O presente trabalho tem como objetivo avaliar o limite de instabilidade à fratura para dutos submarinos instalados pelo método de bobinamento (Reeling Method), determinando o estiramento máximo admissível para uso em análises de integridade estrutural através de correlações com corpos de prova SENT (Single Edge Notched Tension). A Norma DNV-RP-F108, que orienta testes e análises para controle de fratura em linhas de dutos sujeitas a ciclos de deformação plástica, recomenda 1 mm como limite para crescimento estável de trinca durante toda a etapa de instalação. Este limite tem sido questionado, visto que é apenas uma recomendação e um aumento nesse limite pode resultar em um critério de soldagem menos restritivo, evitando-se assim reparos desnecessários. Para verificar as implicações do uso de estiramentos maiores que o recomendado, foi realizado uma análise de integridade (ECA – Engineering Critical Assessment) segundo o nível 3B da BS 7910:2005 com as modificações propostas pela DNV. Para esse nível de avaliação é necessário o levantamento de curvas de resistência à fratura (J-R) do material para avaliação dos pontos de interesse, bem como curvas tensãodeformação para a confecção do diagrama FAD (Failure Assessment Diagram). Com base nas análises realizadas, foi proposto o uso de Jm (Integral J no ponto de máximo carregamento) como critério para determinação dos estiramentos máximos admissíveis, levando em consideração a profundidade do defeito e a curva de resistência a propagação de trinca J-R. / This study aims to evaluate the limit of the fracture instability for submarine pipelines installed by the Reeling Method, determining the maximum allowable ductile tearing for use in analysis of structural integrity through correlations with SENT specimens (Single Edge Notched Tension). The Standard DNV-RP-F108, which gives guidance to testing and analysis of fracture of pipelines subject to cycles of plastic deformation, recommends 1 mm as threshold for stable crack growth during the installation phase. This limit has been questioned, since it is only a recommendation and an increase in that limit can result in a less restrictive criterion for welding, thus avoiding unnecessary repairs. To check the implications of the use of tearing bigger than that, was conducted an analysis of integrity (ECA - Engineering Critical Assessment) according to the level 3B of BS 7910:2005 with the amendments proposed by DNV. For this level of assessment is needed to evaluate curves of the fracture resistance (J-R) of the material for assessment of the interest points as well the stress-strain curves for the construction of the FAD (Failure Assessment Diagram). Based on the analysis undertaken, it was proposed the use of Jm (J Integral at the maximum loading point) as a criterion for determining the maximum stable crack growth, taking into account the depth of the flaw and the crack growth resistance curve J-R.

Este trabalho apresenta uma abordagem numérica da fratura baseada no Método dos Elementos Finitos na qual são considerados materiais frágeis como objeto de estudo. As simulações realizadas são possíveis através de um algoritmo computacional que consiste na implementação de molas entre as faces dos elementos finitos. Esta composição constitui o método denominado Interfaces Coesivas. As molas fornecem o efeito de coesão e é representado por leis constitutivas do tipo bi-linear. Sua descrição é apresentada, bem como sua implementação na análise. Tanto o modo I como o modo II de ruptura são considerados. Com o objetivo de verificar o presente modelo com outros resultados e soluções, são analisados exemplos numéricos e experimentais extraídos da literatura. Tais exemplos tratam da nucleação, propagação e eventuais paradas de trincas em peças estruturais submetidas aos mais diversos carregamentos e condições de contorno. É ainda discutido como os parâmetros de fratura do material interferem no processo de ruptura. Uma tentativa é feita de determinar estes parâmetros, em especial no caso de concreto.

