/sites/lpp.ufes.br/files/field/anexo/pg20230230_0.pdf . Acesso em: 9 maio 2020.
FONSECA, M. P. (Org.). Engenharia de Produção : coletânea de artigos científicos. V. 2. [S.l.]: Solapur (INDIA) & Lulu Books, 2016.
LIMA, E. G. de. Dicionário de termos e nomenclaturas em nanotecnologia e novas ciências . Estudos Acadêmicos. Rio de Janeiro: Abril, 2005.
LOBO, G. 9 técnicas de caracterização de materiais . Disponível em: https://fluxoconsultoria.poli.ufrj.br/blog/projetos-mecanicos/9-tecnicas-de-caracterizacao-de-materiais/ . Acesso em: 16 maio 2020.
RESENDE, C. X.; PLATT, G. M., BASTOS, I. N.; SOARES, G. D. A. Estudo teórico e experimental da solução avaliadora de bioatividade (SAB). Revista Matéria , v. 12, n. 2, 2007. Disponível em: http://www.materia.coppe.ufrj.br/sarra/artigos/artigo10907/ . Acesso em: 7 maio 2020.
TAFARELLO, I. G. Processamento de peças em materiais compósitos para o projeto Baja SAE . Trabalho de conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Materiais) – Universidade Estadual Paulista, São Paulo, 2013. Disponível em: https://repositorio.unesp.br/bitstream/handle/11449/121505/000736372.pdf?sequence=1&isAllowed=y . Acesso em: 10 maio 2020.
UGURAL, A. C. Mecânica dos materiais . Rio de Janeiro: LTC, 2009.