Vigas caixão para ponte rolante

Principais aplicações:

Representamos um dos maiores Fabricantes de Ponte Rolante, Vigas Caixão para Pontes Rolantes, Guindastes, Pórticos, Esteiras Rolantes e etc;

Para movimentação de cargas em geral atendendo os diversos seguimentos do mercado “Indústria, Comércio, Usinas e etc”;

Podendo ser instaladas em Galpões de Concretos ou Estruturas Metálicas bem como a Ceú aberto.

As Pontes Rolantes e outros equipamentos podem ser fabricados em qualquer medida de acordo com as especificações do cliente, sob consulta e obedecendo a norma ABNT.

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Estudo da vida útil da estrutura para utilização em aciaria

1 – Introdução

Na história da humanidade, a movimentação de carga sempre foi algo de grande importância em qualquer sociedade, quer seja para construção de edifícios, monumentos, estruturas para a melhoria de vida da população, ou para o transporte de alimentos e elementos de necessidades básicas à população.

As antigas civilizações já haviam criados métodos de forma a viabilizar a movimentação de cargas, sejam elas grandes ou pequenas.

Com a Revolução Industrial, a invenção do motor a vapor e a invenção do processo Bressemer de fabricação de aço, os avanços na área de transporte de cargas e materiais foram grandes, tendo em vista que a força humana e animal para o trabalho, em parte, fora substituído pelos diversos tipos de equipamentos que utilizavam a força do vapor para operarem. Paralelo a isso, a popularização da utilização do aço abriu novos horizontes na construção de equipamentos, tendo em vista a praticidade desse novo material em poder ser trabalhado para se formar diversos tipos de estruturas e componentes de máquinas.

Em nossa atual sociedade, mais do que nunca, necessitamos das máquinas para movimentar nosso mundo. O alimento que chega à nossa mesa, a construção de nossas casas, o transporte para podermos viajar e nos locomover no dia a dia.

Nas indústrias, temos uma grande gama de tipos de equipamento de transporte de cargas, dependendo do tipo de indústria, temos empilhadeiras móveis, correias transportadoras, pontes rolantes, pórticos rolantes, transportadores pneumáticos, entre outros. Em função da particularidade de cada indústria, temos processos que necessitam de transportadores específicos para cada atividade, por exemplo, na indústria de mineração de ferro, temos a larga utilização de correias transportadoras, na indústria de logística, temos a utilização de empilhadeiras, guindastes e caminhões.

Estrutura de ponte rolante
A indústria siderúrgica é um dos pilares que sustentam a sociedade moderna, o ferro, o aço, e seus derivados estão presentes em nosso cotidiano, nesta indústria temos também equipamentos específicos para movimentação de cargas, quer seja durante seu processo de fabricação, ou logística de armazenagem e transporte.

Na indústria siderúrgica, as pontes rolantes cumpre um papel de grande importância, devido às suas características operacionais, manutenção reduzida se comparado a outros dispositivos, alta confiabilidade e alta produtividade. Para que esse tipo de equipamento opere dentro de suas características, é necessário que o projeto atenda às especificidades de operação, ambiente de trabalho e condições de trabalho, além de um controle sobre o plano de manutenção especificado pelo fabricante. Um item de grande importância no dimensionamento e projeto desse equipamento é o estudo da vida útil da estrutura deste, visando prever os materiais e geometrias adequados aos esforços, caso não seja dado a devida atenção a esse item, durante a vida útil desse equipamento, os custos de manutenção podem ser elevados, e a disponibilidade para operação pode ser afetada, acarretando em prejuízos na cadeia produtiva da empresa.

2 – Materiais e métodos

Para o desenvolvimento desse trabalho foi utilizado algumas ferramentas de pesquisa, de forma a identificar situações e casos que se aplicam a esse estudo e que foram abordados anteriormente em outras literaturas, artigos técnicos e afins.

Foi efetuada uma revisão bibliográfica sobre o tema, analisando publicações especializadas na área, estudo de caso de vigas de rolamento para ponte de aciaria desenvolvida para a Arcelor Mittal Tubarão, e normas técnicas vigentes relacionadas ao tema. Foi utilizado também ferramenta de cálculo estrutural específica para comparação de resultados e interpretação de resultados em comparação com normas e documentos específicos.

