Comprimir ou esticar?

Cada parte de uma estrutura está sendo empurrada ou puxada pelas partes vizinhas. Os engenheiros classificam essas forças internas em alguns tipos:

• Compressão: o material é comprimido. Uma coluna sob um telhado, uma pilha de livros sob uma mão.
• Tração: o material é esticado. Uma corda segurando uma lâmpada, um cabo de ponte, um elástico esticado.
• Cisalhamento: camadas do material tentam deslizar umas pelas outras, como ao cortar papel com uma tesoura.
• Flexão: uma viga se curva, então sua aresta superior é comprimida e a aresta inferior é esticada.

Uma força, sozinha, não diz se uma peça vai resistir. O que importa é a força distribuída sobre a área que a suporta. Isso é o estresse: stress = force ÷ area, medido em pascals (Pa) ou megapascals (MPa, milhões de pascals). Uma carga de 1 kN (aproximadamente o peso de uma massa de 100 kg) pendurada em uma haste com uma seção transversal de 100 mm² resulta em 1 000 N ÷ 0.0001 m² = 10 MPa.

Os materiais não são igualmente bons nos dois tipos de esforço. Pedra, tijolo e concreto são resistentes à compressão e fracos à tração. Como regra geral, a resistência à tração deles é de cerca de um décimo da resistência à compressão, ou até menos. Puxe uma viga de pedra e ela vai rachar muito antes que um bloco de pedra comprimido do mesmo tamanho se quebre. O aço e a corda são o tipo oposto de material: o aço é resistente nos dois casos, e uma corda ou um cabo é excelente à tração, mas inútil à compressão, porque uma corda simplesmente fica frouxa quando você a empurra.

Há mais um detalhe. Uma peça esbelta que é comprimida não se quebra primeiro; ela flamba, curvando-se para o lado como uma régua pressionada pelas duas extremidades. É por isso que as colunas de pedra são grossas e que os elementos de aço comprimidos são feitos como tubos ou seções altas, em vez de hastes finas.

A lição para quem projeta estruturas é que a forma de uma estrutura decide qual força interna ela usa. Muitas vezes, você pode escolher a forma para que um material fraco à tração sinta apenas compressão. É exatamente isso que um arco faz. E, quando você tem um material resistente à tração, um cabo é a maneira mais leve possível de transportar uma carga através de um vão.