Aula 03 - Ensaios dos materiais Propriedades

Prévia do material em texto

Aula 03: Ensaios dos materiais. Propriedades.
Prof.ª MSc. Antonia Fabiana Marques Almeida
fabiana.almeida@ufca.edu.br
Juazeiro do Norte
Março / 2018
Engenharia Civil
Ensaios de Materiais
• A fim de testar a qualidade dos materiais de construção, 
realizamos ensaios com os mesmos, que podem ser 
executados direta ou indiretamente. 
• Quando se observa o comportamento do material em obras já 
realizadas, o ensaio é feito diretamente, e quando é feito em 
laboratório, diz-se que é indireto. 
• Os ensaios podem ser encarados sob três pontos de vista: 
 Ensaios de controle de produção
 Ensaios de recebimento e 
 Ensaios de identificação. 
03/03/2018 15:17:04 2
Ensaios de Materiais
• Os ensaios de controle de produção são realizados nas 
fábricas, através de laboratórios que asseguram a fabricação 
dos materiais dentro das especificações exigidas. Esses 
ensaios têm as vantagens de diminuir os resíduos de 
fabricação e, consequentemente, os preços do produto, 
aperfeiçoar a qualidade, poder reproduzir um produto já 
lançado por concorrentes, etc. 
• Os ensaios de recebimento verificam se o produto tem as 
qualidades necessárias ao fim a que se destina
• Os ensaios de identificação servem para reconhecer, através 
do maio número possível de constantes, se o produto 
apresentado é o que se tem em vista.
03/03/2018 15:17:04 3
Ensaios de Materiais
03/03/2018 15:17:04 4
Gerais Físicos Massa específica
Porosidade
Permeabilidade
Aderência
Dilatação térmica
Condutibilidade térmica e acústica
Mecânicos Estáticos Tração, compressão, flexão, 
torção, cisalhamento, desgaste
Dinâmicos Flexão, tração, compressão
Fadiga Flexão, tração, compressão
Especiais Metalográficos Macrográfico
Micrográfico
Tecnológicos Dobramento
Maleabilidade
Soldabilidade
Fusibilidade
C
la
ss
ifi
ca
çã
o 
do
s 
e
ns
ai
o
s
Ensaios de Materiais
• Como os valores fornecidos pelos ensaios são relativos, uma 
vez que é grande o número de parâmetros que influenciam, há 
a necessidade da fixação de métodos que, reduzindo ao 
mínimo os fatores de variação, permitam uma comparação 
mais perfeita das características.
• A interpretação dos resultados exige a associação de diferentes 
ensaios. Dados idênticos, na sua aparência numérica, sobre 
uma resistência, por exemplo, podem, na realidade, 
corresponder a qualidades bem diferentes dos materiais 
ensaiados, conforme se tenha considerado ou desprezado 
certo ensaio, ou os ensaios terem sido realizados com certas 
dimensões ou formas dos corpos-de-prova, ou mesmo com 
certas máquinas, empregando certos processos.
03/03/2018 15:17:04 5
Ensaios de Materiais
• Para cada material, realizam-se séries completas de ensaios 
estipulados, e a partir dos dados obtidos, são fixados limites 
numéricos e condições a que o material deve satisfazer, 
constituindo, assim, uma especificação para a recepção do 
material.
• Portanto, especificação é a fixação, tanto quanto possível, 
numérica de limites para as características físicas, químicas e 
mecânicas que definem um dado material.
• Norma é o conjunto de exigências (procedimentos) para a 
execução de obras.
• Uma norma supõe a existência de métodos e especificações. 
Na verdade, não se poderia estabelecer uma norma para a 
execução de obras de concreto armado sem fixar, por ex., as 
condições a que deve satisfazer o aço (sua especificação), que 
deve possuir métodos de ensaio específicos.
03/03/2018 15:17:04 6
Propriedades dos Materiais
Constantes físicas dos materiais
03/03/2018 15:17:04 7
Massa específica
Dá-se o nome de massa específica de um material granular ou pulverulento à 
massa deste em relação ao volume das partículas sólidas, sem considerar os 
vazios, isto é, da unidade de volume somente do material (real). É designado por ρ:
଴
A unidade é massa/volume (g/cm³, kg/litro, kg/m³, etc.)
