SUMÁRIO
CABOS DE AÇO..................................................................................................................2 CONSTRUÇÃO E TIPOS..................................................................................................3 ALMAS DE FIBRA ..................................................... ......................................................................................................... .................................................... 5 ALMAS DE AÇO ............................................................................................................5 TORÇÃO.........................................................................................................................6
COMPORTAMENTO........................................................................................................8 EXEMPLO DE CÁLCULO .............................................................................................10 APLICAÇÕES .................................................................................................................11
ANEXOS ............................................... ....................................................................................................... .............................................................................. ...................... 12 CONCLUSÃO.....................................................................................................................14 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................... ............................................................................. ...................... 15
CABOS DE AÇO
A constituição geral dos cabos de aço pode ser resumida em: •
Arame: obtido por estiragem;
•
Perna: conjunto de arames enrolados entre si;
•
Cabo: conjunto de pernas enroladas entre si em torno de um núcleo denominado alma.
A classificação por classes é feita de seguinte forma: p x a TTT; sendo p o número de pernas, a o número de arames por perna e TTT tipo de alma e outras qualificações que variam de fabricante para fabricante. A norma brasileira que contém especificações sobre cabos de aço é a NBR6327.
CONSTRUÇÃO E TIPOS
Construção de um cabo de aço é o termo usado para indicar o número de pernas, a quantidade de arames em cada perna, a sua composição e o tipo de alma. As pernas dos cabos podem ser fabricadas em uma, duas ou mais operações, conforme sua composição. Nos primórdios da fabricação de cabos de aço as composições usuais dos arames nas pernas eram as que envolviam várias operações, com arames do mesmo diâmetro, tais como: 1 + 61 12 (2 operações) ou 1 + 6/12/18 (3 operações). Assim eram torcidos primeiramente 6 arames em volta de um arame central. Posteriormente, em nova passagem, o núcleo 1 + 6 arames era coberto com 12 arames. Esta nova camada tem por força um passo (distância em que um arame dá uma volta completa) diferente do passo do núcleo, o que ocasiona um cruzamento com arames internos, e o mesmo se repete ao se dar nova cobertura dos 12 arames com mais 18, para o caso da fabricação de pemas de 37 arames. Com o aperfeiçoamento das técnicas de fabricação, foram desenvolvidas máquinas e construções de cabos que nos possibilitam a confecção das pemas em uma única operação, sendo todas as camadas do mesmo passo. Assim surgiram as composições "Seale", "Filler" e "Warrington", formadas de arames de diferentes diâmetros. Estas composições conservam as vantagens das anteriores e eliminam sua principal desvantagem, ou seja, o desgaste interno ocasionado pelo atrito no cruzamento dos arames. Na composição "Seale" existem pelo menos duas camadas adjacentes com o mesmo número de arames. Todos os arames de uma mesma camada possuem alta resistência ao desgaste.
"Warrington" é a composição onde existe pelo menos uma camada constituída de arames de dois diâmetros diferentes e alternados. Os cabos de aço fabricados com essa composição possuem boa resistência ao desgaste e boa resistência à fadiga.
A composição "Filler" possui arames principais e arames finos, que seIVem de enchimento para a boa acomodação dos outros arames. Os arames de enchimento não estão sujeitos às especificações que os arames principais devem satisfazer. Os cabos de aço fabricados com essa composição possuem boa resistência ao desgaste, boa resistência à fadiga e alta resistência ao amassamento.
Por outro lado, ainda existem outros tipos de composições que são formadas pela aglutinação de duas das acima citadas, como por exemplo, a composição "Warrington-Seale", que possui as principais características de cada composição, proporcionando ao cabo alta resistência à abrasão conjugado com alta resistência à fadiga de flexão.
ALMAS DE FIBRA As almas de fibra em geral dão maior flexibilidade ao cabo de aço. Os cabos de aço CIMAF podem ter almas de fibras naturais (AF) ou de fibras artificiais (AFA). As almas de fibras naturais são normalmente de sisal, e as almas de fibras artificiais são geralmente de polipropileno.
ALMAS DE AÇO As almas de aço garantem maior resistência ao amassamento e aumentam a resistência à tração. A alma de aço pode ser formada por uma perna de cabo (AA) ou por um cabo de aço independente (AACI), sendo esta ultima modalidade preferida quando se exige do cabo maior flexibilidade, combinada com alta resistência à tração. Com exceção dos cabos até 8,Omm, todos os cabos de aço da CIMAF, quando fornecidos com alma de aço, são do tipo AACI.
