MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO-I-AULA-02

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20/08/2015
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Engenharia Civil
5° Período
Materiais de Construção I
Introdução à Ciência dos 
Materiais
Materiais de Construção I
Ciência e a Engenharia de Materiais
Entende-se como Ciência o corpo de conhecimentos
sistematizados que, adquiridos via observação, identificação,
pesquisa e explicação de determinadas categorias de
fenômenos e fatos, são formulados metódica e
racionalmente (HOUAISS, 2004).
Ciência e a Engenharia de Materiais
A engenharia pode ser entendida como a atividade em que
se realiza a aplicação de métodos científicos ou empíricos à
utilização dos recursos da natureza em benefício do ser
humano.
Assim, a Engenharia além da Ciência, está baseada na
Tecnologia, porque busca responder às necessidades
concretas da sociedade, pela aplicação sistemática dos
conhecimentos utilizados na produção de bens e serviços
(ISAIA, 2007).
Ciência e a Engenharia de Materiais
“Avanços significativos foram conseguidos para os materiais
empregados pelo homem para solucionar as necessidades de
seu cotidiano quando as ciências básicas como a Física,
Química e Matemática ofereceram teorias e ferramentas para
explicar fenômenos relacionados com sua estrutura...”
Ciência e a Engenharia de Materiais
“...no início do século 20, as descobertas científicas
apontaram maior conhecimento das propriedades, a partir da
estrutura dos materiais...formando uma base comum para
compreensão dos principais materiais utilizados...ferrosos,
cerâmicos e orgânicos...”
“...surge então, o ramo da ciência conhecido como CEM – Ciência e
Engenharia dos Materiais, definido por Cohen (1987) como a área da
atividade humana associada com a geração e aplicação de
conhecimento que relaciona composição, estrutura e processamento
dos materiais às suas propriedades e uso...”
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Ciência e a Engenharia de Materiais
http://www.ufrgs.br/napead/repositorio/
objetos/reciclagem-materiais-
metalicos/pag4.php
Importância do estudo e da escolha dos 
materiais
A escolha de dado material para caso específico depende não
somente do conhecimento técnico-científico do engenheiro,
mas também de sua experiência acumulada, porque nem
sempre o enfoque técnico leva à melhor solução com base
em evidências aparentes.
Além dessas questões, deve ser levadas em conta, em
determinada escolha de material, as questões ambientais
ligadas ao consumo de energia, poluição, descarte, etc.
(ISAIA, 2007).
Importância do estudo e da escolha dos 
materiais
conhecimento técnico-científico 
X
experiência acumulada
Importância do estudo e da escolha dos 
materiais
Exemplo:
...a escolha de classe de resistência característica (fck), mais
elevada no projeto de estrutura de concreto permite que se
obtenha secções mais esbeltas, de menor massa e carga nas
fundações da construção...
...o advento do concreto de alta resistência ou alto
desempenho (CAD) possibilitou que esses ganhos fossem
potencializados...
Importância do estudo e da escolha dos 
materiais
Exemplo:
Evolução comparativa de pilar curto calculado pela Norma Norueguesa NS 3473, em igualdade de 
carregamento (1992) (Helland, 1988).
Ano fck (MPa) Pilar curto de concreto Armadura
cm cm² Índice cm² Índice
1939 29 40x40 1600 100 14,3 100
1963 45 28x28 784 49 7,9 55
1973 65 23x23 529 33 6,8 48
1989 105 15x15 240 15 5,9 41
Importância do estudo e da escolha dos 
materiais
O conhecimento de materiais e técnicas pode auxiliar no
combate e/ou prevenção de possíveis problemas (patologias)
futuros.
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Importância do estudo e da escolha dos 
materiais
“Reações anódica e 
catódica, são reações de 
oxirredução (ganho ou 
perda de elétrons) que 
ocorrem nos eletrodos 
denominados catodos e 
anodos de pilhas ou 
células eletrolíticas, no 
anodo ocorre a reação 
de oxidação e no catodo 
a reação de redução.”
David Whitmore -
Vector Corrosion
Technologies
Classificação dos Materiais
Classificação técnico-científica
“...segundo a microestrutura, os materiais sólidos são
agrupados em três classes: metais, cerâmicos e polímeros...