Este conceito é utilizado para o cálculo de consumo de materiais para a produção 
de compósitos (pastas, argamassas e concretos).
Propriedades dos Materiais
Constantes físicas dos materiais
03/03/2018 15:17:04 8
Massa unitária
Definido como a massa pelo volume do material granular ou pulverulento, 
considerando os vazios. Designa-se por , e deve ter valor inferior se comparado 
com a massa específica do mesmo material.
É utilizado para transformações de medidas de materiais de volume para massa e 
vice-versa. 
A unidade também é massa/volume (g/cm³, kg/litro, kg/m³, etc.)
Propriedades dos Materiais
Constantes físicas dos materiais
03/03/2018 15:17:04 9
Coeficiente de vazios (%)
É dado pela relação entre o volume de vazios (Vv) e o volume total (V).
௩
௩
Pode-se escrever, ainda, através de uma relação entre a massa unitária (d) e a 
massa específica (r):
௩
Propriedades dos Materiais
Constantes físicas dos materiais
03/03/2018 15:17:04 10
Compacidade
É a relação entre o volume compactado (sem vazios) e o volume total (natural), 
dada em porcentagem:
଴
Ou seja, é a relação entre as massas unitária e específica:
Propriedades dos Materiais
Constantes físicas dos materiais
03/03/2018 15:17:04 11
Porosidade
É a relação entre o volume de vazios e o volume total (natural), dada em 
porcentagem:
௩
Observação
A compacidade e a porosidade de um material afetam outras propriedades, tais 
como: a resistência mecânica, absorção de água, permeabilidade, condutibilidade 
térmica, resistência ao congelamento e aos ácidos, etc.
Propriedades dos Materiais
Constantes físicas dos materiais
03/03/2018 15:17:04 12
Absorção
Esta propriedade exprime a capacidade do material absorver e reter água. Sua 
determinação é realizada através da diferença das massas de uma amostra de 
material seco (Ms), e esse mesmo material saturado (Ma). Geralmente é expressa 
em porcentagem da massa do material seco:
௦ ௔
௔
Propriedades dos Materiais
Constantes físicas dos materiais
03/03/2018 15:17:04 13
Traço das pastas
O traço de uma pasta é a proporção em massa ou volume, entre o aglomerante e a 
água, da seguinte maneira:
• O traço em massa é designado por 1:x, onde x é a relação entre a massa de 
água e a massa do aglomerante ெೌ ெ ;
• O traço em volume é designado por 1:a, onde a é a relação entre o volume de 
água e o volume do aglomerante ௏ೌ ௏ .
Utilizando os conceitos dos índices físicos dos aglomerantes, pode-se relacionar 
entre si os valores de a e x (lousa).
Exemplo: Considerando-se uma pasta de cimento, cujo traço em volume é 1:0,40, e 
cuja massa unitária d=1,30 kg/dm³, identificar o traço dessa pasta em massa 
(lousa).
Propriedades dos Materiais
Constantes físicas dos materiais
03/03/2018 15:17:04 14
Rendimento em volume
Denomina-se Coeficiente de Rendimento (CR) em volume de um aglomerante a 
relação entre o Volume de Pasta (Vp) e o Volume de Aglomerante (V) empregado:
ோ
௣
Onde ௣ ெ ఘ (lousa), obtendo-se, a partir daí:
ோ
Propriedades dos Materiais
Constantes físicas dos materiais
03/03/2018 15:17:04 15
Rendimento em massa
Denomina-se Rendimento em Massa (R) de um aglomerante, a relação entre o 
Volume de Pasta (Vp) e a massa de aglomerante empregado:
௣
Da mesma forma que o rendimento em volume, pode-se converter o rendimento em 
massa e representá-lo por:
Propriedades dos Materiais
Constantes físicas dos materiais
03/03/2018 15:17:04 16
Consumo de materiais para produção de pastas
Nos problemas de cálculo de consumo de materiais em compósitos, deve-se 
conhecer o traço em massa, ou em volume, bem como os índices físicos dos 
materiais componentes. A unidade de volume dos compósitos utilizada geralmente é 
m³. Assim, para o caso das pastas, conhecidos o traço em massa (1:x) e a massa 
específica (r) do aglomerante, deve-se determinar a massa M do aglomerante e a 
massa de água Ma (ou Va). Portanto, tem-se:
E a massa (ou volume) de água: ௔ ௔
Propriedades dos Materiais
Constantes físicas dos materiais
03/03/2018 15:17:04 17
Consumo de materiais para produção de pastas
Exemplo: Calcular o consumo de materiais para a produção de 1m³ de pasta de 
cimento no traçoem massa 1:0,30, dados:
௖
௖
Cálculos na lousa.