O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento de trilhos ferroviários, avaliando parâmetros como o desempenho frente à propagação de trincas e a tenacidade à fratura que são fundamentais para sua utilização mais segura. Neste trabalho foram realizados ensaios de qualificação (caracterização mecânica e metalúrgica) de dois trilhos utilizados em ferrovias brasileiras que consistiram em análises química, macro e microestrutural, ensaios de dureza, determinação de tenacidade à fratura (KIC) e determinação de curvas da/dN x ∆K. Uma vez determinadas as características mecânicometalúrgicas dos trilhos, foram analisados o crescimento de defeitos transversais internos através de fórmulas da mecânica da fratura aplicada à fadiga, desenvolvidas por Orringer e outros, que permitem determinar: o tamanho do defeito no qual a falha no trilho pode ser esperada (quando o trem viaja sobre o mesmo) e o tempo para que o defeito cresça de um certo tamanho até um tamanho crítico (vida remanescente) no qual a falha é esperada. Também foi levada em conta a influência do nível de desgaste no boleto. Dentre os fatores que apresentaram maior influencia, destacam-se a temperatura de trabalho, o tamanho inicial do defeito e a tensão residual. Além disso, os resultados obtidos podem ser aplicados para desenvolver intervalos estratégicos de inspeção de tolerância ao dano.

A qualidade SAE 1141 alia boas conformabilidade e usinabilidade em um mesmo aço – esta qualidade possui adição de teores de enxofre da ordem de 0,08 – 0,13% em peso. É largamente empregada no segmento de forjarias na confecção de componentes com relativa complexidade e exigência mecânica, tais como garfos e ponteiras para a indústria automotiva. Devido a esse fato, é imprescindível que a matéria-prima para a conformação destes componentes atenda às exigências impostas pelos esforços aplicados aos mesmos e, dado às solicitações que sofrem, apresente um desempenho satisfatório em sua forma final, principalmente no tocante à sanidade interna, visto que defeitos dessa natureza são extremamente deletérios à performance dos componentes conformados. Em função disso, o principal objetivo desta investigação é avaliar as causas potencialmente geradoras de defeitos denominados trincas internas centrais, as quais afetam fortemente a sanidade interna da matéria-prima, além de reduzir a sua incidência em barras de aço da qualidade SAE 1141. Para tanto, são apresentadas considerações sobre a avaliação destes defeitos, analisando-se as possíveis causas geradoras das trincas, as quais são caracterizadas sob o enfoque de bibliografia adequada. Através da realização de ensaios no lingotamento contínuo (LC) envolvendo a utilização do agitador eletromagnético final (FEMS), elaboração de curvas de ductilidade pelo emprego do simulador físico Gleeble para os materiais nas condições tarugo e barra laminada, experiências na laminação envolvendo análises de amostras após cada diferente grau de redução ou passe conferido ao material pelo processo e variação das taxas de resfriamento pós-processamento, busca-se reduzir as ocorrências destes defeitos, diminuindo conseqüentemente sucateamento e custos e melhorando o desempenho do material frente às expectativas dos componentes em serviço. A metodologia empregada para a detecção dos defeitos nas barras laminadas foi a submissão das mesmas ao ultra-som. Várias amostras tiveram os seus defeitos detectados através desse ensaio, os quais foram analisados e caracterizados previamente ao início da investigação das causas geradoras, balizando assim a tomada de decisão em relação aos experimentos a serem realizados. Os dados práticos foram obtidos na Gerdau Aços Especiais Piratini, onde a análise de defeitos internos gerados a partir do processo produtivo é um procedimento rotineiro. A interpretação dos resultados, bem como testes laboratoriais adicionais foram realizados na própria usina e no IAS – Instituto Argentino de Siderurgia. Em paralelo, realizou-se uma revisão na literatura aberta dos principais fundamentos e conceitos metalúrgicos referentes a trincas internas e causas de geração das mesmas, tais como, influência do FEMS na solidificação e na condição de segregação nos tarugos de LC, elementos de liga com caráter fragilizante e/ou deletério (por exemplo, hidrogênio, carbono, enxofre e manganês), influência das transformações de fase – velocidade de resfriamento pós-processamento e influência dos elementos de liga – na formação dos defeitos, entre outros. Os resultados obtidos permitiram concluir que a principal causa da geração das trincas internas do tipo centrais em barras laminadas está associada a uma combinação de variáveis. As transformações de fase, somadas a presença de altos teores de hidrogênio no aço – fato este de grande importância na geração dos defeitos detectado somente ao longo da realização do trabalho – fragilizam localmente o núcleo das barras, gerando trincas. Estas, por sua vez, têm a sua propagação facilitada através de cadeias ou redes de sulfeto de manganês, por vezes devido à alta incidência das mesmas nos aços da qualidade SAE 1141. Além disso, pode-se constatar que a geração dos defeitos é potencializada para barras de diâmetros superiores a 75,00 mm. Em barras de diâmetros menores, as falhas estão igualmente presentes e apresentam morfologia similar aos defeitos encontrados nas barras de maior diâmetro, porém, em escala não significativa, não sendo assim abordadas neste trabalho. Pode-se constatar ainda, que a redução da incidência dos defeitos do tipo trincas internas centrais em barras laminadas de diâmetros superiores a 75,00 mm – e conseqüente sucateamento – foi da ordem de mais de 95% desde o início do trabalho, reduzindo-se assim o sucateamento desta qualidade para níveis da ordem de, aproximadamente, 1,0%.

