UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO CENTRO MULTIDISCIPLINAR DE ANGICOS
INTERDISCIPLINAR EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA
ADILSON MARCOS SILVA LOPES
CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DE AÇO ORIUNDO DE PNEUS INSERVÍVEIS
ANGICOS/RN 2019
ADILSON MARCOS SILVA LOPES
CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DE AÇO ORIUNDO DE PNEUS INSERVÍVEIS
Trabalho de conclusão de curso apresentado à Universidade Federal Rural do Semiárido – UFERSA, Campus Angicos, como requisito para obtenção do título de Bacharel em Ciência e Tecnologia.
Orientadora: Marcilene Vieira da Nóbrega, DsC
ANGICOS/RN 2019
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L864c LOPES, ADILSON MARCOS SILVA.
CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DE AÇO ORIUNDO DE PNEUS INSERVÍVEIS / ADILSON MARCOS SILVA LOPES. - 2019.
80 f.: il.
Orientador: Marcilene Vieira da Nóbrega. Monografia (graduação) - Universidade Federal Rural do Semi-árido, Curso de Ciência e Tecnologia, 2019.
1. Ensaio de tração. 2. Propriedades mecânicas. 3. Aço. 4. Pneus inservíveis. I. Nóbrega, Marcilene Vieira da, orient. II. Título.
O serviço de Geração Automática de Ficha Catalográfica para Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC´s) foi desenvolvido pelo Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação da Universidade de São Paulo (USP) e gentilmente cedido para o Sistema de Bibliotecas da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (SISBI-UFERSA), sendo customizado pela Superintendência de Tecnologia da Informação e Comunicação (SUTIC) sob orientação dos bibliotecários da instituição para ser adaptado às necessidades dos alunos dos Cursos de Graduação e Programas de Pós-Graduação da Universidade.
Não é a força, mas a constância dos bons resultados que conduz os homens à felicidade.
AGRADECIMENTOS
Agradeço minha família e meus amigos por todo o carinho, amor e força. Sou grato, especialmente, aos meus pais, Marizer de Jesus Silva Lopes e José Adailson Lopes, que tanto lutaram pela minha educação e nunca me deixaram perder a fé.
Obrigado, Andréia Maria da Silva Lopes e Aldenizy Márcia Silva Lopes, minhas irmãs queridas, por me ouvir nos momentos difíceis.
Obrigado, Lana Araújo de Medeiros, por aguentar tantas crises de estresse e ansiedade. Sem você não poderia concluir este trabalho.
Sou grato a todos os professores que contribuíram com a minha trajetória acadêmica, especialmente a Professora Marcilene Vieira da Nóbrega, responsável pela orientação do meu projeto. Obrigado por esclarecer tantas dúvidas e ser tão atenciosa e paciente.
À instituição UFERSA, que ao longo da minha formação ofereceu um ambiente de estudo agradável, motivador e repleto de oportunidades.
À Empresa Loló Peças e Acessórios, que prontamente cedeu os pneus.
Ao Prof. Dr. Manoel Quirino da Silva Júnior, por ceder o laboratório e possibilitar a realização dos ensaios. E a Fabricio Almeida, técnico do laboratório, pelo suporte e boa vontade, estando sempre disponível para me auxiliar no experimento.
Agradeço aos membros da banca examinadora, Prof (a) Núbia e Prof. Joselito, pelo interesse e disponibilidade.
RESUMO
No Brasil, em 2017, a quantidade de pneus novos colocados no mercado de reposição foram 60.424.080 unidades, num total de 839.863,47 toneladas, onde pelo menos 450 mil toneladas de pneus são descartadas por ano. Dentre os materiais que constituem os pneus está o aço, que possui grande valor e utilidade na indústria, pois devido a sua versatilidade pode ser utilizado nos diversos setores da sociedade e uma dessas utilidades é na construção dos pneus. O pneu radial de um automóvel popular contém entre 15% e 25% de aço em sua massa total, estando distribuído em diferentes locais do pneu e se encontram em dois tipos, arames e cabos. Sabendo-se dessa quantidade de pneus descartados e da quantidade de aço em sua estrutura, pesquisas têm sido realizadas com objetivos de caracterizar e propor usos para esse aço. Desta forma esse trabalho teve como objetivo caracterizar, através de propriedades mecânicas, o aço oriundo de pneu inservível. Para tal foi realizado o ensaio de tração em dois tipos de aços retirados de locais diferentes do pneu. Quatro tipos de amostras foram confeccionados, dois para cada tipo de aço. Foram medidas as seguintes propriedades mecânicas: limite de resistência à tração, limite de escoamento, módulo de elasticidade, resiliência, tenacidade e a ductilidade e comparou-se com as propriedades nominais do aço. Os ensaios indicaram que os aços oriundos de pneus inservíveis podem ser caracterizados com módulos de elasticidade para os arames de 157,37 GPa (AT1) e 130,63 GPa (AT2). Para o cabo foram 84,86 GPa (CT3) e, 83,68 GPa (CT4). O limite de resistência à tração para os arames foi de 1066, 73 MPa (AT1) e 1731,88 MPa (AT2). E para os cabos de 706,10 MPa (CT3) e 1727,56 MPa (CT4), sendo superiores aos aços SAE 1070 e SAE 1080. Os limites de escoamento também são maiores do que as propriedades nominais; 1066,73 MPa (AT1) e, 1444,23 MPa (AT2). Para o cabo foram 706,10 MPa (CT3) e, 1727,56 MPa (CT4). Já a ductilidade é de 3 a 15 vezes menor que a nominal. Pelos resultados apresentados, os materiais podem pertencer aos aços de ultra-alta resistência (UHSS), utilizados na engenharia, como por exemplo no setor automotivo.
Palavras – chaves: Ensaio de tração. Propriedades mecânicas. Aço. Pneus inservíveis.
ABSTRACT
In Brazil, in 2017, the number of new tires placed on the aftermarket was 60.424.080 units, totaling 839,863.47 tons, where at least 450.000 tons of tires are discarded per year. Among the materials that constitute the tires is steel, which has great value and utility in the industry, because due to its versatility can be used in various sectors of society and one of these utilities is in the construction of tires. The radial tire of a popular automobile contains between 15% and 25% of steel in its total mass, being distributed in different places of the tire and are in two types, wires and cables. Knowing this amount of discarded tires and the amount of steel in its structure, researches have been carried out with the purpose of characterizing and proposing uses for this steel. In this way, the objective of this work was to characterize, through mechanical properties, the steel coming from an unserviceable tire. For this purpose the tensile test was performed on two types of steels drawn from different locations of the tire. Four types of samples were made, two for each type of steel. The following mechanical properties were measured: tensile strength, yield strength, modulus of elasticity, resilience, toughness and ductility and compared with nominal steel properties. The tests indicated that steels from unserviceable tires can be characterized with modulus of elasticity for the wires of 157.37 GPa (AT1) and 130.63 GPa (AT2). For the cable were 84.86 GPa (CT3) and 83.68 GPa (CT4). The tensile strength limit for the wires was 1066.73 MPa (AT1) and 1731.88 MPa (AT2). And for the cables of 706.10 MPa (CT3) and 1727.56 MPa (CT4), being superior to SAE 1070 and SAE 1080 steels. The flow limits are also higher than the nominal properties; 1066.73 MPa (AT1) and 1444.23 MPa (AT2). For the cable were 706.10 MPa (CT3) and 1727.56 MPa (CT4). The ductility is 3 to 15 times smaller than nominal. According to the results presented, the materials may belong to ultra high strength steels (UHSS) used in engineering, such as in the automotive sector.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Efeito do encruamento na resistência à tração de aços-carbono ... 24
