[pt] A resistência a fadiga dos elementos estruturais pode ser limitada pela presença de trincas curtas, as quais podem passar despercebidas em inspeções não-destrutivas tradicionais. Para modelar o comportamento dessas trincas pode-se utilizar o tamanho característico das trincas curtas ao, proposto por El Haddad, Topper e Smith (ETS), que permite ajustar adequadamente os dados experimentais do diagrama de Kitagawa-Takahashi. Partindo do modelo ETS, neste trabalho se apresenta o modelo do Gradiente de Tensão (GT), desenvolvido para prever o efeito das trincas curtas que nascem em pontas de entalhes. Este modelo reconhece que trincas podem ser facilmente geradas por fadiga em entalhes afiados, que introduzem efeitos de concentração de tensão elevados nas suas pontas. Mas devido ao alto gradiente de tensão que atua em torno das pontas desses entalhes, as trincas curtas que deles emanam também podem parar de crescer por fadiga após terem se propagado por uma pequena distância, tornando-se assim trincas não-propagantes que podem ser toleradas em serviço. Corpos de prova tipo C(T) modificados foram projetados especificamente para estudar a geração e o crescimento inicial dessas trincas em ensaios de fadiga, e usados para verificar experimentalmente as previsões do modelo proposto. / [en] The fatigue strength of structural elements may be limited by the presence of short cracks, which can not be detected with traditional nondestructive inspections. The behavior of these cracks can be modeled using the characteristic size of short cracks a0, proposed by El Haddad, Topper and Smith (ETS), which allows one to properly adjust experimental data from the Kitagawa-Takahashi diagram. Based on the ETS model, this work presents the Stress Gradient (SG) model, developed to predict the effect of short cracks that grow from the notch tips. This model considers that cracks are easily generated due to fatigue in sharp notches, which introduce high stress concentration effects at their tips. Because of the high stress gradient acting at these notch tips, the short cracks can also stop to grow by fatigue after having propagated through a small distance, thereby becoming non-propagating cracks that can be tolerated in service. C(T) modified specimens were specifically designed to study the generation and initial growth of these cracks in fatigue tests, and used to experimentally verify the predictions of the proposed model.

[pt] O gerenciamento e estocagem dos residuos de mineração apresentam desafios constantes devido às crescentes demandas do setor, dessa forma, o aperfeiçoamento dos processos de gestão dos rejeitos e a otimização da capacidade de estocagem dos reservatórios são fundamentais para a viabilidade de um empreendimento de exploração de recursos minerais. O presente trabalho apresenta a metodologia utilizada para avaliação do processo de ressecamento de rejeito da lavagem de bauxita da Mineração Rio do Norte, sendo proposta a execução de dois reservatórios experimentais, em escala piloto, possibilitando o monitoramento do comportamento de ressecamento do rejeito in loco e a cxecução de ensaios em laboratório. A proposta do estudo é avaliar o comportamento do rejeito quando disposto em diferentes espessuras de camadas, incluindo aspectos de condições climáticas e tempo de secagem. O objetivo foi calibrar o modelo de enchimento e otimizar a área dos reservatórios contidos no sistema de contenção de rejeitos da MRN, aperfeiçoando a previsibilidade do final da vida útil das estruturas e maior assertividade do balanço de massas no longo prazo. Os estudos de campo e laboratório consistiram na disposição e monitoramento de camadas com 0,50 m e 0,80 m. Dessa forma, foi possível a avaliacão dos teores de sólidos ao final do periodo de secagem das camadas dispostas, avaliar as curvas de enchimento e recalque do rejeito, medir os ângulos de repouso no momento da disposição e após periodo de ressecamento e analisar a morfologia e desenvolvimento das trincas de contração. Com base nos resultados laboratoriais e de campo obtidos nesse trabalho, conclui-se que o comportamento do processo de ressecamento do rejeito é influenciado por uma série de fatores, podendo citar a permeabilidade do fiundo dos reservatórios as condições climáticas (incidência pluviométrica e taxa de evaporação) como os mais impactantes ao processo. No trabalho não foi observado uma grande diferença do comportamento de rejeito para as camadas de 0,50 cm e 0.80 cm. / [en] The management and storage of mining waste present constant challenges due tothe increasing demands of the sector. Therefore, improving waste managementprocesses and optimizing the storage capacity of reservoirs are fundamental to theviability of a mineral resource exploration project. This study presents themethodology used to evaluate the desiccation process of washed bauxite tailings atMineração Rio do Norte (MRN). The implementation of two experimentalreservoirs at a pilot scale is proposed, allowing on-site monitoring and laboratorytests for the tailings desiccation behavior. The objective of the study is to assess thetailings behavior when disposed in different layer thicknesses, considering aspectssuch as weather conditions and drying time. The aim was to calibrate the fillingmodel and optimize the area of the reservoirs within MRN s tailings storage facility,thus improving the predictability of the structures end-of-life and enhancing theaccuracy of long-term mass balance. Field and laboratory studies involved thedeposition and monitoring of layers with thicknesses of 0.50 m and 0.80 m. Thisenabled the evaluation of the solids content at the end of the drying period.assessment of filling and settlement curves, measurement of the angle of repose atthe time of deposition and after the drying period, and analysis of crack morphologyand development. Based on the field and laboratory results obtained in this study,it can be concluded that the behavior of the tailings desiccation process is influencedby several factors. The permeability of the reservoir bottom and weather conditions(rainfall and evaporation rate) are identified as the most impactful to the process.No significant difference in the behavior of the waste was observed between the 0.50 cm and 0.80 cm layers.

