Ensaios Destrutivos e Não Destrutivos

Os Ensaios Destrutivos (ED) tem como premissa básica, a destruição parcial ou total do material em análise quando o ensaio é realizado. Tais ensaios são conhecidos e praticados a várias dezenas de anos como forma de caracterização dos materiais. Dentre eles, pode-se citar os ensaios estáticos, ou melhor dizendo, quase-estáticos, de tração, compressão e cisalhamento que quando associados a critérios de falha pré-determinados, permitem a previsão das tensões máximas do material compósito nas várias direções de carregamento.

Vários são os critérios de falha descritos na bibliografia especializada, como o Critério da Tensão Máxima e da Deformação Máxima (JONES, 1999), o Critério de Tsai-Hill (HILL, 1948), O Critério de Hoffman (MENDONÇA, 2005) e o Critério de Tsai-Wu (TSAI e WU, 1971), entre outros que permitem estabelecer os limites de falha do compósito tomando

como base resultados de tensões ou deformações nas direções principais do material obtidos em ensaios uniaxiais de tração ou compressão destrutivos.

Apesar de os valores obtidos não poderem ser extrapolados para situações em que o material estiver sob a ação de cargas dinâmicas, os dados obtidos nos ensaios estáticos destrutivos, principalmente informações sobre o módulo de elasticidade nas direções principais, e tensões máximas são úteis na elaboração das curvas tensão/número de ciclos para falha (SN), quando se deseja apresentar os valores normalizados.

Os ensaios estáticos destrutivos de tração são igualmente úteis no contexto dos carregamentos dinâmicos, quando se deseja analisar o fenômeno de acúmulo de dano por fadiga tomando como parâmetro a tensão residual do material. Nesse caso, a medida de tensão máxima (de ruptura) pós-ciclagem deve ser realizada através de um ensaio estático de tração.

Ibrahim (2014) infere que recentemente, devido a crescente aplicação dos materiais compósitos em áreas cuja integridade do material é prioridade do projeto, a habilidade de inspecionar e caracterizar o material em seus diversos estados de degradação tornou-se vital para a plena utilização das características apresentadas pelo material sem colocar em risco a segurança dos usuários. Para tanto, os ensaios não destrutivos têm protagonizado importante papel tanto em proporcionar confiança no desempenho das estruturas como projetadas como também em detectar defeitos de fabricação e danos ocorridos pelo uso indicando necessidade de manutenção ou reparo.

Vassilopoulos e Keller (2011) apresentam como conclusão, depois de extensa revisão bibliográfica, que, em geral, o modo de falha sob fadiga para compósitos laminados multidirecionais, além de depender substancialmente da sequência de carregamento e do tipo de carga aplicada, será similar ao modo de falha quando sujeito a cargas estáticas correspondentes. Relatam que inúmeras técnicas têm sido desenvolvidas e aplicadas com sucesso em compósitos laminados, na tentativa de identificar e quantificar os modos de falha (microtrincas, delaminações, falhas na interface fibra/matriz, fratura de fibras) que surgem na condição de fadiga. Tais técnicas podem ser utilizadas para análise do modo de falha de maneira específica, identificando-o e até mesmo quantificando-o, ou então podem ser utilizados para verificar propriedades do laminado que passam por alterações à medida que os danos vão surgindo e se acumulando.

Kim e Liaw (1998) apresentam as técnicas não destrutivas utilizadas para tal finalidade, acrescentando a capacidade de resolução atingida por cada uma delas em relação às microestruturas ou defeitos e suas dimensões lineares; ressaltam a importância de quatro métodos, aplicando-os em compósitos cerâmica/SiC (Nicalon®): Ultrassom; Raio X;

Tomografia e Emissão Acústica. Ainda, em relação às técnicas não destrutivas, Vassilopoulos e Keller (2011) ressaltam as seguintes como usuais para detecção e propagação do dano em compósitos por fadiga: Raio X; Emissão Acústica; Líquido Penetrante e Ultrassom. Wróbel et al. (2008) apresentam em seu trabalho, dois métodos comparando-os e concluindo a viabilidade de ambos na análise de danos causados por fadiga em compósitos laminados: Ultrassom e Termografia.

Lim e Cao (2013) utilizam um método não destrutivo chamado de Velocidade do Pulso Ultrassônico para avaliar a condição de uma liga de concreto. O teste usa um pulso ultrassônico para gerar uma onda de compressão através do elemento que está sendo analisado. Segundo os autores, anomalias ou rachaduras presentes, fazem com que a velocidade de propagação diminua, e danos maiores como delaminações provoquem um amortecimento no sinal com diminuição da amplitude do sinal.

Dwivedi et al. (2018), após revisão literária dos diversos métodos não destrutivos para avaliação de materiais compostos utilizados na indústria aeroespacial, na indústria de transformação e na de construção civil, mostram que nenhum método de teste não destrutivo é capaz de fornecer, sozinho, resultados suficientes sobre a caracterização de defeitos em materiais compósitos porque eles têm suas próprias limitações. Assim, a combinação de duas ou mais técnicas deve ser usada para obter melhor resultado e aumentar a eficácia da investigação. Em especial, destacam, seja pela facilidade de uso, elevada mobilidade, e veracidade dos resultados apresentados, os métodos baseados em ultrassom. Tais métodos podem ser utilizados para detectar o tamanho, formato e localização dos defeitos e identificar descontinuidades no material. Porém, existe outra aplicação para a técnica baseada em ultrassom, relacionada à análise de um compósito laminado sujeito à fadiga: determinação da variação das propriedades elásticas, tais como o módulo de elasticidades, em função da medição da velocidade de propagação da onda ultrassônica no material. Este efeito será descrito de maneira mais detalhada no próximo item.