Resultados das propriedades mecânicas das amostras ensaiadas

Como as adaptações realizadas nas extremidades foram importantes na definição das propriedades mecânicas, os resultados serão apresentados levantando em consideração tal fato. No Quadro 6 apresenta-se a comparação dos valores das propriedades mecânicas para amostras do tipo AT1. Observa-se que as amostras do tipo AT1 apresentam bom módulo de elasticidade, com valor médio de 157, 37 GPa.

Quadro 6 - Propriedades mecânicas do material das amostras do tipo AT1 ARAME DE AÇO SOLDADO

Corpo de prova Módulo de elasticidade (GPa) Módulo de resiliência (MPa) Resistencia a tração (MPa) Ductilidade (%) Tensão de ruptura (MPa) Tenacidade (N*mm/mm3₎ CP1 – AT1 162,18 6,20 1411,63 1,10 1270,42 8,92 CP2 – AT1 141,28 7,69 1490,96 1,21 1398,34 9,66 CP3 – AT1 155,68 2,23 824,90 0,54 824,90 2,14 CP4 – AT1 172,47 1,92 961,64 0,67 869,01 3,66 CP5 – AT1 155,26 1,30 644,50 0,41 644,50 1,31 Média 157,37 3,87 1066,73 0,79 1001,43 5,14 Desvio padrão 10,17 2,58 330,67 0,31 284,95 3,48 Coeficiente de variação (%) 6,46 66,56 31,00 39,93 28,45 67,81 Fonte: Própria (2019)

Analisando separadamente as amostras, percebe-se que a resistência a tração, tensão de ruptura dos corpos de prova CP1 – AT1 e CP2 – AT1, foram maiores

63 que os demais. O gráfico 1 tem-se esse comportamento descrito na curva tensão x deformação.

Gráfico 1 - Curva tensão x deformação para as amostras CP1, CP2 do material AT1

Fonte: Própria (2019)

Ao observar o gráfico, nota-se a baixa resiliência, pois não consegue absorver energia quando aplicada tração na fase elástica. Como também uma baixa ductilidade, que se dá pela pequena área de seção transversal do corpo de prova, pois o mesmo tem pouco material para alongar, rompendo assim com pouca deformação. Como as amostras quase não apresentaram fase plástica, a capacidade de absorver energia até a ruptura também é pequena, indicando que o material não é tenaz.

No Gráfico 2 está plotada a curva tensão x deformação das amostras CP3, CP4 e CP5. Nota-se o limite de resistência a tração menor que o gráfico 1.

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Gráfico 2 - Curva tensão x deformação para as amostras CP3, CP4 e CP5 do material AT1

Fonte: Própria (2019)

Mesmo sendo o mesmo material, arame de aço, os corpos de prova do gráfico 1 obtiveram melhores propriedades mecânicas no geral, se comparado com os corpos de prova do gráfico 2. Um dos fatores que pode ter influência direta na discrepância dos valores, é o processo de soldagem, pode ter havido diferença na maneira de soldar cada corpo de prova, afetando diferentemente a estrutura interna de cada amostra.

No Quadro 7 apresenta-se a comparação dos valores das propriedades mecânicas para amostras do tipo AT2. Esse tipo de amostra apresenta valores maiores em relação a AT1. Apenas o módulo de elasticidade contraria essa consideração. Mesmo assim, o módulo de resiliência e a ductilidade são pequenos, reforçando o entendimento da pouca deformação devido a seção transversal pequena. A tensão de ruptura e o limite de resistência à tração foram maiores, indicando que sem soldar, o material pode suportar uma carga maior. Os desvios das propriedades mecânicas apresentaram uma dispersão menor no geral, se comparado com AT1.