Figura 2 - Esquema de um ensaio de tração ... 27
Figura 3 - Curva tensão-deformação convencional ... 27
Figura 4 - Forças e momentos do pneu atuando no centro do contato do pneu ... 35
Figura 5 - Pneu diagonal x Pneu radial ... 36
Figura 6 - Partes componentes de um pneu ... 37
Figura 7 - Amostras utilizadas no trabalho, tipo A e tipo C ... 45
Figura 8 - Pneu do tipo Pirelli 175/70R14 88T utilizado na pesquisa ... 46
Figura 9 - Corte das bordas do pneu ... 47
Figura 10 - Uso do esmeril na borda do pneu ... 48
Figura 11 - Retirando o aço do talão ... 48
Figura 12 - Processo de retirada da borracha lateral. (a) Extração da borracha da borda do pneu. (b) Retirada de uma lateral do pneu. (c) Retirada total das laterais do pneu ... 49
Figura 13 - Utilizando a serra na banda de rodagem ... 50
Figura 14 - Banda de rodagem durante e após a retirada. (a) Retirada parcial da banda de rodagem. (b) Retirada final da banda de rodagem ... 50
Figura 15 - Cabo de aço por baixo da barra de rodagem ... 51
Figura 16 - Arames e cabos de aço após a retirada do pneu. (a) Arames do talão. (b) cabos das cintas ... 51
Figura 17 - Amostras utilizadas no ensaio de tração. (a) AT1. (b) AT2. (c) CT3. (d) CT4 ... 52
Figura 18 - Micrômetro externo analógico utilizado no trabalho ... 53
Figura 19 - Medição do diâmetro do arame de aço. (a) Fixação do material A e (b) verificação da medida ... 54
Figura 20 - Estrutura do cabo de aço com detalhes para dos quatro fios que o compõe ... 54
Figura 21 - Medições do cabo de aço com o mesmo instrumento. (a) Fixação do material C. (b) Medida 1 do aço C. (c) Medida 2 do aço C ... 55
Figura 22 - Medição do diâmetro fio que compõe o cabo de aço ... 56
Figura 24 - Amostras AT1 após o ensaio de tração. (a) Amostras rompidas na mordedura. (b) Detalhe para o local do rompimento ... 59 Figura 25 - Amostras AT2 após ensaio de tração. (a) Amostras após o rompimento. (b) Dobra nas pontas do material AT2. (c) Ruptura na parte superior das amostras 60 Figura 26 - Corpos de prova CT3 após a ruptura. (a) Ruptura dos corpos de prova. (b) Ruptura na parte interna do corpo de prova ... 61 Figura 27 - Amostras CT4 após ensaio de tração. (a) Amostras rompidas. (b) Detalhes para a região da adaptação... 61 Figura 28 - Corpos de prova CT4 que romperam na seção útil ... 62
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Curva tensão x deformação para as amostras CP1, CP2 do material AT1
... 63
Gráfico 2 - Curva tensão x deformação para as amostras CP3, CP4 e CP5 do material AT1 ... 64
Gráfico 3 - Curva tensão x deformação para as amostras CP2, CP4 e CP5 do material ... 65
Gráfico 4 - Curva tensão x deformação para as amostras CP1 e CP3 do material AT2 ... 66
Gráfico 5 - Corpos de prova CP2, CP4 e CP5 do material CT3 ... 68
Gráfico 6 - Corpos de prova CP1, CP2 e CP5 do material CT4 ... 69
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Sistemas AISI, SAE e UNS de classificação de aços ... 20
Quadro 2 - Composições químicas dos aços SAE 1070 e 1080 ... 25
Quadro 3 - Propriedades mecânicas dos aços SAE 1070 e 1080 ... 26
Quadro 4 - Valores das medidas dos diâmetros para o aço A ... 58
Quadro 5 - Valores das medidas para o aço C ... 58
Quadro 6 - Propriedades mecânicas do material das amostras do tipo AT1 ... 62
Quadro 7 - Propriedades mecânicas do material das amostras do tipo AT2 ... 65
Quadro 8 - Propriedades mecânicas do material das amostras do tipo CT3 ... 67
Quadro 9 - Propriedades mecânicas do material das amostras do tipo CT4 ... 68
Quadro 10 - Comparação entre as propriedades mecânicas dos aços SAE 1070/1080 com os valores obtidos para o aço de pneu inservível ... 70
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
CONAMA Concelho Nacional do Meio Ambiente
IBAMA Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR Normas Brasileiras
SAE Sociedade de Engenheiros Automotivos AISI Instituto Americano de Ferro e Aço
ASTM Sociedade Americana para Ensaios e Materiais ASM American Society for Metals
UNS Sistema de Numeração Unificado AMT Sistema de Manutenção de Ar CTF Cadastro Técnico Federal
APP Atividades Potencialmente Poluidoras CNPJ Cadastro Nacional da Pessoa Jurídica MEV Microscopia Eletrônica de Varredura EDS Espectroscopia por Energia Dispersa
INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia SAC Serviço de Atendimento ao Consumidor
S Enxofre
P Fósforo
Ni Níquel
Cr Crômio
Mo Molibdênio
Ppm Parte por Milhão
Mn Manganês Co Cobalto W Tungstênio Ti Titânio Nb Nióbio Zr Zircônio
MR Mercado de reposição de pneus Pp Total de pneus produzidos
i Total de pneus importados E Total de pneus exportados
EO Total de pneus que equipam veículos
UHSS Ultra high strength steels (Aços de ultra-alta resistência) DSc Doctor of Science (Doutorado em Ciência)
A Arame de aço
C Cabo de aço
AT1 Arame soldado em chapa de aço AT2 Arame envolto por chapa de aço CT3 Cabo soldado em chapa de aço CT4 Cabo envolto por chapa de aço CP1 Corpo de prova 1 (um)
CP2 Corpo de prova 2 (dois) CP3 Corpo de prova 3 (três) CP4 Corpo de prova 4 (quatro) CP5 Corpo de prova 5 (cinco)
SUMÁRIO Sumário 1 INTRODUÇÃO ... 14 2 OBJETIVOS ... 18 2.1 OBJETIVO GERAL ... 18 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 18 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 19 3.1 AÇO ... 19 3.1.1 Classificação ... 21
3.1.1.1 Classificação de acordo com a composição química ... 21
3.1.1.2 Classificação de acordo com a estrutura ... 22
3.1.1.3 Classificação de acordo com a aplicação ... 22
3.1.2 Composição química e propriedades mecânicas dos aços típicos utilizados na confecção de pneus ... 25
3.1.3 Ensaio para obtenção das propriedades mecânicas em aços ... 26
3.1.4 Usos do aço na engenharia ... 31
3.2 PNEUS ... 32
3.2.1 Considerações gerais ... 32
3.2.2 Categorias e funções do pneu ... 34
3.2.3 Tipos de pneus ... 35
3.2.4 Partes componentes dos pneus ... 36
3.2.5 Pneus e Resíduos Sólidos ... 40
3.3 PESQUISAS REALIZADAS COM UTILIZAÇÃO DE CABOS E ARAMES DE AÇO ... 41
4 MATERIAIS E MÉTODOS...45
4.1 PROGRAMA EXPERIMENTAL ... 45
4.2 PRODUÇÃO DAS AMOSTRAS ... 46
4.2.1 Obtenção do pneu ... 46
4.2.2 Procedimento de retirada do aço do pneu ... 47
4.2.2.1 Retirada do aço do interior do pneu ... 47
4.2.3 Confecção das amostras ... 52
4.3 OBTENÇÃO DOS DIÂMETROS DO ARAME E DO CABO ... 53
4.4 ENSAIO DE TRAÇÃO ... 56
5.1 RESULTADOS DA MEDIÇÃO DOS DIÂMETROS DOS ARAMES E DOS CABOS
... 58
5.2 RESULTADOS DO ENSAIO DE TRAÇÃO... 59
5.2.1 Considerações sobre a região de rompimento das amostras ... 59
5.2.2 Resultados das propriedades mecânicas das amostras ensaiadas ... 62
6 CONSIDERAÇOES FINAIS ... 73
Sugestões de trabalhos futuros ... 75
14 1 INTRODUÇÃO
Os primeiros conceitos de pneus apareceram no momento em que a goma de borracha, utilizada para impermeabilizar vestimentas, foi utilizada sobre uma roda. Esta tentativa não foi muito bem-sucedida, pois devido às flutuações de temperatura do ambiente e ao surgimento de fluxos de energia na forma de calor da borracha/tecido para o ambiente e vice-versa, a roda emborrachada, assim construída, manifestou sua deficiência ao derreter-se
Por volta de 1830, Charles Goodyear, acidentalmente, percebeu que, ao elevar a temperatura da borracha, com a presença de enxofre, conseguia manter as propriedades de elasticidade da goma de borracha em um amplo intervalo de temperaturas. Surgiu assim o processo que, atualmente, denominamos de vulcanização. Contudo, o processo de patente do pneumático somente foi solicitado no ano 1845 pelos irmãos Michelin (ASSOCIAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA DE PNEUMÁTICOS, 2012)1.