Propriedades dos Materiais
Constantes físicas dos materiais
03/03/2018 15:17:04 18
Consumo de materiais para produção de pastas
Exemplo: Calcular o consumo de materiais para a produção de 1m³ de pasta de 
cimento no traço em massa 1:0,30 (1 : x), dados:
• ௖
• ௖
௖
௖
௔௚ ௔௚
Cimento em volume: ௖
ெ೎
௏೎
ଵ଺ଵଷ
௏ೡ
௖
Propriedades dos Materiais
Constantes físicas dos materiais
03/03/2018 15:17:04 19
Consumo de materiais para produção de pastas
Exemplo: Calcular o consumo de materiais para a produção de 1m³ de pasta de 
cimento no traço em massa 1:0,30 (1 : x), dados:
• ௖
• ௖
Rendimento em Massa: ோ
௏೛
௏೎
ோ
ଵ଴଴଴
ଵଶସଵ ோ
Rendimento em Volume: 
௏೛
ெ೎
ଵ଴଴଴
ଵ଺ଵଷ
Propriedades Gerais dos Corpos - Mecânicas
03/03/2018 15:17:04 20
Resistência Mecânica
De acordo com Silva (1991), esta é a propriedade que o material tem 
de não ser destruído sob a ação de cargas.
As cargas, agindo sobre o material, podem causar esforços de 
tração, compressão, flexão, cisalhamento e torção, que serão 
aprofundados nas disciplinas de Estruturas (Mecânica e Resistência 
dos Materiais, Concreto, Aço e Análise de Estruturas).
Propriedades Gerais dos Corpos - Mecânicas
03/03/2018 15:17:04 21
Esforços mecânicos:
Propriedades Gerais dos Corpos - Mecânicas
03/03/2018 15:17:04 22
Esforços mecânicos:
• Compressão: é a resultante das tensões ou pressões que existe 
dentro de um sólido deformável ou meio contínuo, caracterizada 
porque tende a uma redução de volume ou um encurtamento em 
determinada direção. Ex.: Pilares.
Propriedades Gerais dos Corpos - Mecânicas
03/03/2018 15:17:04 23
Esforços mecânicos:
• Tração: Dizemos que um elemento está submetido ao esforço de 
tração quando sobre ele atuam forças que tendem a estica-lo. As 
forças atuam no exterior do objeto. Ex.: Cabo de Grua.
Propriedades Gerais dos Corpos - Mecânicas
03/03/2018 15:17:04 24
Esforços mecânicos:
• Flexão: Dizemos que um elemento está submetido a um esforço 
de flexão quando sobre ele atuam forças que tendem a dobrá-lo. 
Ex.: Prateleira com muitos livros no centro. 
Propriedades Gerais dos Corpos - Mecânicas
03/03/2018 15:17:04 25
Esforços mecânicos:
• Torção: Dizemos que um elemento de uma estrutura está 
submetido a um esforço de torção quando sobre ele atuam forças 
que tendem a roda-lo ou a torce-lo. Exemplo: Uma chave ao abrir 
uma fechadura sofre um esforço de torção ou uma chave de 
fendas ao apertar ou desapertar um parafuso.
Propriedades Gerais dos Corpos - Mecânicas
03/03/2018 15:17:04 26
Esforços mecânicos:
• Cisalhamento: Dizemos que um elemento de uma estrutura está 
submetido a um esforço de cisalhamento (ou cisalhante) quando 
sobre ele atuam forças em sentido contrário que tendem a rompe-
lo ou a separá-lo numa seção. Ex.: Parafuso na estrutura.
Propriedades Gerais dos Corpos - Mecânicas
03/03/2018 15:17:04 27
Elasticidade e Módulo de Deformação
A Tensão (σ) é definida como força (F) por unidade de área (A), e é 
expressa em MPa:
A unidade é N/mm² = 10 kgf/cm² = 1 MPa.