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Quadro 7 - Propriedades mecânicas do material das amostras do tipo AT2 ARAME DE AÇO ENVOLTO (T2)

Corpo de prova Módulo de elasticidade (GPa) Módulo de resiliência (MPa) Resistencia a tração (MPa) Ductilidade (%) Tensão de ruptura (MPa) Tenacidade (N*m/mm3₎ Limite de escoamento CP1 - T2 135,77 9,21 1548,36 2,04 1393,95 21,79 1504,24 CP2 - T2 154,44 6,12 1707,16 3,01 1698,25 45,48 1332,19 CP3 - T2 87,57 15,05 1835,13 4,32 1830,61 53,67 1601,25 CP4 - T2 115,77 7,76 1777,72 3,41 1402,72 43,18 1363,07 CP5 - T2 159,59 3,12 1791,01 3,54 1508,63 44,81 1420,40 Média 130,63 8,25 1731,88 3,26 1566,83 41,79 1444,23 Desvio padrão 26,48 3,96 100,55 0,74 171,50 10,64 97,94 Coeficiente de variação (%) 20,27 47,95 5,81 22,78 10,95 25,46 6,78 Fonte: Própria (2019)

A partir dos resultados das amostras CP2, CP4 e CP5, foi plotado o Gráfico 3, que corresponde à curva tensão x deformação.

Gráfico 3 - Curva tensão x deformação para as amostras CP2, CP4 e CP5 do

material

66 Esses corpos de prova, CP2 – T2, CP4 – T2 e CP5 – T2, têm a deformação final semelhante, e visualmente apresentam valores de tensão e deformação parecidos. Esse material foi o único que apresentou patamar de escoamento.

No Gráfico 4 tem-se a curva tensão x deformação para as amostras CP1 e CP3.

Gráfico 4 - Curva tensão x deformação para as amostras CP1 e CP3 do material AT2

Fonte: Própria (2019)

Os gráficos são diferentes dos demais. Ambos os casos o fenômeno provável foi o escorregamento. Para a amostra CP1, foi observado no final do ensaio o movimento dentro da placa de aço até sair da mesma, “enganando” a máquina. Para o CP3 observou-se que no começo do ensaio, o arame se move nas garras do aparelho, fazendo o sensor captar o deslocamento, e não a deformação

O Quadro 8 apresenta a comparação dos valores das propriedades mecânicas para as cinco amostras tipo CT3.

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Quadro 8 - Propriedades mecânicas do material das amostras do tipo CT3 CABO DE AÇO SOLDADO (T3)

Corpo de prova Módulo de elasticidade (GPa) Módulo de resiliência (MPa) Resistencia a tração (MPa) Ductilidade (%) Tensão de ruptura (MPa) Tenacidade (MPa) CP1 - T3 80,00 3,53 753,55 0,95 753,55 3,57 CP2 - T3 93,52 3,43 781,46 0,88 781,46 3,43 CP3 - T3 79,49 2,12 558,16 0,76 558,16 2,12 CP4 - T3 85,66 2,75 683,77 0,81 683,77 2,76 CP5 - T3 85,66 3,40 753,55 0,90 753,55 3,40 Média 84,86 3,05 706,10 0,86 706,10 3,05 Desvio padrão 5,07 0,54 80,71 0,07 80,71 0,55 Coeficiente de variação (%) 5,98 17,68 11,43 7,92 11,43 17,86 Fonte: Própria (2019)

O cabo soldado CT3 não se mostrou confiável, se comparado a resistência a tração com CT4, esse possui mais que o dobro que aquele. Apenas o módulo de elasticidade obteve média maior CT4, assim o processo de soldagem aumentou a rigidez, ou seja, a resistência do material à deformação elástica.

Essa alteração das propriedades deve-se a pequena seção transversal, e pequeno raio dos fios que compõe o cabo, o processo deve ter mudado a microestrutura do aço, fazendo com que o material se deformasse pouco antes da ruptura, diminuindo a carga que o mesmo poderia suportar em seu estado original. Para CT3 a tensão de ruptura pode ser analisada a caráter de comparação, não tendo utilidade o limite de escoamento.

O material CT3 não obteve êxito em conseguir as propriedades mecânicas do aço. Observa-se que as curvas apresentam uma grande dispersão de valores (Gráfico 5), além disso os corpos de prova apresentaram uma tensão máxima, bem menor em relação ao material CT4, apresentado na sequência.

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Gráfico 5 - Corpos de prova CP2, CP4 e CP5 do material CT3

Fonte: Própria (2019)

O Quadro 9 apresenta a comparação dos valores das propriedades mecânicas para as cinco amostras do tipo CT4.

