cap54 - Materiais de construção civil: perspectivas e desafios futuros

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Livro: Materiais de Construção Civil 
Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
V. M. JOHN – Univ. de São Paulo 
P. J. P. GLEIZE – Univ. Federal 
de Sta Catarina 
Materiais de construção: perspectivas e 
desafios futuros
Capítulo 54
Livro: Materiais de Construção Civil 
Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
• Os materiais de construção têm apresentado evolução
tecnológica incremental.
• Os materiais empregados hoje (exceto os plásticos) foram
desenvolvidos há mais de 100 anos.
• É certo que, nesse período de tempo, estes materiais
melhoraram suas propriedades.
• Porém, até recentemente, poucas eram as revoluções
tecnológicas importantes observadas no campo de
materiais de construção civil.
• Este cenário, no entanto, está mudando rapidamente.
Introdução
Livro: Materiais de Construção Civil 
Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
• O setor da construção civil é uma área chave para o
desenvolvimento sustentável por sua capacidade de
retratar nossa sociedade na sua procura por segurança,
conforto e bem-estar.
• Esta exigência social anima um setor econômico
particularmente amplo, constituído por cadeias produtivas
técnicas que:
• exploram recursos renováveis ou não,
• transformam as matérias-primas em produtos técnicos cada
vez mais evoluídos e,
• montam o conjunto num produto final relativamente
complexo.
Introdução
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Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
• Nesta perspectiva de desenvolvimento sustentável, a
sociedade deverá ser capaz de encontrar as inovações
necessárias para vencer desafios como:
• redução da poluição, incluindo a redução da emissão de
gases ao efeito estufa;
• economia de energia e emprego de energias renováveis;
• redução de consumo de materiais não renováveis e
proteção da natureza;
• uso racional da água;
• proteção da saúde humana e melhoria da qualidade de vida.
Introdução
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• Esses desafios do setor deverão transformar os materiais
de construção e seus componentes rapidamente.
• O desenvolvimento futuro dos materiais de construção
será, certamente, resultado da aplicação intensiva dos
conhecimentos da ciência de materiais e seus conceitos.
• Ex.: os aditivos “superplastificantes” para concreto, que têm
propiciado o grande aumento da resistência, são moléculas
orgânicas projetadas e sistematicamente aperfeiçoadas.
Introdução
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• A grande escala de produção e a concentração observada
em alguns mercados, como o do cimento, tem tornado
viável a realização de investimentos pesados em pesquisa
visando ao desenvolvimento de novas soluções.
• Nesses grupos de pesquisa, prevalece a abordagem
multidisciplinar com engenheiros de materiais, químicos,
físicos trabalhando lado a lado com os engenheiros civis
que dominam as aplicações e suas necessidades.
Introdução
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• Termos como nanotecnologia, materiais multifuncionais,
materiais com gradações funcionais, materiais
autolimpantes, começam a se tornar comuns na
engenharia civil e arquitetura.
• Mas, certamente, dada a escala de produção dos
materiais de construção civil, os materiais de construção
do futuro continuarão sendo compostos
predominantemente de espécies químicas abundantes,
como o Si, Al, Fe, Ca e oxigênio.
Introdução
Livro: Materiais de Construção Civil 
Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
• Problemas ambientais da construção civil: alto consumo
de matérias-primas não renováveis, geração de resíduos,
poluição no processamento e transporte, etc. A superação
desses limites vai exigir o desenvolvimento de materiais
de alta eco-eficiência, que:
• permitam consumo de materiais significativamente inferior
ao dos materiais tradicionais, atendendo as diferentes
funções – estruturais, isolamento acústico, térmico, etc.;
• propiciem a construção com impacto ambiental ao longo do
seu ciclo de vida menor que as soluções tradicionais e que
sejam recicláveis ou desmontáveis e reutilizáveis;
• apresentem grande durabilidade nos ambientes a que se
destinam.
Materiais de alta eco-eficiência
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• Produto, baseado em cimento Portland convencional, que pode atingir
resistências de até 800 MPa e resistência à tração de até 50 MPa,
valores numa ordem de grandeza superior aos dos concretos de alta
resistência
• Versão reforçada de CPR com microfibras de aço (DuctalTM): permite
dividir por três a massa de estruturas de concreto e tem sido utilizado
em pontes de pedestres
Concreto de pós-reativos - CPR
Figura 1- Ponte de pedestres Seonyu, em Seul.