Embora seja extensivamente utilizado em todo o mundo, há uma grande discussão entre os profissionais da área de inspeção de equipamentos sobre os reais benefícios da realização do teste hidrostático como ferramenta para avaliação de integridade de vasos de pressão. Um dos principais argumentos contra a realização de testes hidrostáticos é o perigo da ocorrência de crescimento subcrítico de descontinuidades (CSCD), sem que este fenômeno seja percebido, causando a redução da vida remanescente do equipamento. Este trabalho tem como objetivo estudar as condições para ocorrência de crescimento subcrítico de descontinuidades (CSCD) em um vaso de pressão durante a realização de teste hidrostático e seus possíveis efeitos. O objeto de estudo é um vaso de pressão, com características típicas de um vaso de refinaria de petróleo, contendo defeitos em sua estrutura (em seu costado). O trabalho consistiu, basicamente, de simulações realizadas com auxílio do programa crackwise, baseadas no procedimento de análise de rasgamento dúctil da norma inglesa BS 7910, verificando em que condições a aplicação do TH influenciaria no comportamento futuro do equipamento, causando CSCD e reduzindo sua vida remanescente. Através da variação de valores das profundidades das trincas, dos expoentes de encruamento do material e da tenacidade à fratura do material, foram quantificados os valores de extensão dúctil das trincas e analisadas as alterações nos diagramas FADs gerados para as condições avaliadas. / Although it is widely used around the world, there is a great discussion among professionals in the field of equipment inspection of the real benefits of performing hydrostatic testing as a tool for assessing the integrity of pressure vessels. One of the main arguments against hydrostatic testing is the danger of the occurrence of stable crack growth (SCG), without this phenomenon been perceived, resulting in the reduction of the equipment remaining life. This work aims to study the conditions for the occurrence of stable crack growth (SCG) in a pressure vessel during the performance of a hydrostatic test and its possible effects. The object of study is a pressure vessel, with typical characteristics of oil refinery vessels, having cracks in its structure. The work basically consisted of simulations using the Crackwise software. The study was based on the procedure of ductile tearing analysis of the British standard BS 7910, to verify which conditions used during the hydrostatic test influence the future behavior of the equipment, causing SCG and reducing its remaining life. Varying crack depths values, the hardening exponents and the fracture toughness of the material, the crack ductile extension was quantified and the changes in the FAD diagrams generated were analyzed.