Há muito tempo os seres humanos aproveitam a criação de um objeto que possibilitou conforto, eficiência e segurança nos veículos em geral. O pneu, também conhecido por pneumático, definido como componente de um sistema de rodagem, constituído de elastômeros, produtos têxteis, aço e outros materiais que, quando montado numa roda de veículo e contendo fluido(s) sobre pressão, transmite tração dada a sua aderência ao solo, sustenta elasticamente a carga do veículo e resiste à pressão provocada pela reação do solo (BRASIL, 2018)2.
Na atualidade os pneus de automóveis descartados são considerados um problema do ponto de vista ambiental, devido ao grande volume produzido anualmente. Segundo o IBAMA (Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis), no Relatório
Pneumático 2018, a quantidade de pneus novos que foram colocados no mercado de reposição no ano de 2017 chegou a 60.424.080 unidades, que dá em torno de 839.863,47 toneladas.
No Brasil, pelo menos 450 mil toneladas de pneus são descartadas por ano. Se formos pensar em unidades utilizadas em carros populares, chegamos a um
1 ASSOCIAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA DE PNEUMÁTICOS, ANIP. Disponível em:
<http://www.anip.com.br/>. Acesso em: 24 dez. 2018.
2 BRASIL. Resolução n° 416, de 30 de setembro de 2009. Conselho nacional do meio ambiente –
15 número de aproximadamente 90 milhões SEST SENAT (2018)3. Referente ao
descarte feito de forma errada, os mesmos se tornam um problema para o meio ambiente, haja vista o período que o pneu demora em se decompor e retornar à natureza, em média, é de 600 anos e pode, inclusive, se tornar criadouros do mosquito
Aedes aegypti, transmissor da dengue, zika e chikungunya. Por isso, dar a destinação
certa para pneus inutilizáveis evita danos ao meio ambiente e à saúde pública. O pneu possui papel imprescindível e insubstituível na vida do ser humano, seja no transporte de passageiros ou de cargas. No Brasil, estão em circulação cerca de 65,8 milhões de veículos, contando os variados tipos de veículos, são eles leves (carros populares), ônibus, caminhões e também motocicletas, sendo que todos esses em efetiva utilização. Desse total, 41,2 milhões são automóveis (62,65%), 7,0 milhões são comerciais leves (10,67%), 2 milhões são caminhões (3,09%), 376,5 mil são ônibus (0,57%) e 15,1 milhões são motocicletas (23,01%).
Em função disso, o CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) instituiu regras para gerenciar os pneus que são considerados inservíveis já que é preciso uma destinação adequada, então, se conseguirmos reutilizar os materiais contidos nos mesmos, gerando um grande impacto do ponto de vista ambiental e econômico, haja vista sua abundância.
De acordo com Fapemig (2018)4, o pneu é basicamente formado por quatro
partes: carcaça, talão, flancos e a banda de rolagem. A carcaça é a parte interna do pneu que suporta a pressão provocada pelo ar e sustenta o peso do veículo. Possui lonas de poliéster, aço ou nylon, organizadas no sentido diagonal uma das outras em pneus convencionais ou diagonais, ou ainda na forma radial, para os pneus chamados radiais. Os pneus radiais também contam com uma estrutura extra de lonas, denominadas de cintura, que servem para estabilizar essa carcaça radial. É importante salientar que as lonas são constituídas de aço.
O talão tem a função de acoplar o pneu ao aro e possui uma geometria em anel e é constituído de arames de aço, recobertos por borracha. Flancos são as partes das laterais do pneu que tem a função de proteger a carcaça, são constituídas de um tipo
3 SEST SENAT. Cerca de 450 mil toneladas de pneus são descartados por ano no Brasil:
Campanha nacional do SEST SENAT faz alerta sobre a importância da reutilização e reciclagem do material. 2017. Disponível em: <http://www.sestsenat.org.br/imprensa/noticia/cerca-de-450-mil-toneladas-de-pneussao-descartados-por-ano-no-brasil>. Acesso em: 09 nov. 2018.
4 REVISTA FAPEMIG. Reciclagem de Pneus. Disponível em: <https://fapemig.br/pt/>. Acesso em: 09
16 de borracha com alto grau de elasticidade. A última parte é a banda de rolagem, que literalmente toca o solo; nessa parte são encontrados os sulcos e ranhuras. Elas têm partes cheias e partes vazias, com o propósito de otimizar a aderência com a superfície. Diferente dos flancos, a borracha da banda de rolagem precisa ser feita com compostos altamente resistentes ao desgaste.
Nas partes que compõem o pneu, o aço é um dos materiais que se encontra em mais abundância. Para se ter uma ideia, o pneu radial de um automóvel popular contém entre 15% e 25% de aço, isso em sua massa total (Andrietta, 2002). E como é sabido aço é um material com grande utilização em diversos setores da engenharia. Assim é interessante a reutilização desse. Para isso, há vários processos de separação dos materiais do pneu, os que são considerados pelo IBAMA como ambientalmente corretos são: coprocessamento, granulação, laminação e pirólise.
O aço se destaca pela sua abrangência em relação a sua utilização, bem como seu valor econômico. Sabendo que do peso total de um pneu radial 25% correspondem a elementos metálicos, temos uma oportunidade de pôr em prática o conceito de reaproveitamento, no intuito de verificar a possibilidade de utilização desse na engenharia. Logo surge a problemática desta pesquisa: será possível que o aço mantém suas características mecânicas mesmo após o pneu se tornar inservível?
O aço é tido como um dos materiais que são mais reciclados e recicláveis do mundo, isso devido a sua característica de transformar-se em um novo aço sem perder suas qualidades originais. Além disso, pode ser integralmente reaproveitado, o que dá ainda mais valor a esse material, destaca-se também a sua durabilidade, bem como a versatilidade que o aço possibilita desde a construção civil até a presença em embalagens e recipientes.
De acordo com o Instituto Aço Brasil (2018)5, quase 30% do material fabricado
hoje no país nasce da reciclagem. Estudos demonstram a possibilidade do uso de coprodutos – materiais resultantes da produção de aço – na indústria da construção com a pavimentação de estradas, indústria cerâmica, agricultura e, inclusive, na fabricação de cimento e concreto.
Os principais coprodutos e resíduos gerados são escórias de alto-forno e aciaria e pós e lamas de sistemas de controle atmosférico. Entre os anos de 1995 e
5 INSTITUTO AÇO BRASIL. O Aço. Disponível em: <http://www.acobrasil.org.br/site2015/oaco.asp>.
17 2016, as siderúrgicas investiram US$ 45,7 bilhões, priorizando a modernização e atualização tecnológica das usinas, atingindo uma capacidade instalada de 50 milhões de toneladas. O Brasil tem hoje o maior parque industrial de aço da América do Sul; é o maior produtor da América Latina e ocupa o quinto lugar como exportador líquido de aço e nono como produtor de aço no mundo.
Isso só mostra a importância no setor produtivo e econômico que o aço tem em nossa sociedade, é cabível então uma análise científica para averiguar a capacidade que o aço tem de suportar o desgaste de seu uso, que no caso é o desgaste sofrido durante o uso dos pneus. Os arames que existem nos pneus radiais podem ser separados por meios magnéticos. Uma tonelada de pneus rende cerca de 530 kg de óleo, 40 kg de gás, 300 kg de negro de fumo e 100 kg de aço. (AMBIENTE BRASIL, 2018)6.
Esse aço contido no pneu sofre as intempéries do tempo, quando sob impactos ou ainda tensões que podem vir a atingir o material. Nesse sentido, é cabível uma análise mais profunda do comportamento mecânico e químico, quanto à sua condição depois do uso, campo no qual se concentra nossa pesquisa. Com isso, podemos definir as propriedades mecânicas do aço oriundo de pneus descartados para proposição em uso na engenharia.
6 AMBIENTE BRASIL. Reciclagem de Pneus. Disponível em:
<http://ambientes.ambientebrasil.com.br/residuos/reciclagem/reciclagem_de_pneus_pela_retortagem. html>. Acesso: 18 dez. 2018.