Quadro 9 - Propriedades mecânicas do material das amostras do tipo CT4 CABO DE AÇO SOLDADO (T4)

Corpo de prova Módulo de elasticidade (GPa) Módulo de resiliência (MPa) Resistencia a tração (MPa) Ductilidade (%) Tensão de ruptura (MPa) Tenacidade (MPa) CP1 - T4 111,62 5,71 1814,09 2,04 1814,09 20,76 CP2 - T4 103,14 12,51 1828,05 1,98 1828,05 19,48 CP3 - T4 56,44 14,03 1576,83 3,27 1576,83 19,63 CP4 - T4 94,29 0,19 1758,27 5,25 1758,27 39,68 CP5 - T4 52,90 0,50 1660,57 2,33 1660,57 19,32 Média 83,68 6,59 1727,56 2,97 1727,56 23,78 Desvio padrão 24,34 5,82 95,64 1,23 95,64 7,97 Coeficiente de variação (%) 29,08 88,29 5,54 41,27 5,54 33,51 Fonte: Própria (2019)

O modulo de elasticidade apresenta grande variabilidade. Isso se dá pelas condições do próprio material, haja vista que os cabos apresentam variação na disposição, ´há casos em que os cabos então bem torcidos, e em outros os fios que

69 o compõe se encontram pouco torcidos, fazendo com que no momento do ensaio a tração incida em uns fios primeiros que os outros.

Dos corpos de prova que romperam (Gráfico 6), apenas CP1 e CP2 apresentaram as propriedades mecânicas semelhantes, ou seja, mesmo que o corpo de prova se rompa na seção útil não é garantido que obtenha propriedades melhores que aqueles que romperam na mordedura. Esse fato pode ser comprovado observando o limite de resistência a tração, que ficou igual ao limite de ruptura em todos os ensaios no cabo, que apresenta valores com pouca dispersão.

Gráfico 6 - Corpos de prova CP1, CP2 e CP5 do material CT4

Fonte: Própria (2019)

No Gráfico 7 são apresentadas as curvas tensão deformação para as amostras CP3 e CP4.

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Gráfico 7 - Corpos de prova CP3, CP4 do material CT4

Fonte: Própria (2019)

CT3-T4 e CP-T4 apresentaram curvas anormais, com grandes deformações para uma pouca tensão, em CT3-T4 por exemplo houve um escorregamento do material na mordedura, haja visto que com pouca ou nenhuma tensão o cabo de aço já apresentava ε = 0,006.

Finalmente, após a realização dos ensaios e análises, obtidos os valores das propriedades mecânicas dos aços de pneus inservível foi possível realizar um comparativo com as propriedades nominais dos aços SAE 1080 e SAE 1070, da literatura. No Quadro 10 são apresentados esses valores nominais e experimentais.

Quadro 10 - Comparação entre as propriedades mecânicas dos aços SAE 1070/1080 com

os valores obtidos para o aço de pneu inservível

Tipos de aço

VALORES MÍNIMOS ESTIMADOS Limite de resistência a tração (MPa) Limite de escoamento (MPa) Alongamento, % SAE/AISI 1070 700 390 12 SAE/AISI 1080 770 420 10 AT1 1066,73 1066,73 0,79 AT2 1731,88 1444,23 3,26 CT3 706,10 706,10 0,86 CT4 1727,56 1727,56 2,97 Fonte: Própria (2019)

71 Percebe-se que os valores de limite de resistência a tração, limite de escoamento obtidos experimentalmente, são maiores que as propriedades nominais, principalmente para os tipos AT2 e CT4. Pelos dados percebe-se que o material ensaiado pode ser considerado mais resistente que os aços utilizados como base, SAE 1070/1080. O limite de escoamento de CT4 foi bastante alto e apresentou valor quatro vezes maior, em relação ao limite de escoamento do aço SAE 1080. Isso pode indicar que o material tem uma grande região de deformação elástica.

O alongamento dos corpos de prova se apresentou bem pequeno em relação ao SAE 1070/1080, de 3 a 15 vezes menor. Isso pode ter se dado pela própria característica dos arames e cabos de aço, pois apresentam uma área de seção transversal pequena, principalmente os cabos. Como os corpos de prova não são usinados pode haver uma imprecisão nos valores de ductilidade, divergindo dos valores nominais.

