Tensão (σ): definição, tipos, curva σ–ε e calculadoras
Tensão (σ): o esforço interno dos materiais
Tensão é a força interna por área que equilibra carregamentos externos. Ela permite comparar componentes de tamanhos diferentes e é a base para entender escoamento, UTS e ruptura na curva tensão–deformação. Abaixo, definimos o que é, como medir, como usar em projeto e trazemos valores típicos, glossário e mini-calculadoras.
1) Conceito formal e tipos de tensão
Faça um corte imaginário em uma peça carregada. Para manter o equilíbrio, surgem forças internas na superfície do corte. A tensão normal atua perpendicular ao corte; a tensão de cisalhamento atua paralela.
Onde [latex]F[/latex] é a força axial (N), [latex]V[/latex] a força cortante (N) e [latex]A_0[/latex] a área inicial da seção (m² ou mm²). As unidades de tensão são as de pressão: Pa (SI), sendo prático usar MPa (= N/mm²) e GPa. Em catálogos, aparecem também psi e ksi.
2) Curva tensão–deformação (σ–ε): leitura essencial
Em tração uniaxial, a curva [latex]\sigma-\varepsilon[/latex] condensa todo o comportamento: região proporcional (Lei de Hooke), escoamento, encruamento, UTS e ruptura. Em materiais sem patamar de escoamento, usa-se [latex]\sigma_{0{,}2\%}[/latex] (offset de 0{,}2%).
3) Tensões multiaxiais (visão rápida)
Em estados gerais, usa-se uma tensão equivalente para comparar com [latex]\sigma_y[/latex] de tração uniaxial. Os critérios clássicos são von Mises (energia de distorção) e Tresca (máxima tensão de cisalhamento).
Para a maioria dos metais policristalinos, von Mises representa melhor os dados; Tresca é mais conservador.
4) Valores típicos de tensões (20–25 °C)
Ordens de grandeza para estimativa. Processos (tratamento térmico, encruamento), composição e direção (textura) podem alterar substancialmente. Para projeto final, use dados do fornecedor ou ensaio (ASTM/ISO).
| Material | Escoamento σᵧ (MPa) | UTS (MPa) | Observações |
|---|---|---|---|
| Aço carbono (ASTM A36) | 250 | 400–550 | Clássico em estruturas |
| Aço inox 304 | 205 | ≈515 | Resistência à corrosão |
| Aço 4340 (tratável) | 450–750 | 750–900 | Varia com TT |
| Alumínio 6061-T6 | ≈275 | ≈310 | Boa relação σ/ρ |
| Titânio Ti-6Al-4V | ≈830 | ≈900 | Aeroespacial |
| Cobre recozido | ≈70 | ≈220 | Dúctil, condutor |
| PA 6/6 (Nylon) | 45–80 | 60–90 | Polímero de engenharia |
| PC (Policarbonato) | ≈60 | ≈65 | Muito tenaz ao impacto |
| PEAD | 20–30 | 25–35 | Flexível, quím. resistente |
| Alumina (Al₂O₃) | — | 250–350* | *Resistência à flexão; material frágil, sem escoamento |
| SiC (carbeto de silício) | — | ≈400* | *Flexão; tração é difícil |
| CFRP (‖ fibras) | — | 1500+ | Anisotrópico; direção importa |
5) Notas de projeto e armadilhas
- Dimensione por σᵧ (com fator de segurança) quando não se admite plastificação em serviço.
- Triaxialidade/entalhes elevam tensões locais e reduzem ductilidade.
- Temperatura/taxa afetam σ e E (polímeros variam muito); documente condições de ensaio.
- Engenharia × verdadeira: após estricção, prefira grandezas verdadeiras para análise de falha.
6) Vocabulário mínimo (PT ↔ EN)
| PT | EN | Significado de uso |
|---|---|---|
| Tensão (normal) | Normal stress | Força por área perpendicular ao plano |
| Tensão de cisalhamento | Shear stress | Força por área paralela ao plano |
| Tensão de escoamento | Yield strength | Início da plasticidade (ou offset 0.2%) |
| UTS (resistência à tração) | Ultimate tensile strength | Tensão máxima (engenharia) |
| Estricção | Necking | Localização da deformação após UTS |
| Tensão verdadeira | True stress | Força pela área instantânea |
| Coeficiente de segurança | Safety factor | σadm = σᵧ / CS |
7) Mini-calculadoras
A) Tensão normal (σ = F / A₀)
— mm²
—
—
B) Conversor MPa ↔ Pa ↔ psi ↔ ksi ↔ bar
—
145,0377 psi
1 MPa = 1 N/mm²
Padronize relatórios em MPa
C) Força máxima admissível (σᵧ e coef. de segurança)
— mm²
—
—
—
Convencione unidades: se a área estiver em mm² e σᵧ em MPa, o cálculo é direto (1 MPa = 1 N/mm²).
