18.4: Diagrama Tensão-Deformação - Materiais Frágeis

Materiais frágeis, incluindo vidro, ferro fundido e pedra, apresentam características únicas. Eles fraturam sem alteração considerável em sua taxa de alongamento, indicando que sua ruptura e resistência última são equivalentes. Tais materiais também apresentam níveis de deformação mais baixos no ponto de ruptura. A falha em materiais frágeis resulta predominantemente de tensões normais, evidenciadas pela ruptura criada ao longo de uma superfície perpendicular à carga aplicada. Esses materiais não apresentam estricção significativa. Necking é a redução local na área da seção transversal sob tensão. Um aspecto interessante da maioria dos materiais frágeis é a sua maior resistência final à compressão do que à tração, principalmente devido a defeitos microscópicos como fissuras ou cavidades que podem enfraquecer o material sob tensão de tração, mas têm impacto mínimo na sua resistência à compressão.

O concreto, um material frágil comum, comporta-se de maneira diferente sob tensão e compressão. O diagrama tensão-deformação sob tração revela uma faixa elástica linear até o limite de escoamento, seguida por um rápido aumento na deformação até a ruptura. Em contraste, o concreto apresenta uma faixa elástica linear maior sob compressão e a ruptura não ocorre mesmo no pico de tensão. Em vez disso, a tensão diminui à medida que a deformação aumenta até a ruptura. É importante ressaltar que o módulo de elasticidade, indicado na curva tensão-deformação pela inclinação da seção linear, permanece consistente tanto na tensão quanto na compressão para a maioria dos materiais frágeis.

Materiais quebradiços, sob tensão de tração, não se alongam muito antes de se romperem, o que significa que suas resistências final e de ruptura são idênticas. Em comparação com os materiais dúcteis, eles possuem menor tensão durante a ruptura.

Ocorre ao longo de uma superfície perpendicular à carga, indicando que as tensões normais causam principalmente a falha.

Materiais quebradiços não sofrem estiramento perceptível sob estresse.

A maioria dos materiais quebradiços tem maior resistência à compressão do que à tensão, principalmente devido a falhas microscópicas como rachaduras ou cavidades, que enfraquecem o material sob tensão.

Considere um diagrama tensão-deformação para a laje de concreto, um exemplo de material quebradiço.

Sob tensão, uma faixa elástica linear é observada até o ponto de escoamento e, em seguida, a deformação aumenta mais rapidamente do que a tensão até que a laje se rompa.

Sob compressão, o concreto exibe uma faixa elástica linear maior e a ruptura não ocorre quando a tensão atinge seu pico. Em vez disso, o estresse diminui enquanto a tensão continua a aumentar até a ruptura.

O módulo de elasticidade, representado pela inclinação da região linear, é igual em compressão e tensão para a maioria dos materiais quebradiços.