Em "Estruturas: ou por que as coisas não caem", James Gordon fala sobre as árvores sendo protendidas com o exterior em tensão e o interior em compressão. Por que torna uma árvore mais forte para tê-la em tensão na superfície e na compressão no núcleo e como leio o gráfico na primeira foto abaixo?
Além disso, na terceira foto, ele fala sobre fazer o inverso com uma viga de concreto. Como você cria tensão usando vergalhões?
Respostas:
Os gráficos são gráficos de estresse versus posição. Stress é a força por unidade de área exercida em um material. Valores positivos são tensão e valores negativos são compressão.
O primeiro gráfico (mais à esquerda) mostra a tensão normal versus a posição que seria esperada da flexão se não houvesse pré-tensão. O gráfico do meio mostra o pré-estresse na árvore. O gráfico mais à direita mostra a superposição , ou soma, da tensão de flexão e da pré-tensão.
Na engenharia mecânica, a força é definida como a tensão máxima que um material pode tolerar antes de falhar. Todo material possui limites de força exclusivos, chamados de força máxima . Em alguns materiais, isso é o mesmo em tensão e compressão, mas em outros os esforços finais de tração e compressão são diferentes. A maioria dos metais tem aproximadamente a mesma resistência à tração e à compressão, mas materiais como madeira e concreto se enquadram na última categoria, onde a resistência à tração e à compressão são significativamente diferentes.
O artigo que você forneceu afirma que a resistência à tração máxima da madeira é maior que a resistência à compressão máxima. Se a árvore não fosse protendida, o lado afastado do vento sempre falharia primeiro, porque, como mostrado no primeiro gráfico, as forças máximas de tração e compressão são as mesmas na flexão sem pré-tensão. Por ter um pré-esforço de tração na parte externa da árvore, a árvore pode reduzir o estresse máximo de compressão e, assim, enfrentar ventos mais fortes. Observe que, como conseqüência da Terceira Lei de Newton, deve haver pré-tensão de tração e compressão para equilibrar as forças.
No concreto, a situação é diferente porque o concreto tem essencialmente resistência à tração zero. O concreto protendido evita falhas ao colocar o vergalhão de aço em um estado de pré-tensão de tração e o concreto em um estado de pré-tensão de compressão. Isso pode ser feito esticando o vergalhão enquanto o concreto está sendo derramado ou derramando concreto ao redor dos cabos revestidos para impedir que o concreto grude no cabo. Neste último caso, os cabos são apertados para protensão do concreto após a cura.