18 2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
Determinar as propriedades mecânicas do aço oriundo de pneus inservíveis.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a) Submeter o aço de pneus inservíveis a um ensaio de tração, conforme a Norma ABNT NBR – 6152 (1992) e, para os arames de aço também a Norma ABNT NBR 6207 (1982) “Arames de aço – Ensaio de tração – Método de ensaio”. b) Obter o limite de resistência à tração do cabo aço e arame de aço, segundo a
Norma ABNT NBR – 6152 (1992).
c) Obter o limite de escoamento do cabo aço e arame de aço, segundo a Norma ABNT NBR – 6152 (1992).
d) Definir o módulo de elasticidade do cabo aço e arame de aço, segundo a Norma ABNT NBR – 6152 (1992).
e) Definir o módulo de resiliência do cabo aço e arame de aço, segundo a Norma ABNT NBR – 6152 (1992).
f) Estimar o módulo de tenacidade do cabo aço e arame de aço, segundo a Norma ABNT NBR – 6152 (1992).
g) Estimar a ductilidade do cabo aço e arame de aço, segundo a Norma ABNT NBR – 6152 (1992).
h) Comparar os diferentes tipos de corpo de prova, verificando qual o melhor, para o ensaio de tração na máquina universal EMIC, modelo DL 10000, utilizando o par de garras autotravante por efeito cunha GR012.
i) Comparar as propriedades nominais do aço, com as propriedades do ensaio à tração no aço oriundo de pneu inservível.
19 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
3.1 AÇO
Os aços são ligas de ferro-carbono que tem a possibilidade de conter outros elementos em concentrações consideráveis. Essas ligas têm diferentes composições ou tipos de tratamentos, variando em relação ao que se deseja fazer, ou seja, qual a utilização do aço. As propriedades mecânicas estão intimamente ligadas com a porcentagem de carbono e, alguns aços, os chamados aços comuns, são classificados pela baixa, média ou alta concentração de carbono (CALLISTER, 2012).
O aço é usado nas mais variadas áreas e seguimentos da sociedade, por isso, cada tipo de aplicação requer uma propriedade específica, ou seja, a locais que necessitam, por exemplo, de uma dureza maior, outras necessitam de uma maleabilidade melhor. Assim, o aço é um material que possibilita uma grande variedade de aplicação, que justificam seu uso abundante na indústria. Para cada uso obtém-se características específicas, como por exemplo o uso em trilhos, que necessita de boa resistência mecânica e ao desgaste (COSTA e MEI, 2006).
Os responsáveis por orientar as designações quanto ao aço são: A Sociedade de Engenheiros Automotivos (SAE – Society of Automotive Engineers), o Instituto Americano de Ferro e Aço (AISI – American Iron and Steel Institut) e a Sociedade Americana para Ensaios e Materiais (ASTM - American Society for Testing and Materials). Esses órgãos utilizam uma classificação generalizada, que considera a composição química dos aços.
No Quadro 1 apresentam-se as designações AISI/SAE, que coincidem com o sistema de numeração unificado (UNS – Unifield Numbering System), é importante salientar que a UNS é gerida em conjunto pelo ASTM e SAE.
20
Quadro 1 - Sistemas AISI, SAE e UNS de classificação de aços
UNS
G10XXX Aços-carbono comuns
G11XXX Aços de usinagem fácil, com alto S G12XXX Aços de usinagem fácil, com alto P e S G15XXX Aços-Mn com manganês acima de 1% G13XXX Aços-Mn com 1,75% de Mn médio G40XXX Aços-Mo com 0,25% de Mo médio
G41XXX Aços-Cr-Mo com 0,4 a 1,1% de Cr e 0,08 a 0,35% de Mo
G43XXX Aços-Ni-Cr-Mo com 1,65 a 2 de Ni, 0,4 a 0,9% de Cr e 0,2 a 0,3% de Mo G46XXX Aços-Ni-Mo com 0,7 a 2% de Ni e 0,15 a 0,3% de Mo
G47XXX Aços-Ni-Cr-Mo com 1,05% de Ni, 0,45% de Cr e 0,2% de Mo G48XXX Aços-Ni-Mo com 3,25 a 3,75% de Ni e 0,2 a 0,3% de Mo G51XXX Aços-Cr com 0,7 a 1,1% de Cr
G51986 Aços-cromo (forno elétrico) com 1% de Cr G52986 Aços-cromo (forno elétrico) com 1,45% de Cr
G61XXX Aços-Cr-V com 0,6 ou 0,95% de Cr e 0,1 ou 0,15% de V mín. G86XXX Aços-Ni-Cr-Mo com 0,55% de Ni, 0,5% de Cr e 0,2% de Mo G87XXX Aços-Ni-Cr-Mo com 0,55% de Ni, 0,5% de Cr e 0,25% de Mo G88XXX Aços-Ni-Cr-Mo com 0,55% de Ni, 0,5% de Cr e 0,3 a 0,4 de Mo G92XXX Aços-Si com 1,8% a 2,2% de Si
G50XXX Aços-Cr com 0,2 a 0,6% de Cr e 0,0005 a 0,003% de boro G51601 Aços-Cr com 0,8% de Cr e 0,0005 a 0,003 de boro
G81451 Aços-Ni-Cr-Mo com 0,3% de Ni, 0,45% de Cr, 0,12% Mo e 0,0005 a 0,003% de boro G94XXX Aços-Ni-Cr-Mo com 0,45% de Ni, 0,4% de Cr, 0,12% Mo e 0,0005 a 0,003% de boro 11XX 12XX 15XX 13XX 94BXX 88XX 9260 50BXX 51B60 81B45 Tipos de Aço 86XX 87XX 40XX 41XX 43XX 46XX 47XX 48XX Designação 51XX E51100 E52100 61XX AISI-SAE 10XX Fonte: CHIAVERINI (2005)
Nestes sistemas, os aços são divididos em grupos principais e, dentro destes grupos, em famílias de características semelhantes. Estas famílias são designadas por conjuntos de algarismos, em geral quatro, da seguinte forma: A família é indicada pelas letras YY e o teor de C (carbono) em centésimos de porcentagem (0,01%) é indicado pela letra XX.
Assim, um aço 4340, é um aço da família 43, isto é, com 1,8%Ni, 0,80% Cr, 0,25% Mo e com 40 centésimos de porcentagem de C, isto é, 0,40% C.
Além dos algarismos, são empregadas letras na classificação, principalmente “H”, após os algarismos, que indica temperabilidade assegurada e “B” entre os dois
21 grupos de dois algarismos que indica a presença de boro, para aumento da temperabilidade. Por exemplo, um aço 8620H é um aço com resposta ao tratamento térmico mais consistente que o 8620, e suas propriedades situam-se na parte superior da faixa de dureza do 8620. Do mesmo modo, o aço 10B46 é essencialmente um aço 1046 (aço carbono com 0,46% C), ao qual se adiciona um mínimo de 5 ppm de boro, que melhora a temperabilidade (COSTA e MEI, 2006).
Para facilitar a compreensão utiliza-se a classificação em grupos, citada no decorrer do texto, ou seja, os aços são divididos em subgrupos. Esses são determinados por sua composição química, estrutura e sua aplicação.
3.1.1 Classificação
Segundo Chiaverini (2005), os aços podem ser classificados em grupos, com base nas propriedades comuns: composição (como aços-carbono e aços-liga); processo de acabamento (como aços laminados a quente ou aços laminados a frio) e a forma do produto acabado (como barras, chapas grossas, chapas finas, tiras, tubos ou perfis estruturais).
3.1.1.1 Classificação de acordo com a composição química
Aços-carbono, ou seja, aqueles em que estão presentes o carbono e os elementos residuais, manganês, silício, fósforo e enxofre, nos teores considerados normais;
Aços-liga de baixo teor em liga, ou seja, aqueles em que os elementos residuais estão presentes acima dos teores normais, ou onde ocorre a presença de novos elementos de liga, cujo teor total não ultrapassa um valor determinado (normalmente 3 a 3,5%). Nesses aços, a quantidade total de elementos de liga não é suficiente para alterar profundamente as estruturas dos aços resultantes, assim como a natureza dos tratamentos térmicos a que devam ser submetidos;
Aços-liga, de alto teor em liga, em que o teor total dos elementos de liga é, no mínimo, de 10 a 12%. Nessas condições, não só a estrutura dos aços correspondentes pode ser profundamente alterada, como igualmente os tratamentos
22 térmicos comerciais sofrem modificações, exigindo ainda técnica e cuidados especiais e, frequentemente, operações múltiplas;
Aços-liga, de médio teor em liga, que poderiam ser considerados como constituindo um grupo intermediário entre os dois anteriores.
