Fadiga livro Met. Fís. e Mec. Apl1 (1)
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Cap. 2 \u2013 Fratura dos metais 
 
 
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MÓDULO QUATRO \u2013 Capítulo 2: 
FRATURA DOS METAIS 
2.1 \u2013 Conceito de Falha 
Uma parte, ou o conjunto todo de uma estrutura é considerado "falhado" a partir de uma das 
três condições abaixo: 
\u2022 quando a estrutura fica completamente inutilizada; 
\u2022 quando ela ainda pode ser utilizada, mas não é mais capaz de desempenhar a 
sua função satisfatoriamente; 
\u2022 quando uma séria deterioração a torna insegura para continuar a ser utilizada. 
 
As causas para a falha da maioria das estruturas geralmente estão relacionadas com os 
seguintes problemas: 
1. negligência durante o projeto, a construção ou a operação da estrutura; 
2. aplicação de um novo projeto, ou de um novo material, que vem a produzir um 
inesperado (e indesejável) resultado. 
 
No primeiro caso, procedimentos existentes são suficientes para se evitar a falha, mas não são 
seguidos por uma ou mais das partes envolvidas, devido a erro humano, ignorância, ou 
procedimento proposital. Fabricação mal feita, materiais inapropriados ou abaixo de 
especificações, erros na análise de tensões, e erro de operação são exemplos de casos onde 
tecnologias apropriadas e experiência estão disponíveis, mas não são aplicadas. 
O segundo caso é muito mais difícil de se evitar. Quando um projeto "melhorado" é introduzido, 
existem certos fatores que o projetista pode não conhecer. Novos materiais podem oferecer 
tremendas vantagens, mas também problemas em potencial. Consequentemente, um novo 
projeto ou novo material deve ser colocado em serviço somente após um longo período de 
testes e análises. 
A história da humanidade está repleta de casos em que acidentes catastróficos ocorreram por 
falhas estruturais, associadas com o emprego de novos materiais e/ou novas tecnologias. 
Alguns exemplos são citados por Anderson (1995) e Landes (1998): 
\u2022 fraturas ocorridas nos navios de transporte Liberty no início da década de 1940 
(os primeiros a usar solda ao invés de rebites na fabricação) \u2013 Figura 2.1; 
\u2022 fratura em um tanque de armazenamento de gás natural liquefeito nos Estados 
Unidos em 1944 \u2013 Figura 2.2; 
\u2022 acidentes com os aviões ingleses Comet na década de 1950 \u2013 Figura 2.3; 
\u2022 acidentes durante o desenvolvimento do sistema de mísseis polaris na década 
de 1960; 
\u2022 colapso da ponte Point Pleasant nos Estados Unidos em 1967 \u2013 Figura 2.4; 
\u2022 acidentes no desenvolvimento da aeronave militar F-111 na década de 1970; 
\u2022 fratura por fadiga da parede traseira de um Boeing 747 no Japão em 1985 \u2013 
Figura 2.5; 
 
Mesmo nos dias de hoje a falha dos materiais ainda não é um fenômeno incomum, mesmo em 
aplicações de alta exigência estrutural. Inclusive, atualmente, devido ao desenvolvimento de 
novas tecnologias de fabricação, escala de produção e necessidades de redução de custo 
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(extensão da vida e severidade das condições de serviço), as falhas tornaram-se mais 
frequentes em aplicações de média e baixa exigências. 
 
 
Figura 2.1 \u2013 Fratura frágil ocorrida em um navio de carga Liberty que separou o navio em duas partes 
em 1941. 
 
 
Figura 2.2 \u2013 Fratura da estrutura de sustentação de uma correia transportadora de uma mineração no 
Arizona \u2013 Estados Unidos (problema: concentração de tensão e solda incorreta de um dos componentes 
mostrado ao lado). 
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Figura 2.3 \u2013 De cima para baixo: o 
avião Comet (primeiro avião a jato 
comercial) pousado em um 
aeroporto do norte da África. 
Programa de testes mecânicos de 
larga escala em um avião real. 
Fratura detectada ao final de 
milhares de ciclos de carregamento 
e descarregamento na quina de 
uma das janelas. 
 
Figura 2.4 \u2013 Resultado final da 
falha da ponte \u201cPointe Pleasant\u201d 
ocorrida em 1967 em Ohio \u2013 
Estados Unidos. 
 
