Teste de compressão: como é feito, propriedades, exemplos - Ciência - 2023

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o teste de compressão é um experimento realizado comprimindo progressivamente uma amostra de material, por exemplo concreto, madeira ou pedra, conhecido como tubo de ensaio e observar a deformação produzida pela tensão de compressão ou carga aplicada.

Uma tensão compressiva é produzida por duas forças aplicadas nas extremidades de um corpo para reduzir seu comprimento ao comprimi-lo.

Ao mesmo tempo, sua área transversal aumenta, como pode ser visto na Figura 1. À medida que tensões cada vez maiores são aplicadas, as propriedades mecânicas do material tornam-se aparentes.

Como é aplicada a tensão compressiva?

Para aplicar a tensão compressiva, a amostra, preferencialmente em forma de cilindro de seção transversal circular, é colocada em uma máquina, conhecida como máquina de teste universal, que comprime a amostra progressivamente em incrementos de pressão previamente estabelecidos.

Os pontos da curva de tensão (em newton / m²) versus a deformação ε são representados graficamente à medida que são gerados.A tensão é a razão entre a força aplicada e a área da seção transversal, enquanto a deformação é o quociente entre o encurtamento ΔL e o comprimento original da amostra L_ou:

ε = ΔL / L_ou

A partir da análise do gráfico, são deduzidas as propriedades mecânicas do material sob compressão.

Conforme o experimento avança, a amostra se torna mais curta e larga, como pode ser visto na Figura 1, ou também se torce ou entorta, dependendo do comprimento inicial do corpo de prova. O experimento termina quando ocorre uma falha ou fratura na amostra.

Propriedades e dados obtidos

A partir do teste de compressão, as propriedades mecânicas do material antes da compressão são obtidas, por exemplo, o módulos de elasticidade e a força compressiva, muito importante nos materiais usados na construção.

Se o material a ser testado for quebradiço, ele irá eventualmente se fraturar, então a resistência final é facilmente encontrada. Nesse caso, a carga crítica, o tipo de falha que o material apresenta e o formato da fratura são anotados.

Mas se o material não é frágil, mas dúctil, esta resistência final não vai se manifestar facilmente, então o teste não é prolongado indefinidamente, pois conforme a tensão aumenta, o estado de tensão interna do corpo de prova para ser uniforme. Nesse ponto, a validade do teste é perdida.

Resultados confiáveis

Para que os resultados sejam confiáveis, é necessário que as fibras internas do material permaneçam paralelas, mas o atrito interno faz com que as fibras se dobrem e a tensão fique homogênea.

A primeira coisa é considerar o tamanho inicial da amostra antes de iniciar o teste. Os tubos de ensaio mais curtos, chamados amostra de compressão, tendem a assumir a forma de um barril, enquanto os tubos de ensaio mais longos, chamados espécimes de coluna, eles cedem.

Existe um critério conhecido como razão para esbeltez, que é o quociente entre o comprimento inicial L_ou e o raio de giração R_g:

r = L_ou / R_g

Vire R_g = √ (I / A) Onde I é o momento de inércia e A é a área da seção transversal.

Se a relação de esbeltez for inferior a 40, funciona como corpo de prova de compressão e se for superior a 60 funciona como coluna. Entre 40 e 60, o corpo de prova teria um comportamento intermediário que é preferível evitar, trabalhando com razões menores que 40 ou maiores que 60.

Curva tensão-deformação

O teste de compressão é análogo ao teste de tração ou tensão, só que em vez de esticar o corpo de prova até a ruptura, é a resistência à compressão que é testada neste momento.

O comportamento do material geralmente difere na compressão e na tração, e outra diferença importante é que as forças no teste de compressão são maiores do que no teste de tração.

Em um teste de compressão, por exemplo de uma amostra de alumínio, a curva tensão-deformação é ascendente, enquanto no teste de tensão ela sobe e depois desce. Cada material tem sua própria curva de comportamento.

Na compressão, a tensão é considerada negativa por convenção, assim como a deformação produzida, que é a diferença entre o comprimento final e inicial. Por esse motivo, uma curva tensão-deformação estaria no terceiro quadrante do plano, porém o gráfico é levado ao primeiro quadrante sem problemas.

Em geral, existem duas zonas bem diferenciadas: a zona de deformação elástica e a zona de deformação plástica.

Deformação elástica

É a região linear da figura, em que a tensão e a deformação são proporcionais, sendo a constante de proporcionalidade módulo de elasticidade do material, denotado como Y:

σ = Y. ε

Uma vez que ε é a deformação ΔL / L_ou, não tem dimensões e as unidades de Y são iguais às do esforço.

Quando o material atua nesta área, se a carga for retirada, as dimensões do corpo de prova voltam às originais.

Deformação plástica

Compreende a parte não linear da curva da figura 5, embora a carga seja retirada, o corpo de prova não recupera suas dimensões originais, ficando permanentemente deformado. Duas regiões importantes são distinguidas no comportamento plástico do material:

–Produção: a deformação aumenta sem aumentar a carga aplicada.

–Deformação: Se a carga continuar a aumentar, o corpo de prova eventualmente se romperá.

Exemplos de esforços de compreensão

Concreto

A figura mostra a resposta do concreto em um ensaio de compressão (terceiro quadrante) e em um ensaio de tração (primeiro quadrante). É um material com resposta à compressão diferente da tensão.

A amplitude da resposta elástica linear do concreto à compressão é maior do que à tração, e pela extensão da curva percebe-se que o concreto é muito mais resistente à compressão. O valor de ruptura do concreto antes da compressão é 20 × 10⁶N / m².

Por este motivo, o concreto é adequado para a construção de pilares verticais que devem resistir à compressão, mas não para vigas. O concreto pode ser reforçado por vergalhões de aço ou malha metálica mantida sob tensão enquanto o concreto seca.

ferro fundido cinzento

É outro material com bom comportamento de compressão (curva AC no terceiro quadrante), mas frágil quando submetido à tração (curva AB no primeiro quadrante).

Referências

Beer, F. 2010. Mecânica dos materiais. McGraw Hill. 5 ª. Edição.
Cavazos, J.L. Mecânica de materiais. Recuperado de: youtube.com.
Giancoli, D. 2006. Física: Princípios com Aplicações. 6º. Ed Prentice Hall.
Hibbeler, R. 2011. Mecânica dos materiais. 8ª edição. Pearson.
Valera Negrete, J. 2005. Notes on General Physics. UNAM.