Foram estudadas as propriedades de fadiga em dois grupos de soldas de alta resistência e baixa liga com diferentes composições microestruturais. As soldas do grupo A apresentaram microestruturas compostas de ferrita acicular, ferrita alotriomórfica e ferrita de Widmanstätten, com limite de escoamento de aproximadamente 460 MPa, enquanto que as soldas do grupo B apresentaram microestruturas compostas de martensita de baixo carbono, bainita e ferrita acicular, com limite de escoamento de aproximadamente 850 MPa. A partir do ensaio de trincas longas, foi obtida a taxa de crescimento por ciclos de carregamento, da/dN, de da/dN=1,18·10-12·DeltaK2,91 e da/dN=1,34·10-11·DeltaK2,64, respectivamente para as soldas dos grupos A e B. Como pode ser observado a partir destas equações, a taxa de crescimento foi mais alta para o grupo B. Da análise do fechamento da trinca pode ser concluído que o principal fator determinante de uma menor taxa de propagação para as soldas do grupo A foi a plasticidade desenvolvida pela estrutura. Dos ensaios de trincas curtas foi observado que no caso das soldas do grupo A, uma vez nucleada a trinca, esta se propagava até o colapso do corpo de prova. Para as soldas do grupo B foi observado que não bastava a existência de uma trinca para que esta se propagasse até a fratura total do corpo de prova e que o fator controlador foi a granulomentria associada a uma determinada composição microestrutural. / The fatigue properties of two groups of high strength low alloy steel weld metals with different microstructural composition were studied. Weld metals from group A presented microstructures composed of acicular ferrite, Widmanstätten ferrite and allotriomorphic ferrite, with yield strength of 460 MPa. Weld metals from group B exhibited a microstructural composition of low carbon martensite, bainite and acicular ferrite, with a yield strength of 850 MPa. The fatigue crack growth per cycle of loading, da/dN, for weld metals from groups A and B is obtained from the relationships, da/dN=1,18·10-12·DeltaK2,91 and da/dN=1,34·10-11·DeltaK2,64, respectively. As can be seen from these equations, the crack growth rate was higher for group B. From the crack growth closure analysis, it may be concluded that the lower crack growth rate obtained for weld metals from group A was mainly due to the higher crack tip plasticity developed in this type of microstructure. From the short crack fatigue tests, it was observed for weld metals from group A, that once a crack was nucleated, it propagated until the testpiece plastic collapsed. For weld metals from group B, it was observed that the existence of a crack was not sufficient to cause the complete testpiece failure, and the association of the grain size with the local microstructure was the main factor controlling the failure process.

Foram estudadas as propriedades de fadiga em dois grupos de soldas de alta resistência e baixa liga com diferentes composições microestruturais. As soldas do grupo A apresentaram microestruturas compostas de ferrita acicular, ferrita alotriomórfica e ferrita de Widmanstätten, com limite de escoamento de aproximadamente 460 MPa, enquanto que as soldas do grupo B apresentaram microestruturas compostas de martensita de baixo carbono, bainita e ferrita acicular, com limite de escoamento de aproximadamente 850 MPa. A partir do ensaio de trincas longas, foi obtida a taxa de crescimento por ciclos de carregamento, da/dN, de da/dN=1,18·10-12·DeltaK2,91 e da/dN=1,34·10-11·DeltaK2,64, respectivamente para as soldas dos grupos A e B. Como pode ser observado a partir destas equações, a taxa de crescimento foi mais alta para o grupo B. Da análise do fechamento da trinca pode ser concluído que o principal fator determinante de uma menor taxa de propagação para as soldas do grupo A foi a plasticidade desenvolvida pela estrutura. Dos ensaios de trincas curtas foi observado que no caso das soldas do grupo A, uma vez nucleada a trinca, esta se propagava até o colapso do corpo de prova. Para as soldas do grupo B foi observado que não bastava a existência de uma trinca para que esta se propagasse até a fratura total do corpo de prova e que o fator controlador foi a granulomentria associada a uma determinada composição microestrutural. / The fatigue properties of two groups of high strength low alloy steel weld metals with different microstructural composition were studied. Weld metals from group A presented microstructures composed of acicular ferrite, Widmanstätten ferrite and allotriomorphic ferrite, with yield strength of 460 MPa. Weld metals from group B exhibited a microstructural composition of low carbon martensite, bainite and acicular ferrite, with a yield strength of 850 MPa. The fatigue crack growth per cycle of loading, da/dN, for weld metals from groups A and B is obtained from the relationships, da/dN=1,18·10-12·DeltaK2,91 and da/dN=1,34·10-11·DeltaK2,64, respectively. As can be seen from these equations, the crack growth rate was higher for group B. From the crack growth closure analysis, it may be concluded that the lower crack growth rate obtained for weld metals from group A was mainly due to the higher crack tip plasticity developed in this type of microstructure. From the short crack fatigue tests, it was observed for weld metals from group A, that once a crack was nucleated, it propagated until the testpiece plastic collapsed. For weld metals from group B, it was observed that the existence of a crack was not sufficient to cause the complete testpiece failure, and the association of the grain size with the local microstructure was the main factor controlling the failure process.

