FENÓMENOS SOB CARREGAMENTO ESTÁTICO
A deformação do material sob a influência da tensão é um fenómeno muito complexo, de modo que precisa ser simplificado de diferentes maneiras para poder ser compreendido. Uma dessas simplificações é a suposição de que as cargas são aplicadas gradualmente, como por exemplo se faz com as amostras nos ensaios de tração e compressão.
Se uma barra de aço solicitada à tração for submetida a uma carga que aumenta gradualmente e se medir a sua dilatação ℇ, obtém-se o diagrama mostrado na figura.
_1= Limite de proporcionalidade _2 =Limite de elasticidade 3 =Limite inferior de escoamento 3’= Limite superior de escoamento
Inicialmente, a deformação é muito pequena e proporcional à tensão, conforme exige a lei de Hooke. A partir de uma determinada tensão, cessa a proporcionalidade e a deformação cresce mais rapidamente. A posição exata deste limite de proporcionalidade dificilmente pode ser determinada. Quanto mais precisa for a medição, mais baixo ele se obtém. Para a maioria dos materiais, situa-se em δ=0, e a lei de Hooke representa então apenas a primeira aproximação ao comportamento elástico, o primeiro termo do desenvolvimento em série de Taylor da função ℇ=ℇ (δ) nas proximidades da origem do sistema de coordenadas. Se a barra for descarregada, observa-se que, quando a tensão não foi demasiado elevada, a deformação também desaparece, de acordo com a lei de Hooke. Mas isto também se altera quando se ultrapassa uma determinada tensão situada próxima do limite de proporcionalidade, o chamado limite de elasticidade; nesse caso, a deformação total compõe-se de uma parte elástica (recuperável) e de uma parte inelástica (permanente). Nem o limite de elasticidade pode ser determinado com exatidão; ele situa-se tanto mais baixo quanto maior for a precisão da medição.
No entanto, como ela tem grande importância técnica, pois representa o limite de relevância em quase todos os cálculos de resistência dos materiais e, ao mesmo tempo, o limite em que surgem os primeiros danos permanentes, para o ensaio de amostras ela é rigidamente definida por uma convenção adotada; assim, por exemplo, como limite de 0,2% se designa a tensão na qual a dilatação permanente atinge 0,2%.
Imediatamente após ultrapassar o limite de elasticidade, a deformação cresce bruscamente e pode ser observada a olho nu; sob tensão quase constante, a barra alonga-se continuamente. Essa tensão chama-se limite de escoamento.
Nas máquinas hidráulicas de ensaio de materiais, pode igualmente observar-se, após o início do escoamento, uma queda de tensão mais ou menos pronunciada, como indicado no gráfico pela curva tracejada; nesse caso, o máximo é designado limite superior de escoamento, e a tensão constante de escoamento que se segue é o limite inferior de escoamento.
Após se atingir uma determinada dilatação, que é quase totalmente inelástica, a tensão volta a aumentar, e o material enrijece. Nesta zona de carregamento ocorre uma redução notável da secção transversal da barra devido à contração lateral (inelástica), e a evolução posterior do diagrama de tensões e deformações depende, em primeiro lugar, de saber se, no cálculo da tensão, a força de tração P que atua na barra é dividida pela secção inicial Fo ou pela secção instantânea F. Para fins técnicos, interessa a tensão P/F. Essa tensão passa por um máximo, denominado resistência do material, e, quando esse máximo é ultrapassado, a barra estrangula-se fortemente num ponto e rompe-se. A „tensão real“ P/F cresce até à rotura.
O comportamento de outros metais afasta-se, em muitos aspetos, do aqui descrito. O escoamento muitas vezes não é evidente, e o endurecimento começa imediatamente após a ultrapassagem do limite de elasticidade.
Nos materiais frágeis (pedra, vidro, betão) as deformações não elásticas são, em geral, pequenas e, já com uma pequena dilatação, ocorre a rotura. A dilatação total que o material sofre até à rotura é uma medida da ductilidade (em oposição: fragilidade) do material, e para o aço ela é prescrita com precisão nas especificações técnicas. No entanto, como imediatamente antes da rotura a deformação adicional se concentra na vizinhança da zona de secção reduzida, obtém-se um valor diferente da dilatação na rotura, consoante seja adotada para o comprimento de medição uma parte maior ou menor da barra, de modo que, para se obter resultados inequívocos e comparáveis entre si, é necessário adotar antecipadamente uma convenção determinada. Em regra, a dilatação na rotura mede-se marcando-se, numa barra redonda de diâmetro d, antes do ensaio, o comprimento de medição l = 10 d e calculando-se, a partir do seu alongamento ∆l, a dilatação na rotura ℇSl= ∆1/1.
Se for necessário ensaiar barras de outra secção, o comprimento de medição determina-se em função do diâmetro de uma barra cilíndrica circular que tenha a mesma área de secção transversal.