3.1.1.2 Classificação de acordo com a estrutura
Perlíticos, sem elementos de liga ou com elementos de liga em teores relativamente baixos (até o máximo de 5%); suas propriedades mecânicas, em função do teor de carbono e de elemento de liga, podem ser consideravelmente melhoradas por tratamento térmico de têmpera e revenido; também em função do teor de carbono, sua usinabilidade pode ser considerada boa;
Martensíticos, quando o teor de elemento de liga supera 5%; apresentam dureza muito elevada e baixa usinabilidade;
Austeníticos, caracterizados por reterem a estrutura austenítica à temperatura ambiente, devido aos elevados teores de certos elementos de liga (Ni, Mn ou Co); os inoxidáveis, não magnéticos e resistentes ao calor, por exemplo, pertencem a esse grupo;
Ferríticos, igualmente caracterizados por elevados teores de certos elementos de liga (Cr, W ou Si), mas com baixo teor de carbono. Não reagem à têmpera; no estado recozido, caracterizam-se por apresentar estrutura predominante ferrítica, com eventualmente pequenas quantidades de cementita;
Carbídicos, caracterizados por apresentarem quantidades consideráveis de carbono e elementos formadores de carbonetos (Cr, W, Mn, Ti, Nb e Zr). Sua estrutura compõe-se de carbonetos dispersos na matriz que pode ser do tipo sorbítico, martensítico ou austenítico, dependendo da composição química. São aços usados especialmente em ferramentas de corte e em matrizes.
3.1.1.3 Classificação de acordo com a aplicação
Em relação a aplicação têm-se dezenove tipos que se destacam: aços para fundição; estruturais; para trilhos; para chapas; para tubos; para arames e fios; para molas; de usinagem fácil; para cementação; nitretação; ferramentas e matrizes;
23 resistentes ao desgaste; resistentes à corrosão; aços resistentes ao calor; aços para fins elétricos; aços para fins magnéticos; aços ultra-resistentes; aços criogênicos; aços sinterizados.
Neste trabalho será dado ênfase nos aços para arames e fios, oriundos de pneus inservíveis, pois o resíduo que está sendo caracterizado está inserido dentro desta classificação.
Aços para arames e fios
Os aços para arames e fios, conforme a aplicação, podem apresentar características de resistência à tração realmente notáveis. São produtos obtidos através de um processo chamado trefilação, que geralmente tem por finalidade diminuir a seção transversal do aço e aumentar o comprimento desse. Os aços e fios apresentam em sua maioria uma seção transversal circular, e essa é muito pequena em relação ao comprimento do material. Essa seção pode variar entre 0,02 mm até 25mm.
Para a obtenção de arames, parte-se de barras geralmente quadradas laminadas por rolos, esses diminuem a seção do material até obter o chamado máquina. Nesse estágio, o diâmetro do aço tem de 5 a 5,5 mm. Para a trefilação o fio-máquina recebe inúmeros tratamentos, com finalidades diversas, como por exemplo, evitar ferrugem. Na máquina de trefilar, o material é puxado através de fieiras, produzida com um material duro (carbeto de tungstênio siterizado), em passes sucessivos.
Os aços utilizados para a produção de arames e fios variam em composição. Podem ser aços-carbono de baixa, média ou alta concentração de carbono, ou ainda aços-liga, depende da finalidade do material. Os produtos resultantes contêm uma característica em comum; podem ser empregados no estado recozido ou encruado, sendo comum utilizar o aço encruado.
Uma característica importante do processo de terfilação, é o ganho de resistência e dureza do aço. Na Figura 1percebe-se a melhora da resistência à tração, através do encruamento de aços de baixo, médio e alto carbono.
24
Figura 1 - Efeito do encruamento na resistência à tração de aços-carbono
Fonte: CHIAVERINI (2005)
A Figura 1 evidencia também que quanto maior o teor de carbono, maior a melhora na resistência à tração por trefilação. Nota-se ainda que a melhora dessa propriedade é muito grande quando se passa de 70% a 80% de redução de área por trefilação, a melhora é superior a 20 kgf/mm2 (200 MPa), para o mesmo aço.
Outras influências sobre a resistência à tração são devidas aos seguintes fatores: manganês – quanto maior concentração, maior resistência e, mais “endurecível” o arame fica, o limite elástico aumenta e se aproxima do limite de resistência à tração; quanto ao número de passes e à redução de área por passe – obtém-se uma melhora maior na resistência à tração com reduções de área por passes maiores.
25 3.1.2 Composição química e propriedades mecânicas dos aços típicos
utilizados na confecção de pneus
Os aços são ligas de ferro-carbono que tem a possibilidade de conter outros elementos de liga em concentrações consideráveis. Essas ligas têm diferentes composições ou tipos de tratamentos, variando em relação ao que se deseja fazer, ou seja, qual a utilização do aço. As propriedades mecânicas estão intimamente ligadas com a porcentagem de carbono e, alguns aços, os chamados aços comuns, são classificados pela baixa, média ou alta concentração de carbono.
Segundo a Revista Brasileira do Aço (2018)7, os aços mais utilizados nos pneus
são o AISI 1070 e o AISI 1080. No Quadro 2 são apresentadas as composições químicas referentes aos aços mais utilizados em na fabricação de pneus.
Os valores tabelados são aplicáveis a produtos semiacabados para forjamento, de barras laminadas a quente e acabadas a frio, fio-máquina e tubos sem costura (ASM HANDBOOK, 1990).
Quadro 2 - Composições químicas dos aços SAE 1070 e 1080
Tipos de aço Valore de faixas e limites químicos, %
C Mn P máx. S máx.
SAE/AISI 1070 0,65-0,75 0,60-0,90 0,04 0,05
SAE/AISI 1080 0,75-0,88 0,60-0,90 0,04 0,05
Fonte: Adaptada (ASM Handbook, 1990)
Além da composição é imprescindível conhecer as propriedades mecânicas desses aços, haja visto que essas informações serão importantes para o desenvolvimento dessa pesquisa. Assim no Quadro 3 apresentam-se valores das propriedades mecânicas estimadas de barras de aço carbono (ASM HANDBOOK, 1990).
7 REVISTA BRASILEIRA DO AÇO. O aço dos pneus. Revista Brasileira do Aço – edição 68. Disponível
em: <http://www.setorreciclagem.com.br/reciclagem-de-metal/o-giro-do-aco/>. Acesso em: 24 out. 2018.
26
Quadro 3 - Propriedades mecânicas dos aços SAE 1070 e 1080
Tipos de aço
Valores mínimos estimados
Limite de resistência a tração (MPa) Limite de escoamento (MPa) Alongamento em 50 mm, % Redução de área, % Dureza HB SAE/AISI 1070 700 390 12 30 212 SAE/AISI 1080 770 420 10 25 229
Fonte: Adaptada (ASM Handbook, 1990)
O conhecimento das propriedades mecânicas dos materiais é de fundamental importância para os engenheiros. O estudo dessas propriedades é necessário para o projeto de estruturas e componentes que utilizem materiais predeterminados, a fim de que não haja falhas dos componentes. Propriedades mecânicas de dureza e resistência à tração são imprescindíveis sua determinação no desenvolvimento componentes estruturais (HIBBELER, 2004).
3.1.3 Ensaio para obtenção das propriedades mecânicas em aços
O ensaio de tração é importante, pois fornece informações básicas sobre a resistência do material e é um dos mais fáceis de ser executado e, consequentemente a reprodução de seus resultados, até por isso se torna bastante utilizado pelas empresas como teste para controle de especificações. A norma a ser seguida no ensaio de tração em materiais metálicos é a Norma ABNT NBR – 6152 (Materiais metálicos - ensaio de tração). As normas devem ser seguidas rigorosamente, haja visto, que os metais são fortemente influenciados pela temperatura do ambiente, velocidade de deformação, anisotropia do material, tamanho do grão e ainda a porcentagem de impurezas contidas na liga ou material.
Esse ensaio fornece informações quantitativas das características mecânicas dos materiais, as principais são: Limite de resistência à tração, limite de escoamento, módulo de elasticidade, módulo de resiliência, módulo de tenacidade, ductilidade (GARCIA, 2010).
Na Figura 2, tem-se o esquema de realização de um ensaio de tração. Pode-se obPode-servar nesPode-se caso que o corpo de prova sofre uma tração na medida em que um
27 barramento acionado pela rotação de parafusos sem fim se desloca. A força que é aplicada no corpo de prova é chamada de tração uniaxial, essa é crescente e, registrada ao simultaneamente ao tempo da deformação do mesmo.
Figura 2 - Esquema de um ensaio de tração
Fonte: CALLISTER (2012)
Em ensaios convencionais os corpos de prova têm normalmente a seção reta circular, isso para facilitar a análise. O gráfico obtido por esse tipo de ensaio é representado na Figura 3.