[pt] Corrosão sob tensão (SCC), que consiste na iniciação e propagação de trincas devido ao efeito combinado de tensões mecânicas e o ambiente corrosivo, é um dano potencial para estruturas e componentes. Além do mais, SCC pode ser explicado por diferentes mecanismos dependendo do par material ambiente corrosivo considerado, o que dificulta o uso de um modelo geral para predizer o comportamento de trincas em SCC. Sendo assim, projetos frequentemente utilizam um critério conservativo que desqualifica materiais susceptíveis à SCC sem analisar de maneira apropriada a influência dos campos de tensão que a induzem. O objetivo deste trabalho é avaliar o efeito de tensões elastoplásticas na corrosão sob tensão. Esta abordagem mecânica considera que todos os efeitos corrosivos envolvidos na corrosão sob tensão podem ser apropriadamente quantificados pelas tradicionais resistências do material à iniciação e propagação de trincas para um ambiente corrosivo específico. Corpos de prova de flexão em Alumínio fragilizados por Gálio líquido serão utilizados para prever o efeito de tensões residuais induzidas por deformações plásticas na iniciação de trincas por corrosão sob tensão. Além disso, uma análise quantitativa baseada no comportamento de trincas não propagantes a partir de entalhes será usada para estimar a tensão necessária para iniciar e propagar trincas em corpos de prova entalhados em aço AISI 4140 sujeitos à corrosão por sulfeto de hidrogênio em ambiente aquoso. O comportamento de trincas curtas e a carga máxima suportada pelos corpos de prova entalhados são analisadas considerando campos de tensões lineares elástico e elastoplásticos através do modelo proposto que será validado através de dados experimentais. / [en] Stress Corrosion Cracking (SCC), which consist in the initiation and propagation of cracks due to the combined attack of mechanical stresses and a corrosive environment is a potential danger for structures and components. Moreover, SCC can be explained by different mechanisms depending on the metal environmental pair, what makes difficult to create a generalized analytical approach to predict the crack behavior in SCC. Therefore, projects often use an over-conservative design criteria that disqualify a material susceptible to SCC without properly evaluate the influence of the stress fields that drive them. The aim of this work is to evaluate the effect of elastic-plastic stress in SCC. This mechanical approach assumes that all chemical effects involved in SCC problems can be appositely described and quantified by traditional material resistances to crack initiation and propagation at under specific environment. Aluminum bending specimens in Gallium environment are used to predict the effect of the residual stress induced by plastic deformation in the crack initiation under SCC conditions. Furthermore, a quantitative analysis based on the non-propagating crack behavior departing from notch tips are used to calculate the necessary stress to initiate and propagate SCC in AISI 4140 steel notched specimens under aqueous hydrogen sulfide environment. The non-propagating crack behavior and the maximum load supported by notched specimens are analyzed under linear elastic and elastic-plastic stress field through the proposed model that will be validated by experimental data.

