Metodologia

Em geral, a resistência em fadiga da montagem cabo/grampo de suspensão é obtida por meio de métodos experimentais, de maneira análoga àquela usada para corpos-de-prova sólidos. Para o levantamento dos pontos da curva, testes de flexão cíclica, que mantém a mesma amplitude de tensão são conduzidos, monitorando a ruptura do primeiro, segundo e terceiro fio de alumínio e registrando-se o número de ciclos experimentado pela montagem até o instante de cada quebra.

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Os testes em laboratório para levantamento da curva S-N concentram-se na área de ocorrência de falha, que é o grampo de suspensão e devem reproduzir o mais fielmente possível as condições de operação em campo. Nestes testes a vida em fadiga dos condutores é determinada como uma função de alguma medida de intensidade de vibração, uma vez que as tensões responsáveis pela falha em fadiga não são parâmetros diretamente mensuráveis.

Para desenvolvimento da pesquisa, a padronização dos testes é fundamental, pois além de fornecer resultados confiáveis, que servirão como parâmetros para aperfeiçoar projetos, operação e manutenção de linhas de transmissão, permitem que estes resultados sejam comparados e ou aplicados no desenvolvimento de pesquisas científicas. Os ensaios foram executados, de acordo com as recomendações da CIGRE (1985), EPRI (1979) e IEEE (1978). Para obtenção da estimativa de vida da montagem condutor/grampo à fadiga, Observando- se a terceira quebra de fio, a amostra é aberta e seu registro fotográfico é realizado para determinar forma e posição das quebras em relação ao grampo, na tentativa de estabelecer um padrão de posicionamento da falha. Cabe ressaltar que a escolha do número de fios rompidos, como padrão para determinação da falha, pode ser diferente. Nesse caso, o número de fios adotado para estabelecer a ocorrência de falha na condução dos experimentos, permitirá uma comparação entre os resultados obtidos àqueles estabelecidos por uma ferramenta bastante utilizada no projeto de linhas de transmissão, a Curva Limite de Segurança da CIGRE, a qual adota a ruptura de três tentos como parâmetro de falha. Este número de falhas é considerado como dentro do limite de segurança para a operação do cabo condutor, pois a capacidade de transmissão de energia ainda está dentro da tolerância estabelecida, e não há risco estrutural mecânico de ocorrência de falha catastrófica do cabo.

Repetindo-se o teste proposto para diferentes amplitudes de deslocamento (que equivalem a diferentes níveis de amplitude de tensão), e registrando o número de ciclos decorridos até a falha, obtém-se a curva que estabelece a correlação entre os diversos níveis de tensão e a vida em número de ciclos do cabo, conhecida como Curva S-N ou de Wöhler.

77 4.3.1.1. Planejamento dos Testes

Definição de Parâmetros a Serem Controlados no Ensaio

A definição dos parâmetros cuja variação durante a execução dos ensaios aumenta a dispersão dos resultados é obtida a partir da expressão que fornece a correlação entre a tensão e número de ciclos até a ocorrência da falha, que equivale à vida.

ߪ ൌ ܣܰ௕ _(4.2),

Substituindo a Equação de Poffenberger-Swart (P-S), apresentada pelo conjunto de Equações 3.3 a 3.6, na Eq. 4.2, obtêm-se a seguinte expressão:

ܰ ൌ ۉ ۈ ۇ ܧ௔݀௔ܶ Ͷ ቆ݁ିට ்ாூ೘೔೙௫െ ͳ ൅ ට ܶ ܧܫ௠௜௡ݔቇ ܣሺܧܫ௠௜௡ሻ ܻ஻ ی ۋ ۊ ିଵ ௕ (4.3).

Sendo o cálculo da vida em ciclos realizado usando a rigidez mínima do condutor, como se todos os fios estivessem se movendo independentemente, e é dada pela aplicação do princípio da superposição, como expressa a Equação 4.4, a seguir.

ܧܫ௠௜௡ ൌ ݊௦ܧ௦ߨ݀௦ ସ

͸Ͷ ൅ ݊௔ܧ௔ߨ݀௔ ସ

͸Ͷ (4.4),

Analisando a expressão acima apresentada (Eq. 4.3), verifica-se que a vida estimada segundo a equação de P-S dependerá dos seguintes parâmetros: i) dos módulos de elasticidade nominais dos fios da camada externa e do núcleo do cabo (Ea e Es), ii) dos diâmetros dos fios de alumínio das camadas externa e do núcleo do cabo (da e ds), iii) da Pré-tensão aplicada no cabo (T), iv) da posição do sensor de medição do deslocamento transversal do cabo (x), v) do deslocamento transversal do cabo (YB). Dos

parâmetros apresentados nos itens acima, somente iii, iv e v podem ser controlados durante o ensaio.