Um cabo de 6 pernas com alma de aço apresenta um aumento de 7,5% na resistência à tração e aproximadamente 10% na massa em relação a um cabo com alma de fibra do mesmo diâmetro e construção.
TORÇÃO
Quando as pernas são torcidas da esquerda para a direita, diz-se que o cabo é de "Torção à direita" (Z). Quando as pernas são torcidas da direita para a esquerda, diz-se que o cabo é de "Torção à esquerda" (S). Nenhum cabo de aço com torção à esquerda deve ser pedido sem que primeiro sejam consideradas todas as características do seu uso. No cabo de torção regular, os arames de cada perna são torcidos em sentido oposto à torção das próprias pernas (em cruz). Como resultado, os arames do topo das pemas são posicionados aproximadamente paralelos ao eixo longitudinal do cabo de aço. Estes cabos são estáveis, possuem boa resistência ao desgaste interno e torção e são fáceis de manusear. Também possuem considerável resistência a amassamentos e deformações devido ao curto comprimento dos arames expostos.
No cabo de torção Lang, os arames de cada perna são torcidos no mesmo sentido que o das próprias pernas. Os arames externos são posicionados diagonalmente ao eixo longitudinal do cabo de aço e com um comprimento maior de exposição que na torção regular. Devido ao fato dos arames externos possuírem maior área exposta, a torção Lang proporciona ao cabo de aço maior resistência à abrasão. São também mais flexíveis e possuem maior resistência à fadiga. Estão mais sujeitos ao desgaste interno, distorções e deformações e possuem baixa resistência aos amassamentos. Além do mais, os cabos de aço torção Lang devem ter sempre as suas extremidades permanentemente fixadas para prevenir a sua distorção e em vista disso, não são recomendados para movimentar cargas com apenas uma linha de cabo.
Nota: A não ser em casos especiais (como por exemplo, cabo trator de linhas aéreas) não se deve usar cabos de torção Lang com alma de fibra por apresentarem pouca estabilidade e pequena resistência aos amassamentos.
COMPORTAMENTO
Em geral, quanto maior o número de fios numa perna, mais flexível é o cabo; e em oposição, quanto menor o número de fios, mais rígido é o cabo. Isto conduz a conclusão de que os cabos feitos de fios de arame finos são mais adequados à curvas de pequenos raios. No entanto, os fios finos se desgastarão mais rapidamente do que os grossos. Quando um cabo de aço passa em torno de uma polia, ocorre um certo reajuste de seus elementos. Cada um dos fios e pernas deve deslizar uns sobre os outros, e provavelmente ocorre um certo tipo de flexão particular. É bastante provável que exista concentração de tensões nesta ação complexa. A tensão em um dos arames de um cabo que passa em torno de uma polia pode ser calculada assim: σ
=
da E D
Nesta equação σ é a tensão de flexão nos fios isoladamente, E é o módulo de elasticidade do cabo (e não dos arames), d a é o diâmetro do arame e D é diâmetro da polia. Pode-se notar a importância de usarem polias de grandes diâmetros. Um cabo de aço pode falhar devido ao fato de que a carga estática excede a resistência à tração do cabo. São comuns as falhas devido ao desgaste por abrasão ou fadiga. Uma falha por fadiga aparece primeiro através de alguns arames partidos na superfície do cabo. O exame dos cabos não mostrou nenhum efeito de redução da seção reta. Portanto, a falha é de natureza frágil e associável ao fenômeno de fadiga. Este tipo de falha é uma função da pressão do cabo sobre a polia.
p
=
2 F dD
Onde, F = força de tração no cabo d = diâmetro do cabo D = diâmetro da polia.
A resistência dos cabos de aço varia bastante, já que depende do diâmetro do arame assim como do material.
Aço de alta resistência
1400 Mpa
Aço de media resistência
1200 Mpa
Aço fundido ultra-resistente 1100 Mpa Aço fundido
970 Mpa
Ferro
450 Mpa
EXEMPLO DE CÁLCULO
Dimensionar um cabo de aço, que será usado em um guincho, para transportar 1000kg.