Todo material, quando submetido a uma tensão, sofre uma 
deformação, ou seja, suas dimensões e formas são alteradas.
Propriedades Gerais dos Corpos - Mecânicas
03/03/2018 15:17:04 28
Elasticidade e Módulo de Deformação
Por exemplo, um corpo que está sendo tracionado, aumenta de 
tamanho na mesma direção da força que o solicita, e diminui nas 
direções transversais (efeito de Poisson, pois a quantidade de 
matéria deve se manter inalterada). Quando o corpo está sendo 
comprimido, o inverso é verdadeiro, ele diminui na direção da 
compressão, e aumenta na direção da tração.
Nas estruturas, as deformações são mais significativas na direção do 
comprimento das peças, e as tensões são dadas em função da área 
das seções transversais destas. Assim, é conveniente definir-se 
deformação de tração ou de compressão como sendo o aumento ou 
encurtamento por unidade de comprimento, respectivamente.
Propriedades Gerais dos Corpos - Mecânicas
03/03/2018 15:17:04 29
Elasticidade e Módulo de Deformação
Quanto à elasticidade, esta é a capacidade de um material se 
deformar sem apresentar ruptura, retornando à direção original 
quando cessam as solicitações que lhe são impostas. A elasticidade, 
sendo uma medida da rigidez do material, é normalmente avaliada 
por meio de um diagrama que relaciona tensão e deformação.
Robert Hooke estabeleceu uma lei muito importante para o estudo 
da resistência dos materiais elásticos: “Tensão é proporcional à 
deformação”:
Onde, E é o módulo de elasticidade (Módulo de Young);
ε é a deformação.
Propriedades Gerais dos Corpos - Mecânicas
03/03/2018 15:17:04 30
Elasticidade e Módulo de Deformação - Gráficos
a) Quando o material for perfeitamente elástico ( )
φ
f
ε
Propriedades Gerais dos Corpos - Mecânicas
03/03/2018 15:17:04 31
Elasticidade e Módulo de Deformação - Gráficos
b) Quando o material for perfeitamente plástico ( )
f
ε
Propriedades Gerais dos Corpos - Mecânicas
03/03/2018 15:17:04 32
Elasticidade e Módulo de Deformação - Gráficos
c) Quando o material for perfeitamente elástico-plástico
Segundo o seu comportamento frente às tensões e tipos de ruptura, 
alguns materiais, como os aços e concretos, podem ser classificados 
em: Material Frágil, Material Dúctil, Material Dúctil sem Patamar.
f
ε
fe
εe
fe = tensão de limite de escoamento 
do material
εe = deformação correspondente ao 
limite elástico do material
Propriedades Gerais dos Corpos - Mecânicas
03/03/2018 15:17:04 33
Ductibilidade
É a deformação plástica total até o ponto de ruptura do material, 
podendo ser expressa como estricção ou alongamento total.
Estricção, expressa em %, é a redução da área da seção transversal 
do material, imediatamente antes da ruptura:
௢ ௙
଴
Onde: A0 é a área inicial, e Af é a área final.
Alongamento, dado em porcentagem, é:
௢ ௙
଴
Onde: L0 é o comprimento inicial, e Lf é o comprimento final.
Propriedades Gerais dos Corpos - Mecânicas
03/03/2018 15:17:04 34
Ductibilidade
Portanto, quanto mais dúctil é o material, maior é a redução de área 
ou alongamento antes da ruptura. 
Resistência à abrasão
É a capacidade que um material tem de resistir, sem perda de massa 
e volume (desgaste) a cargas abrasivas.
Propriedades Gerais dos Corpos - Mecânicas
03/03/2018 15:17:04 35
Resistência ao Choque (Tenacidade)
É a resistência que o material oferece ao rompimento por choque, ou 
por carga de impacto.
Dureza
É a propriedade segundo a qual o material resiste à penetração de 
um corpo estranho mais duro ou ao risco. Não é proporcional à 
resistência mecânica, uma vez que há materiais que possuem 
cargas de ruptura bem diferentes e dureza semelhantes.