3 – Desenvolvimento
Pontes rolantes são equipamentos compostos por estrutura e seus elementos móveis, os elementos móveis (árvores, eixos, rodas, motores, rolamentos, etc.) geralmente tem suas falhas mais facilmente identificáveis, por uma inspeção de rotina no equipamento, ou mesmo por falha de funcionamento do equipamento. Os elementos estruturais (viga principal, truques, chassi talha/trollei) em alguns casos não são inspecionados e verificados a Ponte rolante contento, micro-trincas e outras falhas muitas vezes só são identificadas com ensaios não destrutíveis específicos, nesse caso algumas vezes, as falhas, quando ocorrem, podem ser catastróficas. O equipamento a ser abordado nessa dissertação, é voltado para a siderurgia, mais especificamente na aciaria, devido a se ter o conhecimento da rotina de trabalho do equipamento, número de ciclos de operação, e carregamentos do mesmo, que nesse caso é constante, desta forma, é mais fácil analisar e prever como a estrutura irá se comportar ao longo de sua vida útil.

A vida útil de uma estrutura metálica qualquer, está relacionada a diversos fatores, como por exemplo, fadiga, corrosão, falhas de projeto, sobrecarga excessiva na estrutura, entre outros. Estaremos abordando nessa dissertação, a fadiga como fator determinante na vida útil da estrutura da ponte rolante.

A vida útil da estrutura de uma ponte rolante está diretamente ligada à fadiga do material. Em uma análise de segunda ordem, temos outros fatores assim como a corrosão dos elementos estruturais, que não serão abordados, pois será considerado que os procedimentos para manutenção e conservação do equipamento serão feitos como precede as especificações do fabricante, do usuário do equipamento e das normas aplicáveis para tal.

3.1 – Fadiga

De acordo com o Design Guide sete do AISC (traduzido), o dano por fadiga pode ser entendido como o avanço progressivo de uma fissura devido às variações nas tensões de um membro. A fissura por fadiga inicia em pequenos defeitos ou imperfeições no metal base ou no metal de solda. Estas imperfeições atuam como amplificadores de tensão, que aumentam as tensões elásticas aplicadas em pequenas regiões até tensões plásticas.

A fadiga é um fenômeno amplamente estudado na indústria aeronáutica, pois pode ser causadora de falhas catastróficas, nessa indústria é crucial que os elementos estruturais sejam dimensionados de forma a ter o menor peso possível, devido a custos de fabricação e operação dos equipamentos.

Em resumo a fadiga pode promover colapsos em elementos estruturais, com carregamentos que são inferiores aos suportados pelos materiais, caso tenhamos um material sujeito a esforços aplicados de forma estática e uma única vez, o material suporta um determinado nível de carregamento, porém se utilizarmos o mesmo material e alternarmos ciclos de carregamento e descarregamento das mesmas inúmeras vezes, o nível de carregamento que o material irá suportar, é muito inferior ao nominal do elemento.

3.1.1 – Verificação à fadiga

Segundo Ricardo Fabeane (2012), “consultando-se o referido apêndice da ANSI/AISC 360-10 percebe-se que a metodologia de verificação à fadiga é exatamente a mesma da utilizada pela norma brasileira, …”, salvo algumas diferenças, desta forma, estaremos utilizando a norma brasileira para esse estudo.

A NBR 8800:2007, anexo L, descreve as considerações a serem feitas para análise de elementos estruturais de aço e ligações metálicas sujeitas a ações com grande número de ciclos, com variação de tensões no regime elástico cuja frequência e magnitude são suficientes para iniciar fissuras e colapso progressivo por fadiga.

As considerações feitas pela norma no anexo acima citado são para estruturas com proteção adequada à corrosão ou sujeitas apenas a atmosferas levemente corrosivas, e temperaturas de trabalho inferiores a 150 ºC.

A NBR 8400:1984, anexo G, trata das verificações dos elementos da estrutura submetidos à fadiga, abordando duas condições principais: elementos da estrutura afastados de qualquer tipo de junção, ou seja, de qualquer elemento que possa ser um concentrador de tensões e/ou nucleadores de trincas, e elementos estruturais que contenham junções, sejam estas parafusadas ou soldadas.

3.1.1.1 – Verificação dos elementos da estrutura pela ABNT NBR 8400:1984

Para que se possa determinar os elementos à fadiga, é necessário a determinação dos seguinte itens:

• Classificação do equipamento conforme anexo A.
• Obtenção dos esforços solicitantes, com as devidas considerações de combinações de carregamento.
• Determinações de tensões admissíveis dos materiais utilizados na construção da estrutura.
• Definição da faixa de variação de tensões na seção analisada.

Para a determinação da classe do equipamento, recorremos ao anexo A da norma que classifica de modo prático os equipamentos com exemplos de aplicação. A norma ainda traz no item 5.1 e 5.2, os critérios de determinação de classe do equipamento, para casos que não estejam contemplados pelo anexo A.