- Carga: 1000kg - Tipo de serviço: guincho - Fator de segurança: dos anexos => 5 Cr Cr Cr F
C .n 1000.5 5000kg 5000kgf
= = =
=
Indo novamente a tabela (cargas de ruptura nos anexos), para uma carga de ruptura maior ou igual a 5000kgf, pode-se escolher um diâmetro de 3/8”. Nessa bitola todos os tipos de construção suportam a carga. Opta-se pelo tipo 6x25 por ser mais flexível. Para efetuar a compra é preciso especificar a quantidade (em metros) o diâmetro (3/8” nesse caso), a construção (6x25), o tipo de alma (aço), acabamento (polido, galvanizado, inoxidável ou revestido) e a torção (a direita ou a esquerda).
APLICAÇÕES
As aplicações para cabos de aço são muito variadas. Pode-se destacar: •
Construção civil;
•
Automobilística;
•
Madeiras;
•
Mineração;
•
Naval;
•
Pesca;
•
Petróleo;
•
Siderúrgica;
•
Usinas de açúcar e álcool;
•
Equipamentos diversos.
Exemplo de utilização (guindastes)
ANEXOS
Cargas de ruptura e massa linear Cargas de ruptura Resistência 180 / 200 Kg/mm2 (I.P.S.) em Kgf
MASSA POR METRO LINEAR ( Kg / m )
DIÂMETRO
6x19 / 6x25 / 6x37
6X19 / 6X25 / 6X37
POL
MM
6x7
1/16"
1,6
0,012 0,013
-
-
176
-
AA / AACI
AF / AFA
5/94"
2
0,014 0,015
-
-
236
259
-
-
3/32"
2,4
0,019 0,022
-
-
340
365
-
-
1/8"
3,2
0,034 0,037 0,039 0,043
600
646
-
-
5/32"
4
0,055 0,060
1100
1166
-
-
3/16"
4,8
0,078 0,086 0,088 0,096
1350
1449
1400
1500
1/4"
6,4
0,140 0,154 0,156 0,171
2390
2571
2480
2660
5/16"
8
0,220 0,205 0,244 0,267
3720
4153
3860
4150
3/8"
9,5
0,310 0,320 0,351 0,382
5320
5714
5530
5940
7/16"
11,5
0,430
0,476 0,528
7190
7735
7500
8060
1/2"
13
0,560 0,585 0,625 0,684
9340
10051
9710
10410
9/16"
14,5
5/8"
16
0,880 0,960 0,982 1,071 14400 15510 15100 16230
3/4"
19
1,250
-
1,413 1,548 20600 22143 21600 23220
7/8"
22
-
-
1,919 2,113
-
-
29200 31390
1"
26
-
-
2,500 2,753
-
-
37900 40740
0,710
-
-
-
6x7
0,788 0,878 11800 12755 12200 13110
Fatores de segurança recomendados Tipo de Serviço
Fator de Segurança
Cabos guia estático
3-4
Esteios
4-5
Guinchos
5
Máquinas de terraplenagem
5
Serviços gerais de levantamento de carga
5-6
Laços (Lingas)
5-6
Pontes rolantes
6
Guindastes - Torres de perfuração (tipo Petróleo)
6-8
Talhas elétricas e pneumáticas
7
Pontes rolantes de fornos siderúrgicos
8
Elevadores de baixa velocidade (16 a 100 m/min)
7-8
Elevadores de alta velocidade (101 a 470 m/min)
9-11
CONCLUSÃO
Tendo visto o grande número de aplicações possíveis dos cabos de aço, sua facilidade de fabricação e alta resistência, é fácil perceber a importância de seu estudo. Mais do que isso, conhecer as especificações, normas e recomendações, desde o projeto até a manutenção, torna-se essencial para um engenheiro.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
RITZMANN, Raul. Cabos de aço: usos e aplicações. Rio de Janeiro: [s. n.], c1986. 68p. MELCONIAN, Sarkis,. Elementos de máquinas. 2. ed. rev. atual. ampl. São Paulo: Érica, 2001. 342 p. CABOPEC CABOS DE AÇOS E PEÇAS LTDA. Produtos: cabos de aço. Disponível em . Acesso em: 26 setembro 2007. ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Normas ABNT. Disponível em . Acesso em: 01 de outubro de 2007.
