1. Suponha que um corpo de prova de alumina foi submetido a um ensaio de tração e fraturou a uma tensão de 300 MPa . No entanto, quando foi testado em compressão, sua resistência foi igual a 3.000 MPa . Explique detalhadamente as razões destas diferenças.

Passo 1

O enunciado diz que um corpo de prova de alumina fraturou em ensaio de tração a sigmat = 300 MPa, mas resistiu até sigmac = 3000 MPa em compressão. O conteúdo aqui é mecânica da fratura em materiais cerâmicos, especialmente a influência de defeitos e do modo de carregamento (tração versus compressão) na resistência.

Passo 2

Cerâmicas como a alumina são materiais frágeis e praticamente não apresentam plasticidade. Em tração, a abertura de microtrincas e defeitos superficiais concentra o esforço na ponta desses defeitos e leva à fratura rápida. Segundo o critério de Griffith, a resistência em tração é limitada pelo maior defeito ativo, de modo que
sigmaf approx raiz2Egammapi a,
onde E é o módulo de elasticidade, gamma a energia de superfície e a o comprimento de uma falha. Mesmo defeitos micrométricos reduzem fortemente sigmaf, levando ao valor de cerca de 300 MPa.
Em compressão, a situação inverte-se: as trincas e defeitos tendem a fechar sob carregamento, reduzindo a concentração de tensões na ponta. Além disso, o modo de falha compressivo envolve esmagamento por escoamento frágil ou deslizamento intergranular, que requer muito mais energia para se propagar. Com isso, a resistência chega ao valor muito maior de 3000 MPa.

Passo 3

Do ponto de vista do fator de intensidade de tensão KI, em tração há modo I aberto de fratura, e a condição de propagação é
KI = Y,sigmatraizpi a >= KIC,
sendo KIC baixo para cerâmicas. Em compressão esse modo I não ocorre; a fratura compressiva está relacionada a modos de cisalhamento e esmagamento, com fatores de concentração muito menores, elevando a resistência aparente.

Passo 4

Em resumo, a grande diferença entre sigmat e sigmac na alumina decorre de
  1. A abertura de defeitos sob tração, que concentra tensões e provoca falha a baixas tensões;
  2. O fechamento desses defeitos sob compressão, que inibe a propagação de trincas e exige modos de esmagamento mais energéticos.

Resposta

A alumina é frágil e apresenta defeitos microscópicos que, sob tração, abrem-se e concentram tensão, levando à fratura em torno de 300 MPa. Em compressão, esses defeitos fecham-se, reduzindo concentrações de tensão e exigindo modos de esmagamento ou cisalhamento para falhar, o que eleva sua resistência para cerca de 3000 MPa.

Exercícios relacionados