Ao analisar a literatura existe a possibilidade de se tratar de um aço de ultra- alta resistência (UHSS). Esse tem algumas variações: aços carbono relativamente baixos (exemplo: SAE/AISI 4330), com limites de resistência à tração variando de 1509 MPa a 1646 MPa; grupo com silício relativamente elevado – 1,0 a 2,0%, apresentando limites de resistência à tração entre 1646 MPa a 1783 MPa e ainda o grupo com médio carbono (exemplo: SAE/AISI 4340), com 0,40% e 0,50% de carbono, e limite de resistência à tração 1783 MPa a 2058 MPa (NOGUEIRA, 2013). O módulo de elasticidade obtido experimentalmente apresenta valores distintos para cada corpo de prova. Ao compará-los com o módulo nominal do aço, aproximadamente 200GPa, nota-se que o material que mais se aproxima do valor é o arame de aço sendo AT1 com 157,37 GPa e, AT2 com 130,63 GPa. O cabo de aço se aproxima do módulo de elasticidade do latão 97GPa, CT3 com 84,86 GPa e CT4 com 83,68 GPa.

Essas propriedades mecânicas foram obtidas para diferentes adaptações realizadas nas extremidades dos materiais. Para AT1 e AT2, arame de aço, foi possível observar que, ao soldar chapas de aço na parte superior do corpo de prova é possível uma melhor fixação nas garras da máquina universal, fazendo com que seja preciso menos força para apertar a garra, sem o aperto excessivo diminui o desgaste por contato. A melhor fixação também garante que o corpo de prova não escorregue, quando aplicada a força de tração.

72 Além disso, houve aumento do módulo de elasticidade ao soldar as extremidades, sabendo que quanto maior o módulo, mais rígido será o material e menor será a deformação elástica. Não só aumentou como garantiu uma menor dispersão deste. Porém, a tensão de ruptura e o limite de resistência a tração foram maiores em AT2, indicando que sem soldar, o material pode suportar uma carga maior.

Já com os tipos CT3 e CT4, cabo de aço, houve algumas mudanças quanto as propriedades mecânicas. Assim como no arame de aço a fixação nas garras foi melhor, necessitando de menos esforço. Mas, a tensão de ruptura e o limite de resistência a tração foram mais que 2 vezes maiores em CT4, indicando que sem soldar, o material pode suportar uma carga maior.

Assim como nos arames de aço, porém de forma menor, o modulo de elasticidade do material soldado CT3 foi maior que CT4. O cabo é formado por fios de seção transversal pequena e, esses são torcidos de forma irregular, assim a estrutura do cabo e sua geometria permite que a solda envolva os fios, facilitando a ruptura. Como o módulo de elasticidade está ligado diretamente com as forças das ligações interatômicas, e o cabo é esquentado, é a propriedade que mais é afetada.

Assim, pode-se afirmar que as adaptações mais pertinentes foram AT2 e CT4, pois apresentaram melhores propriedades mecânicas, principalmente valores de limite de resistência a tração, limite de ruptura, e limite de escoamento.

73 6 CONSIDERAÇOES FINAIS

Esse trabalho teve como objetivo obter as propriedades mecânicas do aço obtido de pneus inservíveis. Para tal foi realizado ensaio de tração em amostras. Diante do exposto e das condições em que o trabalho foi realizado pode-se considerar que:

 Os aços obtidos dos pneus inservíveis são considerados entre arames e cabos e possuem diâmetros de 0,964 mm e de aproximadamente 0,542 mm, respectivamente.

 O limite de resistência à tração para os arames foi de 1066, 73 MPa (AT1) e 1731,88 MPa (AT2). Para os cabos de 706,10 MPa (CT3) e 1727,56 MPa (CT4). Valores superiores aos limites de tração dos aços SAE 1070 e SAE 1080. Para esse fim os aços com as extremidades soldadas se mostraram ineficientes.

 Limite de escoamento para os arames foi de 1066, 73 MPa (AT1) e 1444,23 MPa (AT2). Para os cabos de 706,10 MPa (CT3) e 1727,56 MPa (CT4). Os valores de escoamento indicam que apresenta grandes tensões na fase elástica.