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• O alto desempenho é produto de uma combinação de
abordagens:
• diminuição da porosidade pela utilização de uma distribuição
granulométrica extensa, obtida pela combinação de finos;
• projeto de granulometria de forma que cada partícula maior está
cercada por várias partículas menores, que distribuem as tensões;
• relação água/cimento freqüentemente abaixo da necessária para
hidratar todo o cimento, viabilizada por aditivos dispersantes
eficientes, uma vez que a resistência do grão anidro e seu módulo
de elasticidade são superiores;
• reforço com fibras de aço;
• diminuição dos defeitos de moldagem, pois o produto é auto-
adensável.
Concreto de pós-reativos
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• Além de baixa porosidade que confere enorme resistência
à degradação na maioria dos ambientes, o produto é auto-
reparável, devido ao alto teor de cimento anidro: eventuais
fissuras são preenchidas pelos produtos da hidratação dos
grãos anidros expostos.
• O produto não é isento de problemas: o fíler de quartzo
traz para os trabalhadores o risco de silicose, caso não
sejam tomadas medidas adequadas de proteção.
• Essa tecnologia demonstra as possibilidades introduzidas
pelo estrito controle de agregados e seleção de
agregados. Deve-se esperar uma sofisticação crescente
das especificações dos produtos e aperfeiçoamento
crescente dessa indústria no futuro próximo.
Concreto de pós-reativos
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Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Variação das propriedades de acordo com as necessidades
• Ex.: gradientes de porosidade, produzidos por gradientes no
teor de ar incorporado ou variação gradual na composição
(água, por exemplo), em peças fletidas podem reduzir muito
o peso próprio e podem produzir peças de grande inércia e
resistência à flexão com redução de consumo de materiais.
• Dias et al. (2006) demonstram que o conceito pode ajudar
na redução de consumo de fibras plásticas para a produção
de telhas onduladas de fibrocimento e até de chapas planas,
com significativa redução de custo e de impacto ambiental.
• Essa abordagem permitiu reduzir o teor de fibra em 40%
sem alteração significativa na resistência à flexão, mas com
redução na energia de fratura.
Materiais com gradações funcionais (FGM)
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• Materiais ativos ou inteligentes (smart materials) possuem
características programáveis e são capazes de reagir ou
se adaptar às condições do ambiente.
• Materiais multifuncionais são capazes de cumprir mais de
uma função simultaneamente.
• Na prática, muitos materiais ativos são multifuncionais.
Materiais “inteligentes” ou ativos
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• Um material ousistema ativo deve ser sensível, adaptativo
e evolutivo, podendo se comportar como:
• sensor (detector de sinais),
• atuador (efetuar uma ação sobre seu ambiente) ou
• processador (tratar, comparar, armazenar dados).
Materiais “inteligentes” ou ativos
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• Esse material será capaz de mudar suas propriedades
físicas (dimensões, cor, viscoelasticidade, condutividade
térmica, etc.), em resposta a solicitações naturais ou
provocadas vindas do exterior ou do interior do material
(tensão mecânica, temperatura, umidade, ruído, luz,
eletricidade, substancia química, etc.).
• O material vai detectar a mudança no ambiente e, em
alguns casos, provocar uma ação de correção (por
exemplo, auto-reparo ou transmissão desta função para
outro material). Isso possibilita, por exemplo, a detecção
de movimentos e até fissuras em estruturas.
Materiais “inteligentes” ou ativos
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• Materiais eletro ou magnetoativos: atuam ou reagem
frente a campos elétricos ou magnéticos.
• Materiais piezoelétricos: cerâmicas ou polímeros capazes
de converter energia mecânica ou térmica em tensão
elétrica, ou vice-versa. A amplitude e a freqüência do sinal
elétrico são proporcionais à amplitude da deformação
sofrida.
• Fluidos eletroreológicos ou magnetoreológicos reagem à
aplicação de um campo elétrico ou magnético, mudando
suas propriedades físicas (Ex.: mudanças de viscosidade).
• Os materiais eletroestrictivos e magnetoestrictivos
podem se deformar sob a ação, respectivamente, de
campos elétricos e magnéticos.
Materiais “inteligentes” ou ativos
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• Materiais com memória de forma:
• Ligas metálicas, mas também polímeros ou cerâmicas
capazes de mudar sua forma com a aplicação de um
estímulo externo, podendo voltar à forma original quando
cessa o estímulo, que pode ser uma variação de
temperatura, de campo elétrico ou magnético, de luz ou uma
reação química.
