ISO 24035:2020: Avaliação de Fadiga em Estruturas de Aço de Grua
A norma ISO 24035:2020 — "Guindastes — Estruturas de aço — Métodos de avaliação da fadiga" — é a norma específica para a avaliação da vida à fadiga de estruturas de aço de grua. A norma especifica o método de avaliação da fadiga baseado na tensão-vida, incluindo a seleção de curvas S-N, contagem de ciclos de tensão, cálculo do dano cumulativo e o procedimento de avaliação da vida útil de projeto.
Procedimento de avaliação de fadiga
O procedimento de avaliação de fadiga definido pela ISO 24035:2020 compreende as seguintes etapas — recolha do espectro de carga (obtenção do histórico de carga-tempo e estatísticas dos ciclos de carga ao longo do ciclo de vida do guindaste), análise de tensões estruturais (análise de elementos finitos ou medição com extensômetros nos locais de avaliação de fadiga, obtendo o espectro de tensões para cada condição de operação), seleção da curva S-N (escolha da curva S-N adequada com base no tipo de aço, detalhe de ligação e razão de tensão), cálculo do dano cumulativo por fadiga (aplicação da regra de dano cumulativo linear de Palmgren-Miner, D = Σ n_i/N_i) e avaliação da vida útil de projeto (avaliação da vida à fadiga com base no dano cumulativo D; a estrutura é considerada segura quando D ≤ 1,0).
Seleção dos locais de avaliação — a avaliação de fadiga deve cobrir todas as zonas de concentração de tensões na estrutura de aço (cordões de solda, variações bruscas de seção transversal, furos, pé de soldadura, etc.) e as zonas sujeitas a tensões alternadas significativas (meio do vão da viga principal, ligações da cabeceira, base dos estabilizadores, etc.). Para cada guindaste, devem ser selecionados pelo menos 3 a 5 locais sensíveis à fadiga para avaliação. Os resultados são utilizados para definir o plano de inspeção periódica e a estratégia de gestão da vida útil do guindaste.
Seleção da curva S-N
A norma classifica as curvas S-N em vários graus com base no detalhe de ligação da estrutura de aço — material base (sem soldadura) utiliza a curva FAT160 (160MPa @ 2×10⁶ ciclos), solda de topo retificada utiliza a curva FAT125, solda de topo (no estado de soldadura) utiliza a curva FAT112, solda de filete e juntas em T utilizam a curva FAT100, juntas em cruz e cordões de solda com nervura de reforço utilizam a curva FAT80. O número de ciclos de tensão correspondente ao limite de fadiga é de 2×10⁶ ciclos (na prática, para estruturas de aço, adota-se frequentemente 5×10⁶ ciclos como número de ciclos correspondente ao limite de fadiga).
Inclinação da curva S-N — a relação entre a gama de tensões Δσ e a vida à fadiga N é representada por uma reta em coordenadas bilogarítmicas com inclinação m, sendo m geralmente igual a 3 (estado de soldadura) ou 5 (material base e soldadura retificada). Para tensões elevadas, a curva S-N apresenta um limite de fadiga após 2×10⁶ ciclos (abaixo deste nível de tensão, não ocorre rutura por fadiga). Em condições de carga de amplitude variável, deve ser utilizada a gama de tensões equivalente Δσeq = (∑n_i × Δσ_i³ / N_total)^(1/3) para calcular a tensão de dano equivalente.
| detalhes de ligação | classe FAT | mvalor | Fadigalimite | local típico |
|---|---|---|---|---|
| metal base | 160 | 5 | 73MPa | alma da viga principal |
| topo a topo(esmerilado) | 125 | 3 | 57MPa | Flangetopo a topo |
| topo a topo(como soldado) | 112 | 3 | 51MPa | Almatopo a topo |
| solda de filete | 100 | 3 | 45MPa | Nervura de reforçoligação |
| junta em cruz | 80 | 3 | 36MPa | viga principal e carro de extremidadeligação |
| adicionar Nervura de reforço | 80 | 3 | 36MPa | Reforço / Nervuraextremidade |
Contagem de Ciclos de Tensão e Dano Acumulado
O espectro de tensões é estabelecido através do método de contagem Rainflow, aplicado ao histórico de carga-tempo para extrair a amplitude e a tensão média de cada ciclo de tensão. O método Rainflow é reconhecido como o procedimento padrão para a contagem de ciclos de fadiga. Com base nos resultados da contagem, é construído o histograma de amplitudes de tensão (distribuição Δσi-ni). A regra de dano cumulativo linear de Palmgren-Miner (D = Σ n_i/N_i ≤ 1,0 para verificação de vida útil de projeto) é então aplicada, onde n_i representa o número de ciclos medidos para o i-ésimo nível de amplitude de tensão e N_i o número de ciclos admissível obtido na curva S-N para essa amplitude.
