O que é uma concentração de estresse?

A concentração de tensão é um fenômeno que pode ser causado por um furo, uma curva acentuada ou um defeito em um objeto quando a força é aplicada. Isso se deve ao fato de que irregularidades na estrutura de um objeto tendem a resultar em um aumento do estresse em determinadas áreas. Esses locais são normalmente chamados de concentrações de estresse, pois representam áreas onde as forças de estresse são aumentadas. Um objeto com estrutura bastante uniforme tenderá a ser muito mais resiliente do que um objeto semelhante que tenha uma ou mais concentrações de tensão. Isso se deve ao fato de que o aumento da pressão encontrada em uma concentração de tensão normalmente deixa um objeto muito mais vulnerável a danos por estalos, rachaduras ou quebras de alguma outra maneira.

Quando a estrutura de um objeto é bastante uniforme, o estresse tende a ser distribuído uniformemente por toda a substância. Uma maneira de visualizar isso é uma placa plana com linhas de força espaçadas uniformemente ao longo da superfície. Se um furo for perfurado na placa, qualquer tensão aplicada à placa será concentrada em ambos os lados. Isso se deve ao fato de as linhas de força não poderem passar através do material que foi removido quando o furo foi perfurado. As linhas de força devem contornar o buraco, resultando em áreas de tensão concentrada, aumentando a probabilidade de a placa quebrar nesse local, se for aplicada força excessiva.

Praticamente qualquer objeto que não possua uma estrutura totalmente uniforme conterá algum tipo de concentração de tensão. Se a substância da qual um objeto é feito contiver algum contaminante ou defeito, por menor que seja, tenderá a resultar na concentração das linhas de força. Isso torna especialmente importante a remoção de contaminantes ao construir objetos que serão submetidos a muito estresse. Pequenas rachaduras também resultam em concentração de tensão, o que pode levar a fraturas muito maiores ao longo do tempo.

A estrutura geométrica de um objeto também pode resultar em concentração de tensão. Alguns exemplos comuns incluem vigas ocas e retas e eixos com ranhuras circunferenciais ou filetes de ombro. Cada uma dessas formas possui um padrão diferente de concentração de tensão, que pode resultar na falha de um objeto ou componente em determinadas circunstâncias. Devido à falta de material de apoio no centro, uma viga quadrada oca tenderá a falhar se for torcida. Outros objetos, como eixos com ranhuras ou filetes, podem falhar sob forças de torção, flexão ou axial.