 Tenacidade é frequentemente confundida com a dureza, porém, a dureza de 
certa forma se opõe a tenacidade, pois, os materiais tenazes geralmente são 
pouco duros e vice-versa. Exemplos: o diamante e o vidro embora sejam muito 
duros, são poucos tenazes; entenda bem: eles resistem ao risco, porém, não a 
pancadas (percussão); com a madeira ocorre exatamente o inverso, isto é, ela 
resiste a pancadas, mas não ao risco; o ferro doce (ferro quase puro) é mais 
tenaz e menos duro que o ferro fundido.
Propriedades Gerais dos Corpos - Mecânicas
03/03/2018 15:17:04 36
Resistência à fadiga
Exprime a tensão máxima, alternadamente desenvolvida como 
tração e compressão, a que um material pode resistir quando a peça 
é exposta a dobramentos e desdobramentos consecutivos.
Quando há aplicação alternada de carga, o fenômeno da fadiga 
pode causar a ruptura do material, estando a carga em torno da 
carga de ruptura.
Propriedades Gerais dos Corpos - Térmicas
03/03/2018 15:17:04 37
Resistência ao Fogo
Propriedade, segundo a qual, o material não é destruído pelo fogo. 
De acordo com essa propriedade, os materiais se dividem em 
incombustíveis, fracamente combustíveis, e combustíveis.
• Incombustíveis: são os materiais que não se inflamam sob a ação 
do fogo ou dealtas temperaturas, podendo ou não se deformar.
• Fracamente combustíveis: são os materiais que dificilmente se 
inflamam, mas se consomem e calcinam sob a ação do fogo ou 
de alta temperatura.
• Combustíveis: são aqueles materiais que se inflamam e se 
consomem sob a ação do fogo ou de altas temperaturas.
Propriedades Gerais dos Corpos - Térmicas
03/03/2018 15:17:04 38
Resistência ao Calor
É a capacidade de resistir à ação prolongada de altas temperaturas 
sem se deformar. Há materiais que, além de suportarem altas 
temperaturas, também suportam mudanças bruscas de temperaturas 
e se classificam em:
• Materiais refratários: suportam temperaturas maiores que 
1.580ºC;
• Materiais dificilmente fundidos: suportam temperaturas de 1.300 a 
1.580ºC;
• Materiais facilmente fundidos: suportam temperaturas inferiores a 
1.300ºC.
Propriedades Gerais dos Corpos - Térmicas
03/03/2018 15:17:04 39
Capacidade de Transferir Calor
É a capacidade que um material possui de conduzir calor, medida 
pela condutividade térmica, a qual afere a quantidade de calor 
transferida, na unidade de tempo por área, através de uma camada 
de espessura unitária.
Expansão Térmica
É avaliada pelo coeficiente de dilatação térmica linear, que é o 
alongamento relativo da peça por unidade de temperatura.
Capacidade de Armazenar Calor
Esta propriedade é avaliada pelo calor específico, o qual se refere à 
quantidade de energia térmica requerida para elevar a 1ºC a unidade 
de massa do material.
Propriedades Gerais dos Corpos - Químicas
03/03/2018 15:17:04 40
São propriedades segundo as quais, o material resiste à ação de 
agentes agressivos.
A maior parte dos materiais de construção não resiste à ação de 
ácidos e bases. Os ácidos atacam a madeira, o calcário, a dolomita, 
o cimento, etc. São resistentes aos ácidos: materiais cerâmicos 
compactos e algumas pedras naturais, como basalto. As soluções 
alcalinas concentradas atacam os produtos betuminosos.
Além dos agentes agressivos citados, há também: a água do mar, os 
ambientes industriais, os ambientes úmidos, os poluídos, etc.
Dentre as propriedades químicas mais importantes, há o destaque à 
resistência à oxidação, resistência à degradação térmica, 
resistências às radiações ultravioletas (UV), resistência à água.
Outras Propriedades
03/03/2018 15:17:04 41
Podem ser citadas, também, as propriedades elétricas e óticas.
As propriedades elétricas são observadas em função da condução 
de eletricidade. Os materiais podem ser condutores de eletricidade 
ou dielétricos, também chamados de isolantes.
Quanto às propriedades óticas, estas podem informar sobre a 
estrutura e ordenação molecular de um material. As mais 
importantes são: transparência, reflexão e refração.
Aula 03: Ensaios dos materiais. Propriedades.
Prof.ª MSc. Antonia Fabiana Marques Almeida
fabiana.almeida@ufca.edu.br
Juazeiro do Norte
Março / 2018
Engenharia Civil