Assim, para a realização dos ensaios de fadiga, foram prescritos os parâmetros descritos a seguir:

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Ângulo de mergulho (simula o ângulo que o cabo faz com o grampo de suspensão) O ângulo de mergulho é função de diversos parâmetros, dentre os quais os mais importantes podem ser citados: i) tensão mecânica diária (EDS), ii) densidade do cabo, iii) comprimento do vão e iv) flecha admissível. Neste trabalho adotou-se um ângulo de mergulho de 10°.

Especial atenção deve ser dada à montagem grampo/cabo para a realização destes ensaios, assim como à escolha do tipo do grampo utilizado, tendo em vista que, o conjunto de solicitações que atuam sobre os cabos, sejam elas longitudinais ou transversais (verticais ou horizontais), cria no condutor uma tensão mecânica, que é transmitida aos suportes.

Nos pontos de suspensão, em virtude do peso do condutor e de sua natural rigidez, aparecem esforços de flexão bastantes elevados. Quando a curvatura inferior da calha do grampo de suspensão não se amolda bem à curvatura natural do cabo, pode ocorrer esmagamento de fios, pois a superfície de apoio fica localizada em uma região bastante reduzida (Fuchs, 1992).

Torque de aperto dos parafusos de fixação do cabo no grampo de suspensão

O torque de aperto que é aplicado nas porcas que fixam os parafusos ao grampo de suspensão, insere uma carga compressiva à montagem cabo/grampo, cuja função é evitar o escorregamento do cabo sobre o grampo de suspensão. O valor desta carga de aperto é indicado pelo fabricante do grampo, para cada tipo de grampo. O grampo de suspensão monoarticulado utilizado nos testes possibilita a montagem de cabos de diâmetros entre 17 a 29 mm. Para estes ensaios foi utilizado inicialmente um torque de 60 Nm, porém, observou-se que após a retirada do grampo, o cabo apresentava amassamento excessivo e, em algumas montagens, o grampo foi levado à ruptura (Figura 4.21). Por isso, a despeito dos limites indicados pelo fabricante, a carga de aperto pré-definida foi ajustada em 50 N.m.

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Figura 4.21 – Grampo de suspensão monoarticulado rompido após a aplicação do torque igual 60 Nm (Hortêncio, 2008).

Carga de pré-tensionamento, EDS

A carga de pré-esticamento está associada à tensão média mecânica (EDS - Every Day Stress) na qual o cabo é solicitado ao longo de sua vida. Nos ensaios realizados foram adotadas cargas de pré-esticamento iguais a 20% e 30% da carga de ruptura do cabo IBIS, o que correspondem respectivamente a 14,79 kN e 22,19 kN, de modo a permitir a análise da influência da EDS sobre a durabilidade do cabo.

Amplitude de deslocamento, YB

A amplitude de deslocamento aplicada ao cabo durante a realização dos testes corresponde ao nível de tensão nominal que gera a falha e é também uma das variáveis de controle. Conforme ilustra a Figura 4.22, YB é medido no ponto de controle do ensaio,

localizado a 89 mm do último ponto de contato entre o cabo e o grampo de suspensão, como prescreve a teoria na qual está embasada a Fórmula de Poffenberger-Swart.

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Como o objetivo principal deste trabalho é estabelecer comparação entre as tensões geradas pelas cargas de esticamento distintas, e a simples aplicação destas cargas coloca os dois experimentos em base de comparação diferente, uma vez que a tensão experimentada na região de falha aumenta com o aumento da EDS, foi realizada uma análise do deslocamento equivalente para cada nível de carga de esticamento, capaz de gerar o mesmo nível de tensão, para a prescrição das amplitudes de deslocamentos utilizadas nos ensaios.

Para os ensaios foram adotados quatro diferentes níveis de deslocamento pico-a-pico, YB. Os critérios adotados para a escolha desses níveis foram:

i- Estabelecimento amplitudes equivalentes diferentes níveis de EDS, que resultassem nos mesmos níveis de tensão, possibilitando a comparação das vidas por meio da curva



ii- Limitação dos valores de YB, àqueles que resultassem em ensaios econômicamente

viáveis, isto é, com período de execução não superior a 7 dias.

Os valores escolhidos para a realização dos ensaios são apresentados na Tabela 4., apresentada a seguir.

Tabela 4.3 – Amplitudes de deslocamento prescritas nos ensaios.

[MPa] Amplitude de deslocamento pico-a-pico, YB [mm]

EDS 20% EDS 30% 44,65 1,39 1,20 40,93 1,27 1,10 37,21 1,16 1,00 35,42 1,10 0,95 32,20 1,00 0,87 29,98 0,90 0,78 25,76 0,80 0,70

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