Teste de compressão como é realizado, propriedades, exemplos

Ele Estudo de compressão É um experimento que é realizado progressivamente comprimindo uma amostra de material, por exemplo, concreto, madeira ou pedra, conhecido como tubo de ensaio e observando a deformação produzida pelo esforço ou carga de compressão aplicada.

Um esforço de compressão é produzido por duas forças aplicadas às extremidades de um corpo para reduzir seu comprimento ao comprimi -lo.

figura 1. Esforço de compressão. Fonte: Wikimedia Commons. Adre-es/cc BY-SA (https: // criativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)

Ao mesmo tempo, sua área de seção transversal é ampliada, como pode ser visto na Figura 1. À medida que os esforços crescentes são aplicados, as propriedades mecânicas do material são reveladas.

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Como o esforço de compressão é aplicado?

Para aplicar o esforço de compressão, a amostra, de preferência na forma de um cilindro de seção cruzada circular, é colocado em uma máquina, conhecida como Máquina de teste universal, que comprime o inventário progressivamente em aumenta a pressão estabelecida anteriormente.

Os pontos da curva de esforço (em Newton/m²) versus deformação unitária ε estão gráficando como são gerados. O esforço é a razão entre a força aplicada e a área de seção transversal, enquanto a deformação da unidade é a proporção entre o encurtamento ΔL e o comprimento original da amostra l_qualquer:

ε = ΔL/ L_qualquer

As propriedades mecânicas do material antes da compressão são deduzidas da análise dos gráficos.

À medida que o experimento avança, a amostra é reduzida e ampla. O experimento termina quando uma falha ou fratura ocorre na amostra.

Figura 2. Teste de compressão em uma amostra de concreto. Fonte: Wikimedia Commons.

Propriedades e dados obtidos

No teste de compressão, as propriedades mecânicas do material são obtidas antes da compressão, por exemplo, o Módulo de elasticidade e a Resistência à compressão, muito importante nos materiais utilizados na construção.

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Se o material a ser testado for quebradiço, ele acabará sendo fraturado, para que a resistência final seja facilmente encontrada. Nesse caso, a carga crítica é tomada, o tipo de falha que apresenta o material e a forma da fratura.

Mas se o material não for quebradiço, mas dúctil, essa resistência final não vai se manifestar facilmente, portanto o teste não se estende indefinidamente, pois à medida que o esforço aumenta, o estado de tensão interna da amostra 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 as fibras dobrarem e as folhas de tensão sendo homogêneas.

A primeira coisa é considerar o tamanho inicial da amostra antes de iniciar o teste. Os espécimes mais curtos, chamados Espécime de compressão, Eles tendem a pegar um barril, enquanto os espécimes mais longos, chamados Espécimes de coluna, Eles estão dobrados.

Há um critério conhecido como Razão de Slegbeltez, Qual é o quociente entre o comprimento inicial l_qualquer E o rádio de giro r_g:

r = l_qualquer / R_g

Por sua vez r_g = √ (i /a) onde eu é o momento de inércia e a é a área de seção transversal.

Se o índice de esbelta for menor que 40, funciona como uma amostra de compressão e, se for maior que 60, funciona como uma coluna. Entre 40 e 60, o espécime teria um comportamento intermediário preferível de evitar, trabalhando com motivos inferiores a 40 ou mais de 60.

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Curva de deformação de esforço

O teste de compressão é análogo ao teste de tensão ou tração, apenas que, em vez de esticar a amostra até a ruptura, é a resistência à compressão que é testada desta vez.

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

Figura 3. Esforço de tração ou esforço de tensão e compressão. Fonte: f. Zapata.

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

Figura 4. Curva do teste de compressão para alumínio (esquerda) e o teste de tração correspondente (direita). As amostras fraturas no ponto 4. Fonte: f. Zapata/Wikimedia Commons

Na compressão, o esforço é considerado negativo por convenção, bem como a deformação produzida, que é a diferença entre o comprimento final e o inicial. É por isso que uma curva de deformação do esforço seria no terceiro lugar do avião, no entanto, o gráfico é levado ao primeiro quadrante sem problemas.

Em geral, existem duas áreas distintas: a zona de deformação elástica e a zona de deformação plástica.

Figura 5. Curva de teste de compressão para material dúctil. Fonte: cerveja, f. Mecânica de Materiais.

Deformação elástica

É a região linear da figura, na qual o esforço e a deformação são proporcionais, sendo a constante da proporcionalidade Módulo de elasticidade do material, denotado como y:

σ = y. ε

Como ε é a deformação unitária ΔL/L_qualquer, Não tem dimensões e as unidades de e são as mesmas que as do esforço.

Quando o material funciona nesta área, se a carga for removida, as dimensões da amostra são o original novamente.

Deformação plástica

Inclui a parte não linear da curva da Figura 5, embora a carga seja removida, a amostra não recupera suas dimensões originais, sendo permanentemente deformada. No comportamento plástico do material, duas regiões importantes são distinguidas:

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-Cedência: A deformação aumenta sem aumentar a carga aplicada.

-Deformação: Se a carga continuar aumentando, eventualmente a ruptura da amostra ocorre.

Exemplos de esforços de entendimento

Concreto

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

A faixa de resposta elástica linear de concreto à compressão é maior que a tensão e, a partir da extensão da curva, é visto que o concreto é muito mais resistente à compressão. O valor de ruptura do concreto contra a compressão é 20 × 10⁶ N/m².

Figura 6. Curva de teste de compressão e tensão para concreto. Fonte: cerveja, f. Mecânica de Materiais.

É por isso que o concreto é adequado para a construção de colunas verticais que devem apoiar a compressão, mas não para vigas. O concreto pode ser reforçado por táxis de aço ou malhas de metal mantidas sob tensão enquanto o concreto seca.

ferro fundido cinzento

É outro material com bom comportamento à compressão (curva CA no terceiro quadrante), mas frágil quando é submetido a tensão (curva AB no primeiro quadrante).

Figura 7. Curva de teste de compressão e tensão para ferro fundido cinza. Fonte: Hibbeler, r. Mecânica de Materiais.

Referências

1. Cerveja, f. 2010. Mecânica de Materiais. McGraw Hill. 5 ª. Edição.
2. Cavazos, j.eu. Mecânica de Materiais. Recuperado de: youtube.com.
3. Giancoli, d.  2006. Física: Princípios com aplicações. 6º. Ed Prentice Hall.
4. Hibbeler, R. 2011. Mecânica de Materiais. 8ª edição. Pearson.
5. Valera Negrete, J. 2005. Notas de física geral. Unam.