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Avaliação de componentes estruturais na engenharia: importância e aspecto multidisciplinar

por Julio Ricardo Barreto Cruz*

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Avaliação de integridade estrutural consiste na aplicação de técnicas multidisciplinares que permitem estabelecer o estágio de dano em que um componente estrutural se encontra. Componente estrutural é um equipamento, peça ou partes de uma estrutura, que é projetado para resistir à ação de carregamentos, englobando desde pequenos utensílios, como uma ferramenta ou uma peça de eletrodoméstico, até grandes equipamentos e estruturas, como tubulações industriais, cascos de navios, plataformas de exploração de petróleo e estruturas de pontes ou edifícios. O principal objetivo dessa atividade é garantir a segurança de trabalhadores, do público em geral e do meio ambiente, já que são equipamentos ou estruturas que fazem parte do nosso dia a dia e dizem respeito ao pleno funcionamento da sociedade moderna.

Acidentes envolvendo a perda da integridade de componentes estruturais – como o colapso de uma passarela de pedestres, a explosão de uma caldeira, a ruptura de uma peça de avião ou o rompimento de oleodutos – acarretam prejuízos materiais, impactos ambientais e podem ocasionar a morte de pessoas. As falhas estruturais ocorrem principalmente devido a erros de projeto, desrespeito às especificações técnicas na fase de fabricação ou condições de operação incorretas.

Porém, é importante ressaltar que, mesmo em condições de operação normais, os componentes estruturais, em geral, sofrem um processo de degradação e acumulam dano ao longo de sua vida. Portanto, componentes estruturais importantes precisam ter sua integridade avaliada periodicamente.

A aplicação das técnicas e procedimentos de avaliação de integridade, além de estabelecer a condição de segurança em que um componente se encontra num determinado momento, também permite prever o comportamento futuro do mesmo, subsidiando decisões relativas a inspeção, monitoração, eventuais reparos ou mesmo substituição do componente. Essas ações de manutenção e de controle de degradação geram condições para estender a vida útil desses componentes ou de instalações industriais inteiras, como, por exemplo, uma usina de geração de energia elétrica, com significativos ganhos econômicos para governo e empresas privadas.

O desenvolvimento de avaliações de integridade estrutural envolve diferentes disciplinas de engenharia, sendo as principais: análise de tensões, comportamento mecânico dos materiais e mecânica da fratura.

Análises de tensões (teórica, experimental ou utilizando métodos numéricos) são realizadas para determinar a distribuição de tensões em regiões críticas do componente. As tensões são os esforços internos que se desenvolvem nos componentes quando estes são submetidos a carregamentos. A área de comportamento mecânico dos materiais abrange os ensaios para determinação das propriedades de resistência mecânica dos materiais e o conhecimento de seus principais mecanismos de degradação, como fadiga, fluência e corrosão. E a mecânica da fratura é aplicada para análise do crescimento e instabilidade de defeitos em componentes, como trincas, sendo necessário conhecer a localização e a geometria desses defeitos. Isso é feito com o uso das chamadas técnicas de ensaios não destrutivos, como ultrassom, radiografia e emissão acústica, entre várias outras.

Nos casos em que a falha de um componente estrutural já aconteceu, geralmente é necessário investigar as causas que provocaram essa falha. Essa investigação, conhecida como análise de falhas, é auxiliada por análises químicas, ensaios metalográficos e técnicas de microscopia eletrônica, que permitem conhecer a microestrutura do material e fornecem indícios dos mecanismos de degradação que levaram à falha do componente.

O profissional que atua em avaliações de integridade estrutural, em geral engenheiros civis ou mecânicos, dificilmente terá um conhecimento detalhado sobre todas as áreas envolvidas na atividade, mas deve saber como elas se inter-relacionam e ser capaz de dialogar com os especialistas de cada uma delas.

A formação em algumas das áreas específicas mencionadas vem em grande parte de cursos de mestrado e doutorado nas áreas de Estruturas e Ciência dos Materiais. A visão mais ampla, multidisciplinar, o engenheiro acaba adquirindo com a prática, ao se envolver com casos reais de componentes estruturais que exigem avaliações periódicas para garantir a sua operação segura ou em investigações das causas que levaram à falha desses componentes. Infelizmente, são raros os cursos que abordam esse aspecto multidisciplinar e, em geral, se concentram nas regiões Sul e Sudeste do país.

Na Unifor, já nas disciplinas básicas da área de estruturas, como Resistência dos Materiais, procuramos mostrar aos alunos a relação da disciplina com essa atividade e sua importância para a sociedade. A apresentação e a discussão de casos práticos em sala de aula ajudam a despertar o interesse para futuras atividades de pesquisa e de aplicação de métodos e procedimentos para avaliação de integridade estrutural.

* Julio Ricardo Barreto Cruz é doutor em Tecnologia Nuclear pela Universidade de São Paulo e é tecnologista sênior da Comissão Nacional de Energia Nuclear. Julio é professor do Centro de Ciências Tecnológicas da Universidade de Fortaleza.


Leia a edição completa do Unifor Notícias Nº 215

 

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