 Módulo de elasticidade apresenta para o arame, AT1 com 157,37 GPa e, AT2 com 130,63 GPa. Para o cabo tem-se CT3 com 84,86 GPa e CT4 com 83,68 GPa. Observa-se que o arame obteve maiores valores, ou seja, um material mais rígido, em relação ao cabo.

 A ductilidade obtida pelo alongamento percentual apresentou para os arames 0,79% (AT1) e 3,26% (AT2). Para os cabos de 0,86% (CT3) e 2,97% (CT4). Os valores indicam comportamento frágil dos materiais, em especial dos corpos de prova submetidos pelo processo de soldagem nas extremidades, AT1 e CT3. Esse comportamento é proveniente da pequena área de seção transversal do corpo de prova, pois o mesmo tem pouco material para alongar, rompendo assim com pouca deformação.

74  O Módulo de Resiliência para os arames foi de 3,87 MPa (AT1) e 8,25 MPa (AT2). Para os cabos foi de 3,05 MPa (CT3) e 6,69 MPa (CT4). Os resultados de baixa resiliência evidenciam que os materiais não conseguem absorver energia quando aplicada tração na fase elástica.

 Módulo de tenacidade para os arames de 5,14 MPa (AT1) e 41,79 MPa (AT2). Para os cabos de 3,05 MPa (CT3) e 23,78 MPa (CT4). Como os corpos de prova quase não apresentam fase plástica, a capacidade de absorver energia até a ruptura também é pequena, indicando que o material não é tenaz. Apenas os arames com as extremidades apenas envoltas (AT2), apresentou patamar de escoamento, consequentemente se revelou mais tenaz.

 As adaptações se mostraram importantes para criar uma metodologia de ensaio, para aços de pneus inservíveis. AT1 apresentou boa fixação durante o ensaio, seus resultados foram bons se analisar apenas o módulo de elasticidade com pouca dispersão e valores altos, se comparado com os outros. AT2 apresentou melhor equilíbrio entre resistência e tenacidade, foi a única adaptação que apresentou patamares nítidos de escoamento. De todos os tipos de adaptações, apenas em CT4 houveram corpos de prova que romperam na seção útil, indicando que o método utilizado para o ensaio foi correto.

 O cabo de aço soldado CT3 não se mostrou confiável, o processo de soldagem alterou as propriedades do material. Isso deve-se a pequena seção transversal, e pequeno raio dos fios que compõe o cabo, o processo deve ter mudado a microestrutura do aço, fazendo com que o material se deformasse pouco antes da ruptura, diminuído a carga que o mesmo poderia suportar em seu estado original.

Após a realização do trabalho e através dos resultados obtidos, pode-se considerar que são satisfatórios para o objetivo de comparar as propriedades nominais de aços oriundos de pneus inservíveis, com as propriedades experimentais, indicando a possiblidade desse resíduo poder ser aproveitado na engenharia, devido um bom limite de resistência à tração.

75 Sugestões de trabalhos futuros

 Determinar as propriedades mecânicas, através do ensaio de tração utilizando garra cônica.

 Determinar as propriedades mecânicas, através do ensaio de tração do cabo e dos fios que o compõe separadamente.

 Realizar um estudo da interferência das adaptações nas extremidades das amostras utilizando o MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura) para analisar microestrutura da soldagem e verificar se o processo de soldagem realmente muda a microestrutura do material.

76 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AGUIAR, Elizabeth Oshima de; BARBATO, Roberto Luiz de Arruda. Análise da estrutura de cabos da cobertura do pavilhão da feira internacional de indústria e comércio. Rio de Janeiro, 2002.

André Luiz V. da Costa e Silva, Paulo Roberto Mei, Aços e Ligas Especiais, Editora Edgard Blücher, 2ª edição, 2006.

ANDRIETTA, A. J. Pneus e meio ambiente: um grande problema requer uma grande solução, 2002.

ASM HANDBOOK. Properties and Selection: Irons, Steels, and High-Performance Alloys, ASM International, Marerials Park, OH, 1990. (Vol. 1)

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1992). NBR 6152 - Materiais metálicos – Determinação das propriedades mecânicas à tração – Método de

ensaio. Rio de Janeiro.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1982). NBR 6207 - Arame de aço – Ensaio de tração – Método de ensaio. Rio de Janeiro.