...além desses, ainda existe mais três grupos na área da
Engenharia: os compósitos, os semicondutores e os
biomateriais...(ISAIA, 2007).
Classificação dos Materiais
Classificação técnico-científica
Os compósitos são combinação de dois ou mais materiais
diferentes;
Os semicondutores apresentam características elétricas
específicas;
Os biomateriais (classe recente) utilizada usualmente em
próteses compatíveis com os tecidos humanos.
Classificação dos Materiais
Metais
São compostos de combinação de elementos metálicos que
possuem grande quantidade de elétrons livres, não ligados a
qualquer átomo em particular, constituindo-se na
denominação ligação metálica, que se configura numa
“nuvem” eletrônica com o compartilhamento dos elétrons
entre átomos vizinhos (ISAIA, 2007).
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Classificação dos Materiais
Metais
As propriedades dos metais derivam dessa sua constituição.
• Bons condutores de eletricidade e calor;
• Resistentes e deformáveis;
• Aplicações estruturais.
Classificação dos Materiais
Classificação dos Materiais
Cerâmicas
Formadas por espécies químicas metálicas e não metálicas,
com ligações iônicas e covalentes...apresentando
propriedades características específicas (ISAIA, 2007).
Classificação dos Materiais
Cerâmicas
“Grande parte dos materiais cerâmicos típicos é composto de
sílica, alumina, magnésia ou cal.”
As cerâmicas tradicionais são obtidas a partir de argilo-
minerais e areia, enquanto as avançadas, são constituídas de
óxidos, nitretos, carbonetos e boretos de alta pureza...com
composição definida, tamanho, forma e distribuição das
partículas controladas (PADILHA, 1997).
Classificação dos Materiais
Cerâmicas
A sílica pura ocorre sob duas 
formas, quartz e cristobalite. O 
silício, com configuração 
tetraédrica, é sempre ligado a 
quatro átomos de oxigênio, mas 
as ligações têm acentuado 
caráter iônico.
Classificação dos Materiais
Polímeros
“Macromoléculas orgânicas formadas pela união de
substâncias simples, chamadas monômeros, poder ser de
origem natural ou sintética.” (ISAIA,2007).
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Classificação dos Materiais
Polímeros
...se constituem em moléculas de cadeia longa com grupos
repetitivos que apresentam ligações covalentes, geralmente
muito fortes...os principais elementos dessas cadeias são o
carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, flúor e outros não
metálicos...
Ligação covalente é uma ligação química caracterizada pelo 
compartilhamento de um ou mais pares de elétrons entre átomos, 
causando uma atração mútua entre eles, que mantêm a molécula 
resultante unida. O nome ligação covalente surgiu em 1939.
Classificação dos Materiais
Polímeros
As matérias-primas principais são o petróleo e o gás natural...
...a fração mais importante do petróleo para a produção de
polímeros é a nafta, que representa, aproximadamente 20%
do volume total destilado...
Classificação dos Materiais
Polímeros
POLÍMEROS NATURAIS
Ex.: Borracha Natural
Apresentam um arranjo desordenado e, quando submetidas a uma 
tensão, podem ser “espichadas”, formando estruturas com 
comprimento maior que o original.
• Origina lâminas de pequena resistência e 
elasticidade
• Utilização limitada
• Quebradiça em dias frios
• Gosmenta em dias quentes
POLÍMEROS SINTÉTICOS(ARTIFICIAIS)
• Podem ser classificados em três grupos: 
• polímeros de adição 
• polímeros de condensação 
• polímeros de rearranjo
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Polímeros Vinílicos
Ex.: Polietileno
PEBD: Polietileno de baixa densidade (Cadeia ramificada)
• Bolsas de todo tipo: supermercados, 
boutiques, panificação, congelados, 
industriais, etc.;
• Embalagem automática de alimentos e 
produtos industriais: leite, água, 
plásticos, etc.;
• Stretchfilm;
• Garrafas térmicas e outros produtos 
térmicos;
• Frascos: cosméticos, medicamentos e 
alimentos;
• Mangueiras para água;
PEAD: Polietileno de alta densidade (Cadeia normal)
• Frascos para: detergentes, shampoo, etc.;
• Bolsas para supermercados;
• Caixotes para peixes, refrigerantes, cervejas;
• Frascos para pintura, sorvetes, azeites;
• Tambores;
• Tubulação para gás, telefonia, água potável, 
lâminas de drenagem e uso sanitário;
• Também é usado para recobrir lagoas, canais, 
fossas de neutralização, contra tanques, tanques 
de água, lagoas artificiais, etc...