Figura 3 - Curva tensão-deformação convencional
Fonte: Ebah (2018)8
8 RELATÓRIO DE TRAÇÃO. Disponível em:
28 A partir do gráfico conseguimos fazer considerações quanto as propriedades mecânicas do aço ensaiado. O Limite de resistência à tração nada mais é do que a tensão no ponto máximo da curva tensão-deformação. Esse ponto corresponde à tensão máxima que pode ser suportada por uma estrutura sob tração, se essa tensão for aplicada e mantida ocorrerá fratura no material. Nessa região uma pequena constrição ou estrangulamento começa a se formar e toda deformação subsequente permanece confinada nesta região (CALLISTER, 2012).
O limite de escoamento basicamente indica a transição entre a deformação elástica e a deformação plástica. Via de regra as estruturas e componentes mecânicos são dimensionados para suportares as tensões elásticas provenientes de esforços, assim torna-se essencial conhecer o nível de tensão em que se inicia a deformação plástica (CALLISTER, 2012). A posição deste ponto pode não ser determinada com precisão, consequentemente pode ser adotada a convenção de construir uma linha paralela à região elástica a partir de uma pré-deformação de 0,002 ou 0,2%.
O módulo de elasticidade concede a informação da rigidez do material analisado, pode-se dizer que esse depende fundamentalmente das forças interatômicas. E definido pelo quociente da tensão pela deformação e, no diagrama de tensão-deformação, é a região linear (GARCIA, 2010).
O módulo de resiliência refere-se à propriedade que alguns materiais possuem de acumular energia quando exigidos ou submetidos às tensões elásticas. Portanto, é a capacidade de um material absorver energia ao ser elasticamente deformado e liberar esta energia quando descarregado. O módulo é a área abaixo da curva tensão x, deformação na região elástica de proporcionalidade. O módulo de resiliência é a capacidade de um material absorver energia mecânica dentro do regime elástico por unidade de volume e ainda ser capaz de readquirir a forma original, quando retirada a carga que provocou a deformação (CALLISTER, 2012).
O módulo de tenacidade indica a quantidade de energia que o material pode absorver até a fratura, ou seja, energia por unidade de volume. A ductilidade é a medida da capacidade de deformação plástica de um material metálico até a ruptura. Um material frágil experimenta pouca ou nenhuma deformação até o instante da ruptura, enquanto que os materiais dúcteis deformam consideravelmente antes da ruptura (CALLISTER, 2012).
29 Para calcular as propriedades mecânicas foram utilizadas as seguintes equações:
σ
c = P/S0 Eq. (1)onde,
σ
c=Tensão convencional (MPa),P = carga aplicada (N) e, S0 = seção transversal (mm2).
ε
c= ((L - Lo) / Lo) = ΔL/L, Eq. (2) onde,ε
c = Deformação (mm/mm), l0 = comprimento inicial (mm) e, l = comprimento de referência (mm).σ = E. ε Eq. (3)
sendo:σ = Tensão normal axial (MPa),
E = Módulo de elasticidade longitudinal (Mpa) e,
ε = Deformação específica (mm/mm).
AL% = ((Lf - Lo) /Lo) x 100 Eq. (4)
sendo:
AL% = Alongamento percentual (Ductilidade) (%); Lf = Comprimento final do corpo-de-prova (mm) e,
Lo = Comprimento inicial do corpo-de-prova (mm).
30 onde,
Ur = Módulo de resiliência (MPa),
σ
el = Tensão de proporcionalidade elástico (MPa) e,ε
el = Deformação de proporcionalidade elástica (mm/mm).Ut = ((σesc+ σLRT) * εel) / 2 Eq.(6)
sendo,
Ut =Módulo de tenacidade (MPa),
σ
esc= Limite de escoamento (MPa),σ
LRT = Limite de resistência a tração (MPa) e,ε
fr = Deformação final (mm/mm).Para o cálculo do módulo de tenacidade, outra forma de obter essa propriedade é utilizando, a Regra do Trapézio, onde são calculadas as áreas dos trapézios que formam, aproximadamente, a área total sob a curva do gráfico tensão x deformação.
No Brasil a norma mais utilizada para ensaio de tração em materiais metálicos é a NBR – 6152, essa indica os pormenores acerca dos procedimentos. Segundo aquela, a forma e dimensões dos corpos de prova dependem da forma e dimensões dos produtos metálicos dos quais os corpos de prova são retirados. O corpo de prova é, usualmente, obtido pela usinagem de uma amostra do produto ou obtida por forjamento ou fundição. Entretanto, produtos de seção constante (barras, fios, etc.) e também corpos de prova fundidos (ferro fundido maleável, erro fundido branco, ligas não ferrosas) podem ser ensaiados sem serem usinados.
A seção transversal do corpo de prova pode ser circular, quadrada, retangular, anelar ou, em casos especiais, de alguma outra forma. São chamados corpos de prova proporcionais àqueles que têm o comprimento de medida original, relacionado à área da seção transversal através da equação L0 = k √S0, sendo o valor
internacionalmente adotado para k de 5,65. O comprimento de medida original não deve ser menor que 20 mm (NBR 6152,1992).
31 Quando a área da seção transversal do corpo de prova for muito pequena para que o comprimento de medida original seja determinado com k = 5,65, um valor maior (preferivelmente 11,3) ou um corpo de prova não proporcional pode ser usado. Em caso de corpos de prova não proporcionais, o comprimento de medida original (L0)
utilizado é independente da área da seção transversal original (S0) (NBR 6152,1992).
Para as dimensões do corpo de prova, o comprimento de medida original (L0)
deve ser de (200 ± 2) mm ou (100 ± 1) mm. A distância entre os dispositivos de fixação da máquina de ensaio deve ser igual a pelo menos L0 + 50 mm, isto é 250 mm e150
mm respectivamente, exceto no caso de fios de pequeno diâmetro nos quais essa distância pode ser igual a L0 (NBR 6152,1992).
3.1.4 Usos do aço na engenharia
O aço está presente nos carros, caminhões, ônibus, trens, metrôs, navios, bicicletas e motocicletas. Transporta a população, interliga cidades e conduz as cargas, distribuindo riquezas e espalhando progresso. (INSTITUTO AÇO BRASIL, 2018)9.
O material é usado em grande quantidade na construção civil, pode ser encontrado tanto como parte das obras ou como material principal para construção de determinado projeto. O aço é tido como um dos materiais mais versáteis que temos, permitindo a liberdade no projeto de arquitetura, maior área útil, flexibilidade, compatibilidade com outros materiais, menor prazo de execução, racionalização de materiais e mão-de-obra, alívio de carga nas fundações, garantia de qualidade, maior organização nos canteiros de obras e precisão construtiva.
O aço é amplamente utilizado na engenharia em geral, sendo uma matéria prima indispensável nos dias atuais. Por isso está presente em todos os setores da nossa sociedade. Pode-se considerar o caso da energia elétrica. Nessa o aço apresenta-se em todos os níveis, em hidrelétricas, termelétricas e nucleares, torres de transmissão, transformadores, cabos elétricos, etc. Ao se pensar nos combustíveis fósseis, temos a mesma conclusão sobre o aço, que esse é um recurso indispensável, haja visto que se encontra nas plataformas, tubulações, equipamentos de prospecção
9 INSTITUTO AÇO BRASIL. O Aço. Disponível em: <http://www.acobrasil.org.br/site2015/oaco.asp>.
32 e extração de petróleo, assim como em perfuratrizes, esteiras e caçambas das minas de carvão. É, portanto, fundamental na produção e distribuição de energia e combustível em nosso país.
Se expandir para o setor agrícola, consta-se que o mesmo está diretamente ligada ao consumo de aço, pois diferente dos tempos longínquos, hoje em dia as máquinas são essenciais. A terra é preparada com arados, semeada e cercada usando equipamentos que levam aço. No momento da colheita não poderia ser diferente, as ceifadeiras e colheitadeiras se encarregam do processo, bem como na armazenagem em silos e graneleiros de aço, todo esse processo permite que a comida chegue até nossas mesas.