Para a determinação dos esforços solicitantes, deve-se verificar o tipo do equipamento, a aplicação dos carregamentos, relacionando com a classe do equipamento para se obter os coeficientes aplicáveis de majoração e ponderamento, as condições para verificação das solicitações que interferem no cálculo da estrutura do equipamento são identificadas no item 5.5, 5.6 e 5.7.

A determinação de tensões admissíveis que atendam o critério de fadiga passa por algumas etapas:

1 – Determinação de tensão admissível do material:

Utilizando-se a tabela 49 (pág. 66), podemos determinar a tensão admissível do material, considerando o número de ciclos e diagrama de tensões. A tabela citada corresponde a materiais específicos utilizados na construção mecânica, a necessidade de utilização de outros materiais deverá verificada à parte na norma. Nesse caso, é utilizado adotar o Wo, pois esse trata de material afastado de junções e não sujeito a efeitos de entalhe.

2 – Determinação do parâmetro “R”:

Para se determinar o R, temos que ter os valores de tensões aplicadas ao material, tensão máxima e tensão mínima:

Onde:
σmín = tensão mínina aplicada ao elemento analisado

σmáx = tensão máxima aplicada ao elemento analisado

3 – Determinação da tensão admissível:

Tendo encontrado os parâmetros acima relacionados, podemos calcular a resistência à fadiga:
Para R<= 0 temos:

– em tração:

– em compressão:
Para R>=0

– em tração:

– em compressão:

Onde:

σ0= tensão em tração para R=0 dado pela fórmula σ0=1,66σw

σ+1= tensão em tração para R=0 dado pela fórmula σ+1=0,75σR

3.1.1.2 – Verificação dos elementos soldados da estrutura pela ABNT NBR 8400:1984

Ao analisarmos os elementos da estrutura à fadiga, desconsideramos elementos que são submetidos a processo de soldagem. O processo de soldagem produz alterações no material de base que está próximo de uma junção, desta forma a norma trata esse item de forma separada, de modo a contemplar as particularidades desse processo.

As montagens efetuadas com soldas sofrem alterações de resistência em função do efeito de entalhe. Para uma mesma solda, os efeitos de entalhe são diferentes, de acordo com o tipo de solicitação a que está submetida a união.

As tabelas 51, 52, 53, 56 e 58, conforme o tipo de construção da junção localizada na tabela 61, com essas tabelas, é possível determinar a tensão admissível à fadiga de junções soldadas, tendo em vista que o parâmetro R é conhecido e utilizando os valores W1 e W2, que são referentes a junções com efeitos de entalhe.

4 – Conclusão ou considerações finais

A revisão bibliográfica mostrou que existe pouca pesquisa voltada para esse tema no meio acadêmico, no geral, esse tema é abordado pelas empresas desenvolvedoras de equipamentos de elevações.

No dimensionamento de elementos estruturais de equipamentos de elevação, a fadiga é um item que deve ser verificado.

Para se determinar a geometria e tipo de material a ser utilizado em um elemento estrutural, deve-se verificar o limite de escoamento do material, limite de resistência à flambagem e limite de resistência à fadiga. Adota-se para projeto, material e geometrias que atendam a esses critérios simultaneamente.

Para algumas situações o limite de resistência à fadiga não é preponderante na determinação da tensão admissível de projeto para o material, pois, eventualmente o limite de escoamento ou o limite de resistência à flambagem. Temo como exemplo um elemento estrutural em que seu comprimento é muito maior que a sua seção transversal, nesse caso o fator determinante, é a resistência à flambagem e as flechas limites determinadas pela norma NBR 8800.

Para pontes rolantes de menor capacidade, e classificadas em grupos de utilização menos severos, geralmente os fabricantes desconsideram o efeito de fadiga, devido algumas vezes a desconhecimento, ou falta de interesse. Alguns projetistas também desconsideram a fadiga em seus cálculos, também por falta de conhecimento, ou por verificarem que na maioria dos casos de aplicação em grupos de aplicação menos severos para alguns elementos, a fadiga não ser preponderante para o dimensionamento e especificações de materiais.

Referências

ABNT NBR 8800:2007 – Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios. Rio de Janeiro, 2007.
ABNT NBR 8400:2004 – Cálculo de equipamento para levantamento e movimentação de cargas. Rio de Janeiro, 2004.
FABEANE, Ricardo; FICANHA, Ricardo A.; PRAVIA, Zacarias Martin C. – Verificação à fadiga de vigas de rolamento de pontes rolantes industriais. ABCEM , CONSTRUMETAL 2012.

Autor: Cleyson Curitiba Espíndula
Data de publicação: 26/09/2013