Polipropileno (PP)
• Brinquedos; 
• Autopeças; 
• Copos Plásticos;
Poliestireno (PS) (Isopor)
• Construção civil 
• Confecção de caixas térmicas
Policloreto de vinila (PVC)
• Tubos e conexões
• Caixas
• Telhas
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Classificação dos Materiais
Compósitos
Compósitos ou materiais conjugados – união de dois ou mais
materiais com o objetivo de propriedades especiais não
apresentada isoladamente (ISAIA, 2007).
Classificação dos Materiais
Compósitos
Classificação dos Materiais
Compósitos
Classificação dos Materiais
Compósitos
Classificação dos Materiais
Compósitos
Classificação dos Materiais
Semicondutores
“...material com composição formada, principalmente, pelo
silício e o germânio...além do gálio, arsênio, cádmio e
telúrio...que formam ligações covalentes semelhantes aos
dos materiais cerâmicos...”
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Classificação dos Materiais
Semicondutores
O germânio é um metal sólido, duro, cristalino, 
de coloração branco acinzentada, lustroso, 
quebradiço, que conserva o brilho em 
temperaturas ordinárias.
O silício é um elemento químico de símbolo Si 
de número atômico 14 com massa atómica 
igual a 28 u. À temperatura ambiente, o silício 
encontra-se no estado sólido.
Classificação dos Materiais
Biomateriais
Empregados em implantes no corpo humano para
substituição de partes danificadas, principalmente osso. Não
podem produzir substância tóxicas e devem ser compatíveis
com os tecidos...com a função de suprir a falta de um órgão
ausente ou restaurar uma função
comprometida...(CALLISTER, 2002).
Classificação dos Materiais
Biomateriais
Bioconcreto!
Classificação dos Materiais
Biomateriais
Classificação dos Materiais
Biomateriais
http://engiobra.com/bioconcreto/
Classificação dos Materiais
Biomateriais
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Classificação dos Materiais
Biomateriais
Classificação dos Materiais
Biomateriais
A Calcita, é um mineral com composição química CaCO3, com clivagem perfeita e
romboédrica.
Cristaliza em uma grande variedade de formas e também como estalactites. Pode
ser fluorescente e fosforescente. É fonte de cálcio e cal, sendo importante também
como pedra decorativa (mármore-ônix) e em instrumentos óticos (quando límpida
e incolor).
Principal constituinte dos calcários e mármores, ocorrendo também em conchas,
como cimento em rochas sedimentares e em carbonatos.
Tem como principal elemento formador, o cálcio.
Classificação dos Materiais
Biomateriais
Especificações Técnicas
Especificações Técnicas
Elementos escritos de um projeto de Engenharia
O memorial descritivo é a simples descrição e indicação dos
materiais a serem empregados e dos locais da construção
(BAUER, 2000).
Especificações Técnicas
Elementos escritos de um projeto de Engenharia
As especificações técnicas indicam minuciosamente as
propriedades mínimas que os materiais devem apresentar e a
técnica que será empregada na construção...
...destina-se ao construtor, e visam assegurar que a obra seja
realizada com os cuidados apontados no projeto.
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Especificações Técnicas
Elementos escritos de um projeto de Engenharia
Exemplo:
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Especificações Técnicas
As especificações
As especificações e memoriais descritivos costumam ser
divididos em duas partes:
Especificações para os materiais;
Especificações para a execução.
“...é na cadeira Materiais de Construção que se aprende as
qualidades, os defeitos e as possibilidades de cada
material...”
Especificações Técnicas
Como especificar
• Usar maior exatidão possível, definindo todos os
elementos que possam variar de procedência;
• Citar os dados técnicos do material desejado;
• Nomear, classificar, tipologia, dimensões, procedência e
eventualmente marca;
• Revisar para evitar esquecer de algum material;
• Consultar catálogos específicos;
• Organizar guia para as especificações.
Estudo de Caso
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