3.2 PNEUS
3.2.1 Considerações gerais
O pneu é um arco de borracha, inflado a fluido, que reveste as rodas dos veículos, é uma parte importante do carro sendo o único objeto que separa o automóvel do solo. Pode-se dizer, metaforicamente, que é o “sapato” do carro. E claro, existem “sapatos” dos mais variados tamanhos e modelos apropriados para cada acontecimento. Então, é preciso colocar o pneu de medida exata em consonância com as rodas, posição no veículo e especialmente escolher o pneu mais adequado em relação a estrada em que se trafega na grande fração do tempo, é de essencial relevância (PECORARI, 2007). Os pneumáticos fazem parte do cotidiano há mais de um século, estando presentes em automóveis, aviões, bicicletas, carrinhos de bebê, brinquedos e em várias outras tecnologias que utilizam rodas. Considerados itens imprescindíveis para a sociedade contemporânea, tiveram origem no século XIX e passaram por muitas fases de desenvolvimento, antes de se apresentarem como se conhece hoje (WERLANG, 2019)10.
As ideias iniciais do pneu surgiram quando uma goma de borracha, utilizada para impermeabilizar tecidos, foi depositada sobre uma roda. Esta tentativa não foi
10 WERLANG, R. B.; SILVEIRA, L. S. A física dos pneumáticos. Caderno Brasileiro de Ensino de
Física, v. 30, n. 3, p. 614-627, dez. 2013. Disponível em: <https://periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/viewFile/21757941.2013v30n3p614/2560>. Acesso em: 02 fev. 2019.
33 muito bem-sucedida, pois devido às flutuações de temperatura do ambiente e ao surgimento de fluxos de energia na forma de calor da borracha/tecido para o ambiente e vice-versa, a roda emborrachada, assim construída, manifestou sua deficiência ao derreter-se (ASSOCIAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA DE PNEUMÁTICOS, 2018)11.
Por volta do ano de 1830, Charles Goodyear, acidentalmente, percebeu que, ao elevar a temperatura da borracha, com a presença de enxofre, conseguia manter as propriedades de elasticidade da goma de borracha em um amplo intervalo de temperaturas. Surgiu assim o processo que, atualmente, denominamos de vulcanização. Contudo, o processo de patente do pneumático somente foi solicitado no ano 1845 pelos irmãos Michelin (ASSOCIAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA DE PNEUMÁTICOS, 2018)12.
Mais uma etapa da história dos primórdios do pneu ocorreu no ano de 1845, quando Robert Thompson inseriu um invólucro repleto de ar no interior dos pneus de borracha sólida. Transcorridos quarenta e três anos da invenção de Thompson, John Boyd Dunlop, veterinário escocês, teve a mesma ideia e "reinventou" o pneu, ao improvisar uma câmara de ar de borracha flexível, envolvendo-a em uma lona e montando-a em um aro de madeira. Dunlop conseguiu a patente pela invenção da roda pneumática, abrindo o caminho para o "século da mobilidade" (MÖDERLER, 2018)13.
Desde então, os pneumáticos passaram por várias etapas de desenvolvimento, a fim de permitirem maior segurança, durabilidade e conforto para os usuários. Essas modificações vão desde a inserção de lonas estabilizadoras, garantindo maior área de contato entre o pneu e o solo, até tecnologias mais contemporâneas, como o Sistema de Manutenção de Ar (AMT), desenvolvido recentemente nos laboratórios da Goodyear (GOODYEAR, 2018)14, o qual permitirá que os pneus mantenham a
pressão ideal sem a necessidade de quaisquer bombas externas.
11 ASSOCIAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA DE PNEUMÁTICOS, ANIP. Disponível em:
<http://www.anip.com.br/>. Acesso em: 24 dez. 2018.
12 Ibid. Disponível em: <http://www.anip.com.br/>. Acesso em: 24 dez. 2018.
13 MÖDERLER C. Deutsche Welle. 1845: Patenteado o primeiro pneu. [2012?]. Disponível em:
<https://www.dw.com/pt-br/1845-patenteada-a-roda pneum%C3%A1tica-que-revolucionaria-os-transportes/a-686295>. Acesso em: 04 dez. 2018.
14 GOODYEAR. History. 2018. Disponível em:
34 3.2.2 Categorias e funções do pneu
Em termos do volume de produção e consciência do consumidor, pneus são divididos essencialmente em nove categorias que são baseadas na aplicação do veículo. Há pneus para veículos de corrida, veículos de passageiros e caminhões leves (onde os pesos brutos do veículo normalmente não excedem 7250 kg). Em tais pneus, quantidades significativas de tecido são usadas como reforço (MARK, 2005).
Para o mesmo, os pneus maiores como aqueles para caminhões pesados, veículos agrícolas, equipamentos de terraplenagem, e as grandes aeronaves tendem a incluir reforços de fios de aço e de tecido. Há também uma gama de pneus especiais que incluem aqueles usados no garfo empilhadeiras, aeronaves leves, equipamentos leves de construção e carros de golfe.
Ainda segundo o autor, independentemente do design ou aplicação do pneu, todos os pneus devem cumprir um conjunto fundamental de funções: Fornecer capacidade de carga; proporcionar amortecimento; transmitir torque de condução e de frenagem; propiciar força de curva; gerar estabilidade dimensional; resistir à abrasão; gerar resposta de direção; ter baixa resistência ao rolamento; fornecer a mínimo de ruído e vibração mínima, e, por último que seja durável durante toda a expectativa de vida.
Mark (2005) explica que as propriedades mecânicas de um pneu descrevem a resposta do mesmo à aplicação de carga, torque e na entrada de uma direção, resultando na geração de forças externas e deflexão. Tais propriedades mecânicas são inter-relacionadas e, portanto, uma decisão de projeto que afeta um fator influenciará outros fatores, positivamente ou negativamente. O resultado é um conjunto complexo de forças atuando sobre um pneu em um veículo (Figura 4).
Ele esclarece que na distribuição das forças, o eixo x é o cruzamento do plano da roda com a estrada, já o eixo z é perpendicular à estrada, com uma direção positiva para baixo. Nota-se que a força normal exercida pelo pneu é positiva para baixo, e a reação de carga vertical, a estrada sobre o pneu, é considerado negativo. O eixo y está no plano da estrada, para a direita e ortogonal. Essa representação apresenta o sistema de eixo do pneu, quando o mesmo está na posição frontal direita de um veículo.
Assim, o veículo estaria passando por uma curva à esquerda com torque alinhante positivo (Mz) e o vetor de força lateral negativa. As forças que atuam sobre
35 um pneu podem ser quebradas em três vetores fundamentais: as forças verticais controlam a estética e o conforto do veículo, as forças laterais impactam o controle do veículo e o longitudinal ou forças de avanço controlam o desempenho, como a resistência ao rolamento (Figura 4).
Figura 4 - Forças e momentos do pneu atuando no centro do contato do pneu
Fonte: GILLESPIE, 1992
3.2.3 Tipos de pneus
Atualmente os automóveis de passageiros são equipados exclusivamente com pneus radiais. Pneus diagonais são instalados apenas em motocicletas, bicicletas, escavadeiras e veículos industriais ou agrícolas, pode-se dizer que sua importância nos utilitários é cada vez menor.
Nos pneus diagonais, as lonas são dispostas umas sobre as outras formando uma diagonal entre elas (Figura 4). Eles ficam ovalados em seu formato quando estão rodando sem peso, apenas com a estrutura do carro. Com carga, o formato se altera, ficando um pouco quadrada tendo as pontas arredondadas, com as tiras por dentro tendo um aspecto torto.
Já o pneu radial é a evolução da engenharia de construção dos pneus. Não há sobreposição das camadas, tendo uma composição das lonas em formato perpendicular à rodagem, ou seja, correndo em direção ao centro do composto (Figura
36 5). Nos pneus radiais não há alteração do formato quando exposto à carga. Além disso, o desgaste é menor e o pneu apresenta maior estabilidade.
Figura 5 - Pneu diagonal x Pneu radial
Fonte: GILLESPIE, 1992. Adaptada15
O diagonal, era antes o único utilizado. Recebeu essa denominação de barra de rodagem composta por camadas de lonas entrecruzadas dispostas na “diagonal” da carcaça. Entretanto, o pneu radial é mais complexo, cuja concepção compreende duas seções principais (Figura 5), representa o único meio de satisfazer as múltiplas características operacionais exigidas dos pneus.
