Porque materiais porosos (ex. cerâmicas, concretos) mecanicamente resistem mais secos que saturados em água?

Passo 1

O enunciado pergunta por que materiais porosos, como cerâmicas ou concretos, apresentam maior resistência mecânica no estado seco do que quando estão saturados em água. O conteúdo envolve mecânica dos meios porosos e o princípio da tensão efetiva, além de considerar efeitos de capilaridade e lubrificação que atuam no sistema.

Passo 2

Em meios porosos a tensão total sigma aplicada se subdivide em tensão efetiva sigma' que sustenta o esqueleto sólido e pressão de poro p (água ou ar nos vazios). Esse conceito é expresso por
sigma = sigma' + p
Quando a pressão de poro p aumenta, a tensão efetiva sigma'=sigma-p diminui, reduzindo a resistência ao carregamento.

Passo 3

No material totalmente saturado, todos os poros estão preenchidos por água e sob carga essa água não pode escapar instantaneamente, elevando a pressão de poro p. Como resultado, a tensão efetiva sigma'=sigma-p fica menor e o material cede mais facilmente, apresentando menor resistência.

Passo 4

Em material seco ou insaturado, parte dos poros contém ar seco e meniscos de água que geram pressão capilar negativa ( p<0). Nesse caso a tensão efetiva é
sigma'=sigma - p com p<0Longrightarrowsigma'>sigma,
ou seja, a sucção aumenta a coesão aparente e faz com que o material suporte maiores esforços sem falhar.

Passo 5

Além do efeito de tensão efetiva e capilaridade, a presença de água lubrifica as superfícies de contato entre grãos/minerais, reduzindo o atrito interno e a coesão coloidal. A água também pode promover reações químicas (hidratação excessiva, lixiviação) que enfraquecem a microestrutura. Esses fatores combinados fazem com que o material saturado fique mais frágil.

Resposta

Materiais porosos são mais resistentes secos pois, sem água nos poros, há sucção capilar negativa que eleva a tensão efetiva e aumenta coesão; já na saturação a pressão de poro positiva reduz a tensão efetiva e a água lubrifica e fragiliza o contato entre partículas, diminuindo a resistência.

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