Este trabalho disserta sobre os métodos usados para determinar a aceitabilidade de defeitos tipo trinca em um bocal de caldeira de geração de vapor. Inicia com uma avaliação sobre as tensões atuantes em bocais e introduz os conceitos de mecânica da fratura para aceitação de defeitos em estruturas. Propõe um método analítico para estimativa de tensões longitudinais em bocais e o compara ao cálculo de tensões por elementos finitos. Explora um caso de um defeito circunferencial e não aflorado em um bocal de uma caldeira real a qual fornece corpos de prova que são submetidos a ensaios de impacto a partir do quais é traçada sua curva de transição ductil-frágil. Analisa os resultados obtidos a partir destes ensaios e os confronta com os valores nominais e de referência. Esta análise embasa discussão sobre probabilidades de falha e fatores de segurança. / This work discusses the methods used to determine the acceptability of crack-like flaws in a boiler nozzle. It begins with an evaluation of the stresses acting on nozzles and introduces the concepts of fracture mechanics for the acceptance of defects in structures. An analytical method for estimating longitudinal stresses in nozzles is proposed and compared with numerical results obtained from the finite element method. It explores a case of a circumferential embedded flaw in a nozzle of a real boiler that provides specimens that are subjected to impact tests from which its ductile-brittle transition curve is drawn. It analyzes the results obtained from these tests and confront them with the nominal and reference values. This analysis bases discussion on probabilities of failure and safety factors.

Este trabalho incorpora um modelo de múltiplos parâmetros de retardamento, aceleração, múltiplas sobrecargas e subcarga ao modelo de crescimento de trinca de Forman (1993), para cobrir os efeitos que influenciam o crescimento de trinca na análise pela Mecânica da Fratura Linear Elástica (MFLE), quando as cargas não possuem amplitude constante. A teoria é descrita de forma seqüencial, incluindo os conceitos da Mecânica da Fratura e a elaboração do modelo proposto. O retardamento é baseado no modelo de Willenborg (1971), modificado por Gallagher (1974). A calibração do fator de intensidade de tensão relativo à sobrecarga é baseado na proposição de Elber (1971) e nas equações de Newman (1984). Os efeitos de múltiplas sobrecargas, aceleração e subcarga são incorporadas ao modelo conforme proposto por Johnson (1981). A intensidade do efeito da subcarga é ajustada de acordo com as observações de Stephens (1976) para sobrecargas seguidas de compressão. O modelo desenvolvido foi implementado a um software de crescimento de trinca já disponível no mercado, de forma a facilitar a execução dos exemplos apresentados. O modelo mostrou-se extremamente satisfatório diante dos dados de laboratório disponíveis do Projeto "F-5 FMS Durability and Damage Tolerance Analysis Update" e em relação ao exemplo acadêmico proposto por Wheeler (1972).

É feita uma síntese da experiência atual com o problema da reflexão de trincas em recapeamentos asfálticos. Em seguida, duas técnicas que vêm sendo testadas para seu controle são estudadas em laboratório: o uso de misturas tipo asfalto-polímero na camada de recapeamento e as camadas intermediárias de geotêxtil impregnado com asfalto. A fim de investigar, em termos fundamentais, os mecanismos através dos quais os geotêxteis impregnados com asfalto aumentam a vida com relação à reflexão de trincas de uma camada asfáltica de recapeamento, foram realizados ensaios de fadiga em laboratório a flexão alternada em vigotas prismáticas, com e sem a presença do geotêxtil na zona de tração das vigas. Os resultados obtidos, além de permitirem uma quantificação do aumento na vida com relação à fadiga propiciado pela inclusão do geotêxtil, levaram a um esclarecimento dos mecanismos pelos quais se dá esse atraso na reflexão de trincas de fadiga, confirmando-se o efeito de desvio de trincas de reflexão já observado em outros estudos. Além de buscar uma melhor compreensão dos fenômenos envolvidos, analisa-se a influência de parâmetros relativos às características dos geotêxteis, taxa de impregnação por asfalto e posição do geotêxtil no pavimento. A fase final da pesquisa, consistiu de estudos para a estruturação de um método para projeto de restauração de pavimentos asfálticos trincados utilizando o geotêxtil como camada intermediária inibidora da reflexão de trincas.