3.2.4 Partes componentes dos pneus
Banda de rodagem ou piso deve ser fabricada com compostos resistentes à abrasão e temperatura para poder proporcionar uma boa durabilidade. Deve também proporcionar uma agradável e segura condução, nomeadamente nas mudanças de
15GILLESPIE, 1992. Figura adaptada do pneu radial e diagonal. Para composição da imagem foram
acessados também os sites: https://www.walmart.com.br/pneu-pirelli-aro-20-900x20-ct65-super-140-137j/2162430/pr; <https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-881068641-pneu-18560-r15-pirelli-p7-88h-_JM
37 direção, o piso protege também a carcaça contra o efeito dos impactos com as irregularidades do pavimento. Todas essas intempéries incidem no pneu por ser o único componente que entra em contato com o solo, sofrendo com as forças de tração e travagem.
O tipo de desenho é um dos determinantes do tipo de serviço para que esse pneu foi construído. Os principais tipos de desenho são o direcional, tração e misto, cada uma deve sanar, as diferentes necessidades que decorrem no dia a dia, isso para possibilitar sempre uma boa aderência nos vários tipos de pavimentos, em condições de seco, molhado, neve e calor, proporcionando assim um grau de tração adequado com o tipo de solo em contato. Passando por serviço urbano, longa distância, serviços regionais, entre outros.
Figura 6 - Partes componentes de um pneu
Fonte: CTBORRACHA (2018)16.
Costado, flanco, lateral do pneu ou parede lateral, é a parte do pneu situada entre o ombro e a zona que deve ser coberta pelo rebordo da jante, é também a parte do pneu que tem a característica de flexibilidade por ser uma área de grande trabalho. Tem várias funções: suportar a carga do veículo; produzir as forças laterais que permitam ao veículo mudar a sua direção com segurança; assegurar uma condução confortável, mantendo baixos níveis de vibrações e de ruído.
16 Ciência e Tecnologia da Borracha. Disponível em:
38 Seu composto deve ter a característica de excelente flexibilidade sem sofrer rachaduras, boa resistência à fadiga, ao calor, à intempérie, à ação do oxigénio, do ozônio e da radiação ultravioleta. Constitui também uma proteção desta zona da carcaça contra impactos e ações abrasivas. Também tem a capacidade de sofrer abrasão por contato com meio-fio. É nessa área que vão todas as inscrições do pneu como medida, tipo de construção, símbolo de velocidade, símbolo de carga e certificações entre várias outras. O número de série do pneu que vai estampado em seu costado determina a semana e o ano de sua fabricação.
O pacote de cintas tem basicamente duas funções que é a de fazer a amarração da carcaça e proteção. É esse pacote de cintas que mantém a integridade da carcaça nas mais diversas ocasiões. Em serviços mais severos existe normalmente uma cinta adicional que pode ser retirada quando da reforma do pneu se estiver com muitos sinais de perfuração.
O ombro é a zona do pneu que corresponde à transição do piso para a parede lateral. Desempenha um papel muito importante na vida de um pneu e constitui, por este motivo, uma zona muito crítica. Nesta zona, onde se localiza a terminação das cintas, exercem-se solicitações muito severas e complexas, traduzidas em efeitos de fadiga por flexão e aquecimento. Esta zona do pneu, com a parede lateral, influi também, de forma relevante, na resistência ao rolamento.
O talão é a parte do pneu que suporta toda a carga que lhe é transmitida. A sua forma e estrutura permitem a sua adaptação e fixação à jante. Tem como característica principal a rigidez, pois ancora o pneu na roda, portanto não pode ser elástica nem flexível. Outra característica é a existência de um "cabo de aço" circular de um fio só. Sua resistência é definida pelo número de voltas desse fio e seu diâmetro.
A capa, se utilizada, é um componente em borracha que se destina a minimizar a temperatura do piso e a proporcionar uma menor resistência ao rolamento. Trata-se de um composto de borracha de muito baixa histerese. A qualidade deste composto intervém também na obtenção de um baixo nível de ruído. A subcapa é uma fina camada de borracha existente entre o piso e a cinta de proteção ou entre a capa e a cinta de proteção. Visa proporcionar uma boa adesão entre os componentes do piso e o conjunto de telas estabilizadoras.
39 As telas de corpo são as telas que, com disposição diagonal ou radial (neste tipo de construção pode existir apenas uma tela), vão de talão a talão. A sua função é de resistir mecanicamente à pressão de enchimento do pneu, às cargas a que este é solicitado e aos impactos recebidos na parede lateral. Estas telas podem ser de rayon, poliéster ou aço. Atualmente, mais raramente são de poliamida.
A carcaça, pode ser considerada o esqueleto do pneu. É a construção da carcaça que define o tipo radial e diagonal, capacidade de carga, velocidade, etc. Tida como a parte estrutural do pneu, sem ser o piso e as paredes laterais de borracha, que, quando o pneu está insuflado, suporta a carga. Deve assegurar uma condução confortável, mantendo baixos níveis de vibrações e de ruído; apresentar uma baixa resistência ao rolamento, de forma a permitir obter baixos consumos de combustível. A carcaça também pode ser de aço, nylon ou outros materiais.
As cintas existem em pneus com estrutura radial ou pneus diagonais cintados. Correspondem a uma ou mais camadas de materiais têxteis (telas de poliamida revestidas com borracha) ou metálicos (tela de aço latonado, revestidas com borracha), subjacentes ao conjunto piso/capa/subcapa e orientadas sensivelmente na direção da linha mediana deste, de modo a assegurar a restrição circunferencial da carcaça.
O enchimento do talão é um componente constituído por uma borracha de dureza mais elevada, que se destina a preencher o volume compreendido entre a parte superior do talão e delimitado, lateralmente, pelas telas de corpo e pelo seu retorno, depois de envolverem os talões. Parecendo um componente de menor importância, a verdade é que as suas dimensões e a dureza da borracha que o constitui afetam o desempenho do pneu, nomeadamente no conforto e na condução.
O forro interior, é uma camada de composto sintético que reveste o pneu internamente fazendo o papel de estancar o ar sob pressão no interior do pneu. Tornando o pneu um vaso de pressão. Basicamente o forro se divide em dois tipos: os com câmara de ar e os sem câmara de ar.
O forro interior para pneus do tipo sem câmara de ar, tubeless tyres, (Figura 6), consiste numa fina camada de borracha de composição especial, baseada em borracha de butil halogenado, borracha que possui uma grande impermeabilidade aos gases. Permite, assim, manter por longos períodos, a pressão de enchimento do pneu.
40 O forro interior para os pneus que utilizam câmara de ar consiste numa fina camada de borracha (Squeegee Rubber), cuja finalidade é evitar um forte atrito entre a câmara de ar e os cords da tela de corpo os quais, ainda que revestidos com borracha, apresentam sempre uma certa rugosidade.
3.2.5 Pneus e Resíduos Sólidos
A Resolução CONAMA nº 416/2009 estipula tanto para fabricantes, como importadores de pneus novos, que tem peso por unidade superior a dois quilos, a fazerem a coleta e, destinarem a um local adequado os pneus inservíveis no território nacional. Além dessa determinação, o órgão estabeleceu que deveriam ser implantados pontos de coleta dos mesmos em todos os municípios com população superior a cem mil habitantes.
O IBAMA, por meio da Coordenação de Controle de Resíduos e Emissões, vinculada à Coordenação-Geral de Gestão da Qualidade Ambiental da Diretoria de Qualidade Ambiental, é o órgão responsável pelo controle e fiscalização da implementação da Resolução. Com este intuito, publicou em 18 de março de 2010, a Instrução Normativa nº 01, que institui o “Relatório de Pneumáticos: Resolução Conama nº 416/2009”, inserido no Cadastro Técnico Federal de Atividades Potencialmente Poluidoras e/ou Utilizadoras de Recursos Ambientais – CTF/APP, preenchido pelos fabricantes e importadores de pneus novos, bem como pelas empresas destinadoras de pneumáticos inservíveis.
Para o ano de 2017, foram analisadas as informações consolidadas de 18 empresas fabricantes e 489 importadoras de pneus novos. Foi considerado cada um dos CNPJs declarados como empresa, ainda que existam alguns grupos empresariais com mais de um CNPJ em atividade. Assim sendo, os fabricantes, importadores e os considerados destinadores de pneumáticos devem publicar trimestralmente os dados contendo suas atividades. Na atualidade o IBAMA não é mais um órgão anuente para importação de pneumáticos. É necessário apenas o envio de informações, conforme regulamento.
Em concordância com o art. 16 da Resolução CONAMA nº 416, de 30 de setembro de 2009, o IBAMA fica responsável de divulgar, anualmente, os dados coletados sobre a destinação de pneumáticos inservíveis, a partir das declarações no CTF/IBAMA das empresas fabricantes e importadoras de pneus. Com a