[pt] Para garantir que um componente estrutural resistirá ao longo de sua campanha operacional às trincas que podem não ter sido detectadas durante a última inspeção, é preciso estudar a tolerância aos defeitos nos componentes estruturais. As trincas longas podem ser modeladas por conceitos tradicionais da Mecânica da Fratura, mas as trincas curtas, em especial aquelas que partem de entalhes, não podem. O comportamento destas trincas curtas é modelado a partir do conceito do seu tamanho característico a0, proposto por El Haddad, Topper e Smith, que concilia o limite de iniciação de uma trinca por fadiga com o limiar de propagação das trincas longas. Para obtenção deste parâmetro, o limite de fadiga SL da liga de Al 6351-T6 é estimado por termografia e verificado extrapolando sua curva eN medida por procedimentos normalizados para uma vida útil muito longa. O limiar de propagação das trincas longas DeltaKth é medido através de ensaios padronizados. Por último, tamanhos de trincas em corpos de prova de geometrias diferentes são previstos por aproximações analíticas a partir dos campos de tensões à frente dos entalhes Sigma y(x)/Sigma n por Inglis e Creager e Paris. / [en] To guarantee the structural integrity of a component during its operational life, it is necessary to study the tolerances to defects. Long cracks may be modeled by traditional concepts of Fracture Mechanics, but short cracks, especially those that start from notches, cannot. The behavior of these short cracks is modeled on the concept of characteristic size a0, presented by El Haddad, Topper and Smith, which reconciles the initiation limit of a fatigue crack with the propagation threshold of the long crack. To obtain this parameter, the fatigue limit SL is estimated by thermography, and thereafter, the result of the Al 6351-T6 alloy, presented in this work, is verified by extrapolating its eN curve measured by standard procedures for a very long service life. The propagation threshold of long cracks Kth is measured by the standard test. Finally, crack sizes in specimens for different geometries are predicted by analytical approximations from the stress fields ahead of the notches by Inglis and Creager and Paris.

[pt] O desenvolvimento de novas tecnologias com Hidrogênio como fonte de energia ressalta um antigo desafio nos meios de transporte e armazenamento desse, visto que todos materiais estruturais têm susceptibilidade a fragilização pelo hidrogênio. A forma usual de resolver esse problema é o uso de materiais nobres e mais resistentes a fragilização pelo hidrogênio. Uma alternativa para o dimensionamento mecânico em condições de fragilização pelo hidrogênio vem da modelagem de trincas curtas através da mecânica da fratura linear elástica ou Elasto-Plástica. Esses modelos consideram dois parâmetros do material, o Limite de Resistência ao Trincamento Assistido pelo Ambiente e o Limiar de Propagação de Trincas no meio. Nesse trabalho o modelo proposto é validado experimentalmente em condições de Corrosão sob Tensão Induzida por Sulfetos (aço de alta resistência e baixa liga e o aço inoxidável super martensítico UNS S41426 expostos ao sulfeto de hidrogênio), bem como o aço 17-4PH em 200bar(g) de H2. O método de teste T-WOL recomendado no código ASME BPVC para a obtenção da tenacidade à fratura sob alta pressão de H2 é avaliada para materiais com alta tenacidade, a qual não apresentou bons resultados. Como alternativa, uma metodologia modificada a partir da norma ASTM E1820 para obter a curva J-R em H2 a alta pressão é testada, obtendo o limiar de propagação de trincas em condições Elasto-Plásticas. Durante as atividades, uma célula de carga utilizada no interior da autoclave de teste falhou quando exposta a 200bar(g) de H2. Foi realizada análise de falha e redimensionamento, conforme o modelo de trincas curtas proposto, para que células semelhantes pudessem ser utilizadas nos testes subsequentes / [en] The development of new technologies with hydrogen as an energy source underscores a longstanding challenge in its transportation and storage, since all structural materials are susceptible to hydrogen embrittlement. The usual approach to solve this problem is to use nobler materials more resistant to hydrogen embrittlement. An alternative approach to mechanical design under hydrogen embrittlement conditions involves the modeling of the behavior of short cracks through linear elastic or elastoplastic fracture mechanics. These models consider two key material parameters: the Environmental Assisted Cracking Resistance Limit and the Crack Propagation Threshold in the environment. In this study, the proposed model is validated by suitable tests under sulfide stress corrosion cracking - High Strength and Low Alloy steel and a supermartensitic stainless steel UNS S41426 exposed to hydrogen sulfide, and in a 17-4PH steel exposed to high-pressure gaseous hydrogen, at 200 bar(g) of H2. A T-WOL test methodology recommended in ASME BPVC code for measuring the fracture toughness at high pressure of H2 for materials with high toughness is evaluated, and it yields unsatisfactory results. As an alternative, a modified ASTM E1820 test method is proposed to obtain the J-R curve under high-pressure H2, obtaining the crack propagation threshold at elastoplastic conditions. During these activities, a load cell used within the test autoclave failed when exposed to 200 bar(g) of H2. Failure analysis and a new design were conducted according the short crack tolerance model, to allow the use of similar load cells in the following tests.