Materiais “inteligentes” ou ativos
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• Materiais cromoativos
• Produzem mudanças de cor em resposta a uma solicitação
externa, tal como uma diferença de potencial, uma radiação
ultravioleta, uma variação de temperatura ou de pressão,
etc.
• Assim, por exemplo, uma janela será capaz de não somente
assegurar uma função de regulação ótica ou térmica ao
variar sua transparência, mas também poderá ter várias
funcionalidades adicionais, tais como captação e
armazenamento de energia, auto-reparo, autolimpeza,
proteção contra o fogo, fixação de poluentes,
aquecimento/resfriamento.
Materiais “inteligentes” ou ativos
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Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
• Materiais de mudança de fase (PCM – phase change
materials)
• Materiais que, passando por determinada faixa de
temperatura, mudam de fase – se liquefazem ou solidificam
–, liberando ou absorvendo energia.
• Permitem o controle de ganhos e perdas de calor dos
edifícios, podendo propiciar grandes reduções dos custos de
energia de condicionamento térmico e dos impactos
ambientais associados à geração de energia. Podem ser
utilizada para estocar energia.
• Ex.: uma camada de argamassa de revestimento com 20 mm
de espessura contendo 20% de microesferas de sílica porosa
preenchidas por parafina tem a mesma capacidade de
armazenamento de energia de uma parede de concreto de 200
mm.
Materiais “inteligentes” ou ativos
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Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
• Vidros e tintas
• Obtidos pela combinação de superfícies super-hidrofóbicas
combinadas com rugosidade superficial controlada, no que
se convencionou chamar de “efeito lótus”, pois foi inspirado
na superfície das folhas da flor de lótus.
Materiais multifuncionais: Materiais 
autolimpantes
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• Produtos à base de cimentos
• Utilização de produtos fotocatalíticos, que, quando expostos
à luz, têm a capacidade de facilitar reações químicas e de
se auto-regenerar ao final do processo.
• O anatásio tem poderosa capacidade fotocatalítica quando
exposto à radiação ultravioleta, propiciando reações de
oxidação de compostos orgânicos. Esse processo permite que
superfícies cobertas com anatásio fotocatalítico expostas a
radiações de UV de baixa energia promovam a remoção de
odores, apresentem ação bactericida e possam degradar
sujeiras orgânicas responsáveis pela pátina nas superfícies.
• O anatásio, quando exposto a UV, aumenta o ângulo de
contato, fazendo com que a superfície torne-se hidrofóbica, o
que facilita a remoção dos produtos da degradação e partículas
inorgânicas.
Materiais multifuncionais: Materiais 
autolimpantes
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• Produtos à base de cimentos
Materiais multifuncionais: Materiais 
autolimpantes
•Co
r
•Tempo de exposição (h)
•Referência
•TiO2 dm = 20 nm
•TiO2 dm = 150 nm
Figura 4 – Foto-limpeza de superfície de argamassa contendo TiO2 “pintada” com uma 
camada de corante vermelho orgânico (rodamina). Observar o efeito do tamanho de partícula 
(CASSAR, 2004).
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• Produtos à base de cimentos
Figura 5 -A Igreja “Dives in Misericordia” em Roma, construída com concreto de cimento branco
fotocatalítico: nunca ficará suja (Fonte : ITALCEMENTI , 2007).
Materiais multifuncionais: Materiais 
autolimpantes
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Pinturas frias
Figura 6 – Comparação entre a refletância de fibrocimento sem pintura (refletância total de 
47,3%), pintado com tinta marrom convencional (refletância total de 30,2%) e com tinta 
marrom fria (refletância total de 61,9%) (UEMOTO, et al., 2010).
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• Outras tendências podem ser observadas:
• Materiais hiperisolantes térmicos,
• Materiais que incorporam células fotovoltaicas para geração
de energia,
• Membranas sensitivas e adaptativas, materiais capazes de
regular a umidade do interior dos edifícios, etc.
• Pigmentos “frios” que, embora possam ser de cor escura,
inclusive o preto, absorvem menos calor (pois refletem a
radiação infra-vermelha e, por isso, economizam energia).
• Muitos desses produtos, provavelmente, chegarão aos
mercados, e engenheiros civis e arquitetos capazes de
entenderem seu funcionamento certamente estarão em
vantagem.
Comentários finais