Quando D < 1,0, a estrutura é considerada segura; D = 1,0 indica que a vida útil de projeto foi atingida. Relativamente aos coeficientes de segurança exigidos pelas normas: se o espectro de carga utilizado na avaliação for calculado (em vez de medido), o coeficiente de segurança deve ser ≥ 1,25. Para cordões de soldadura não inspecionáveis visualmente (cordões internos em secções fechadas), o coeficiente de segurança é ≥ 1,5. Para guindastes destinados ao transporte de pessoas, o coeficiente de segurança é ≥ 2,0.
Relatório de Avaliação e Gestão da Vida Útil
O relatório de avaliação de fadiga deve incluir: a norma de referência utilizada, os parâmetros técnicos do guindaste avaliado e o seu histórico de utilização, o espectro de carga (com origem e método estatístico), os resultados da análise de tensões (modelo de elementos finitos e resultados, ou dados medidos com extensômetros), a justificação da curva S-N e a classe FAT, os resultados do cálculo de dano acumulado, a conclusão da avaliação de vida útil segura e as recomendações de manutenção e detecção (pontos críticos de inspeção e intervalo de inspeção). A Kelude Indústrias Pesadas oferece serviços de avaliação de fadiga para estruturas de aço de gruas.
| Fator de segurança | Coeficientevalor | condições de aplicação |
|---|---|---|
| convencional | 1.25 | Carga de cálculoespectro |
| não visível | 1.5 | fechado Cordão de Solda |
| transporte de pessoas | 2.0 | pessoal Içamento e transporte |
| alta temperatura/Corrosão | 2.0 | ambiente especial |
Perguntas Frequentes
P: Qual é o procedimento de avaliação de fadiga da ISO 24035:2020?
R: O procedimento envolve a recolha do espectro de carga, análise de tensões estruturais, seleção da curva S-N, cálculo do dano acumulado (regra de Miner) e avaliação da vida útil segura. A avaliação deve cobrir pelo menos 3 a 5 locais sensíveis à fadiga (zonas de concentração de tensões e cordões de solda). A estrutura é considerada segura quando D ≤ 1,0.
P: Como selecionar a classe FAT da curva S-N?
R: Para o metal base utiliza-se FAT160; para solda de topo retificada, FAT125; para solda de topo no estado bruto de soldadura, FAT112; para solda de filete, FAT100; e para juntas em cruz e nervuras de reforço, FAT80. O expoente m assume o valor 3 para soldas no estado bruto e 5 para o metal base. O limite de fadiga corresponde a 2×10⁶ ciclos.
P: Que método é utilizado para a contagem de ciclos de tensão?
R: Utiliza-se o método de contagem Rainflow (Rainflow Counting), recomendado pelas normas de avaliação de fadiga. Este método extrai a amplitude do ciclo de tensão Δσi e a tensão média, permitindo construir o histograma do espectro de tensões. O dano acumulado linear de Miner é dado por D=∑(ni/Ni), sendo a estrutura segura quando D ≤ 1,0.
P: Como definir o fator de segurança à fadiga?
R: Para o espectro de carga de cálculo, adota-se 1,25; para cordões de solda não sujeitos a inspeção visual, 1,5; e para guindastes de transporte de pessoas, 2,0. O aumento do fator de segurança implica um ajuste correspondente da classe FAT. A Kelude Indústrias Pesadas oferece serviços de avaliação de fadiga e gestão da vida útil de estruturas de aço.
