Por que alguns materiais apresentam grande diferença de comportamento mecânico quando solicitados sob compressão ou sob tração? Exemplos típicos?
Passo 1
Aqui temos uma pergunta sobre por que alguns materiais apresentam diferenças significativas no comportamento mecânico quando são submetidos à compressão ou à tração. Vamos explorar os conceitos de tensão e compressão na mecânica dos materiais e entender quais propriedades fazem esses materiais se comportarem de maneira diferente nesses dois tipos de esforços. Para resolvermos isso, precisamos entender as características básicas dos materiais sob diferentes tipos de carregamento e conhecer alguns exemplos típicos.
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre o que é tração e compressão.
- Tração é quando um material é puxado, ou seja, suas partículas internas são alongadas. Isso tende a esticar o material.
- Compressão é quando um material é empurrado, e suas partículas internas são comprimidas. Isso tende a encurtar o material.
Os materiais respondem de maneira diferente a esses esforços devido às suas propriedades intrínsecas, como a estrutura molecular, a forma como as ligações químicas resistem ao alongamento ou à compressão, e a presença de falhas ou defeitos.
Passo 3
Um conceito importante aqui é o Módulo de Elasticidade ou Módulo de Young, que mede a rigidez de um material e é definido pela relação entre tensão ($ \sigma
\varepsilon $) na região elástica:
Onde:
- $ \sigma $ é a tensão aplicada,
- $ \varepsilon $ é a deformação resultante.
No entanto, alguns materiais não são isotrópicos, ou seja, suas propriedades variam com a direção do carregamento. Por isso, o módulo de elasticidade pode ser diferente para tração e compressão.
Passo 4
Além disso, a resistência ao escoamento e outros comportamentos plásticos podem variar entre tração e compressão. Alguns materiais podem ser mais propensos a falhar por brocação (formação de buracos) sob tração, enquanto sob compressão podem afundar ou esmagar.
A microestrutura do material também desempenha um papel importante. Por exemplo, materiais com falhas ou inclusões podem ter caminhos preferenciais para a propagação de trincas sob tração, enquanto na compressão, essas mesmas falhas podem ser fechadas ou não tão críticas.
Passo 5
Outro ponto chave é o comportamento não-linear em tensões elevadas. Enquanto alguns materiais apresentam comportamento linear tanto na tração quanto na compressão, outros mostram comportamentos distintos devido à diferentes modos de deformação ou diferentes mecanismos de dissipações de energia sob cada tipo de esforço.
Passo 6
Agora, vamos aos exemplos típicos:
- Madeira: A madeira é muito resistente à compressão paralela às fibras, mas muito menos resistente à tração nessa direção.
- Concreto: É excelente em resistir à compressão, mas extremamente fraco à tração. Por isso, em estruturas de concreto armado, são utilizadas barras de aço para resistir às forças de tração.
- Espumas Metálicas: Podem comportar-se de maneira diferente sob compressão e tração devido à sua estrutura porosa.
Resposta
Portanto, a diferença no comportamento mecânico de alguns materiais sob compressão e tração se deve às suas propriedades intrínsecas, estrutura micro e macroscópica, e aos mecanismos de deformação e falha que predominam em cada tipo de esforço. Exemplos típicos incluem a madeira, que resiste melhor à compressão do que à tração, e o concreto, que possui alta resistência compressiva mas baixa resistência à tração.