CALLISTER JR.; WILLIAM D., Fundamentos da Ciência e Engenharia dos Materiais - Uma Introdução, 8a ed., Rio de Janeiro, LTC, 2012.

CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia Mecânica, Estrutura e Propriedades das Ligas Metálicas. São Paulo, SP: Makron Books, 7a ed., 2005.

Ciência e Tecnologia da Borracha. Disponível em:

<https://www.ctborracha.com/borracha-sintese-historica/>. Acesso em: 17 dez. 2018.

COMO É A ESTRUTURA DA CARCAÇA DE UM PNEU RADIAL DE CARGA. Disponível em: <https://www.linkedin.com/pulse/como-%C3%A9-estrutura-da- carca%C3%A7a-de-um-pneu-radial-carga-franco>. Acesso em: 05 dez. 2018.

DOS SANTOS, LINDEMBERG FERREIRA. Comportamento mecânico e estudo da danificação do aço 1020 e do alumínio: uma abordagem experimental, 2011.

ElPÍDIO, Camila Milena de Araújo. Estudo do dano em cabos de aço utilizados em equipamentos de transporte vertical, 2016.

GARCIA, Amauri; SPIM, Jaime Alvares; DOS SANTOS, Carlos Alexandre. Ensaios dos Materiais. [Reimp.]. Rio de Janeiro: LTC, 2010. 247p.

77 GILLESPIE, T. Fundamentals of Vehicle Dynamics. Warrendale, PA: Society of Automotive Engineers, 1992.

HIBBELER, R.C., Resistência dos Materiais, 5 ed., 2004.

INSTITUTO BRASILEIRO DE PLANEJAMENTO E TRIBUTAÇÃO. REAL FROTA CIRCULANTE NO BRASIL É DE 65,8 MILHÕES DE VEÍCULOS, INDICA

ESTUDO:. 2018. Disponível em: <https://ibpt.com.br/noticia/2640/REAL-FROTA- CIRCULANTE-NO-BRASIL-E-DE-65-8-MILHOES-DE-VEICULOS-INDICA- ESTUDO>. Acesso em: 09 nov. 2018.

LEITE, Matheus Corrêa et al. ENSAIO DE TRAÇÃO MECÂNICA E ANÁLISE

METALOGRÁFICA DO AÇO SAE 1045. Revista Engenharia em Ação UniToledo, Araçatuba, SP, jan./ago. 2017.

LOURENÇO,J. M.; PEREIRA, F. G. L.; A. L. DE CARVALHO.; P. A. N. BERNARDINI. Análise de falha em um cabo de aço usado em máquinas Apolete, 2018.

MARK, James E.; ERMAN, Burak; EIRICH, Frederick R. Science and Technology of Rubber. 3 ed. New York; Amsterdam; Boston; Heidelberg; London; New york; Oxford; Paris; San Diego; San Francisco; Singapore; Sydney; Tokyo: Elsevier Academic press. 2005.

MÜTZENBERG, Luiz. A.; VEIT, E. A.; DA SILVEIRA, F. L. ELASTICIDADE, PLASTICIDADE, HISTERESE ... E ONDAS. 2004. Artigo (Mestrado) - UFRGS - Universidade Federal do Rio grande do Sul, Novo Hamburgo, RS, 2004.

NOGUEIRA, Rosiane de Castro. Caracterização mecânica e análise microestrutural com a utilização da técnica de tríplice ataque do aço multifásico AISI 4350, 2013.

PECORARI, Paulo Mantelatto. Pneus: da borracha ao controle. São Paulo: Batista, 2007. 96 p.

PNEUS: DIAGONAIS X RADIAIS. Revista RPA News – Cana e indústria.

Disponível em: <https://revistarpanews.com.br/ed/67-edicao2015/edicao-182/1971- especial-pneus-diagonais-x-radiais>. Acesso em 05 dez. 2018.

SOUZA, Sérgio Augusto de. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos: Fundamentos Teóricos e Práticos. 5 ed. 1982.

VOOLIVRE ARQUERIA. Como extrair arame de pneu. 2016. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=hqhtfcsj9Bk >. Acesso em: 14 nov. 2018.