Figura 2.5 \u2013 Detalhamento da 
região falhada na traseira de um 
Boeing 747 no Japão em 1985. 
 
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Landes (1998) apontou que em 1982, nos Estados Unidos, o custo total das falhas seria de 
US$132 bilhões, o que representava uma quantia significativa do PIB norte-americana à época 
(cerca de 5%). Deste total, pelo menos 50% poderia ser evitado com a utilização correta das 
tecnologias desenvolvidas. No Brasil, não existe estatística deste tipo disponível, mas estima-
se que a situação atual seja bem semelhante à existente nos Estados Unidos àquela época. 
Alguns exemplos de falhas recentes podem ser obtidas em diversas fontes bibliográfica e 
também pela internet. Alguns exemplos atuais, retirados do curso \u201cAnálise de Falhas\u201d da ABM 
e da revista \u201cPractical Failure Analysis\u201d são citados a seguir. 
 
 
 
Figura 2.6 \u2013 Fratura ocorrida em uma peça de um grande moinho de minério de ferro (problema: fadiga 
nas juntas soldadas).
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Figura 2.7 \u2013 Fratura ocorrida entre um eixo 
e um rotor de uma grande bomba 
centrífuga industrial (problema: material 
inadequado e sobrecarga de operação). 
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Figura 2.8 \u2013 Falhas 
ocorrida em parafusos 
de fixação do êmbolo 
de uma grande bomba 
de pistão (problema: 
fixação e projeto de 
junta inadequados). 
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Figura 2.9 \u2013 Fratura ocorrida em uma mola de 
um compressor (problema: falta de lubrificação 
no processo de fabricação levando a uma 
condição superficial rugosa inadequada para a 
aplicação). 
 
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Figura 2.10 \u2013 Fratura em um pistão de motor de combustão interna detectada após milhares de horas de 
uso do motor em teste. 
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2.2 \u2013 Tipos de fratura 
Serão citados, sumariamente, as diferentes formas como podem se apresentar uma superfície 
de fratura de um material 
2.2.1 \u2013 Fratura Dúctil 
Em materiais dúcteis o papel da deformação plástica é muito importante. A característica 
importante é a mobilidade de defeitos na sua estrutura. No caso dos metais, estes defeitos na 
sua estrutura cristalina são conhecidos por discordâncias. 
A Figura 2.11 ilustra esquematicamente o comportamento de um metal dúctil sob carregamento 
uniaxial em tração. Ao longo do ensaio, no ponto de carregamento máximo, atinge-se a 
instabilidade, onde não ocorre mais o endurecimento por deformação, pois ocorre deformação 
localizada (diminuição da seção do corpo-de-prova), desenvolvendo-se o empescoçamento do 
CP. 
 
 
Figura 2.11 - Representação esquemática de uma curva tensão versus deformação de um ensaio de 
tração para materiais puros e usuais empregados em Engenharia. 
Para o desenvolvimento da fratura dúctil, comumente, são observados os seguintes estágios: 
1. formação de uma superfície livre através de uma inclusão ou partícula de 
segunda-fase, ou por decoesão interfacial ou por trincamento da partícula; 
2. crescimento de vazios ao redor da partícula através de deformação plástica e 
tensão hidrostática; 
3. coalescência entre vazios adjacentes. 
 
A Figura 2.12 (a,b,c) mostra a evolução de uma fratura dúctil durante o ensaio de tração a 
partir do ponto onde ocorre deformação plástica localizada. Pode-se notar que a fratura dúctil 
ocorre com apreciável deformação plástica, através de um lento rompimento, e com 
conseqüente elevado gasto de energia para a fratura. 
As principais características de uma fratura dúctil estão resumidas na tabela 2.1. 
 
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(a) 
(b) 
(c) 
Figura 2.12 - Deformação plástica localizada de um material com comportamento dúctil; (a) 
representação esquemática; (b) seção de um CP ensaiado em tração; (c) tubo de aço inoxidável ferrítico 
AISI 409 fraturado em tração. 
Tabela 2.1 \u2013 Principais características de uma fratura dúctil. 
Aspectos 
macroscópicos: 
\u2022 zona fibrosa: início e propagação estável da trinca; 
\u2022 zona de cisalhamento a 45o: formada em conseqüência do alívio 
de triaxialidade