microestrutura-dos-materiais

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1
Microestrutura dos materiais
Noções básicas
Objetivos
� melhor compreensão 
� base científica
� avaliação das 
propriedades
� desenvolvimento
ao longo do tempo
durabilidade
fadiga
deformação lenta
ISAIA, G. C. (editor) Materiais de 
Construção Civil e Princípios de 
ciência e Engenharia de Materiais. 
IBRACON. Vol. 1, capítulos 6 e 7.
Leitura complementar Classificação dos materiais
� metais (ferrosos e não ferrosos)
� cerâmica (vidro, concreto e cerâmica)
� condutores e supercondutores
� polímeros (madeira, betumes, resinas, plásticos, borrachas)
� compósitos (fibra + polímero, fibra + matriz cimentícia)
� biomateriais
� materiais especiais (alto desempenho)
Ciência dos Materiais
� 14. cerâmica vermelha
� 15. cerâmica para acabamentos e aparelhos (ex. 
louças)
� 16. materiais para alvenaria estrutural
� 17. materiais refratários e abrasivos
� 18. vidro
� 19. madeira para acabamentos
� 20. madeira como material estrutural
� 21. plásticos
� 22. tintas, hidrofugantes e vernizes
� 23. sistemas de impermeabilização e isolamento 
térmicos
� 24. borrachas, mastiques e selantes
� 25. materiais betuminosos
� 26. compósitos de matriz polimérica
� 27. fibrocimento
� 28. resíduos, fibras naturais e materiais 
alternativos
� 29.novos materiais
� 1. metais não estruturais (alumínio, cobre, 
entre outros)
� 2. aço para concreto armado e alvenaria 
estrutural
� 3. aço para estruturas metálicas
� 4. solo como material de construção (ex. 
terra crua, solo-cimento, solo-cal)
� 5. rocha para revestimento (mármore e granito) 
� 6. agregados para concretos e argamassas
� 7. cimento Portland
� 8. cimentos especiais com base mineral
� 9. cal
� 10. gesso
� 11. argamassas
� 12. concreto de cimento Portland
� 13. produtos a base de cimento
Materiais de construMateriais de construççãoão
� 14. cerâmica vermelha
� 15. cerâmica para acabamentos e aparelhos (ex. 
louças)
� 16. materiais para alvenaria estrutural
� 17. materiais refratários e abrasivos
� 18. vidro
� 19. madeira para acabamentos
� 20. madeira como material estrutural
� 21. plásticos
� 22. tintas, hidrofugantes e vernizes
� 23. sistemas de impermeabilização e isolamento 
térmicos
� 24. borrachas, mastiques e selantes
� 25. materiais betuminosos
� 26. compósitos de matriz polimérica
� 27. fibrocimento
� 28. resíduos, fibras naturais e materiais 
alternativos
� 29. novos materiais
� 1. metais não estruturais (alumínio, cobre, 
entre outros)
� 2. aço para concreto armado e alvenaria 
estrutural
� 3. aço para estruturas metálicas
� 4. solo como material de construção (ex. 
terra crua, solo-cimento, solo-cal)
� 5. rocha para revestimento (mármore e granito) 
� 6. agregados para concretos e argamassas
� 7. cimento Portland
� 8. cimentos especiais com base mineral
� 9. cal
� 10. gesso
� 11. argamassas
� 12. concreto de cimento Portland
� 13. produtos a base de cimento
Materiais de construção x 
Ciência dos Materiais
Materiais Metálicos
Materiais Cerâmicos
Materiais Cerâmicos
Materiais Poliméricos
Materiais Compósitos
Novos materiais e materiais mais 
sustentáveis
2
SistemasSistemas
� Sistemas de vedações verticais (paredes)
� Sistemas de vedações horizontais (forros e coberturas)
� Sistemas de revestimentos e acabamentos
� Sistemas estruturais
� Sistemas de pintura e proteção
� Sistemas de impermeabilização
� Sistemas de isolamento térmico e acústico
� Sistemas de instalações prediais
� ...
Classificação dos materiais 
(Eng. de materiais)
� materiais para vedações
� materiais para revestimentos
� materiais para cobertura
� materiais estruturais
� materiais para pintura e proteção
� materiais para impermeabilização
� ...
Aplicação
Microestrutura
� Forma como os componentes internos dos 
materiais se arranjam.
� Várias formas/níveis de estudo da 
estrutura do material em função do que se 
pretende analisar.
� Objetivos: entender e obter propriedades
desejadas.
Princípio básico
O comportamento do material 
depende da microestrutura
O comportamentocomportamento do material 
depende da microestrutura
Níveis de estudo
� Sub-atômico (Å)
� átomo
� microscopia eletrônica de 
tunelamento
� Atômico (ηm - µm)
� moléculas, cristais
� Difração de raios X
� Microscopia eletrônica de 
varredura
Níveis de estudo
� Microscópico (mm-mm)
� fases, partículas
� microscópios ótico e de 
varredura
� ensaios físicos
� Macroscópico (>mm)
� todo o material
� ensaios mecânicos
3
Propriedades x nível de 
estudo
� Sub-atômico (condutividade elétrica e 
propriedades térmicas)
� Atômico (ligações interatômicas e estado 
de agregação da matéria)
� Microscópico (caracterísitica do material 
em função do arranjo)
� Macroscópico (medida de propriedades 
médias do material)
� Massa esta concentrada no núcleo.
� Núcleo ocupa pequena parte do volume 
total do átomo!
� Eletrosfera ocupa maior parte do 
volume.
� Eletrosfera tem pouca massa!
Estrutura do átomo
Estrutura do átomo
núcleo
nuvem de
elétrons
Forças interatômicas
atração + repulsão ligação
at
ra
çã
o
F
o r
ça
re
pu
ls
ão distância interatômica (α)
0
F
r
Fa
α'0
Átomo x esforços mecânicos
� Eletrosfera deformável
� Ruptura das ligações
� Ruptura do material
� Esforço >> força de ligação
� Compressão aproxima os núcleos
� Tração afasta os núcleos
� Elasticidade
Ligações
� iônica
� atração eletrostática
perda de elétrons +
ganho de elétrons -
� não direcional
� sólido
� solúveis (solv. polares)
� exemplos: CaCl2 - NaCl
4
Ligações
� covalente
� elétrons 
compartilhados nos 
orbitais
� direcional
� exemplo: polímeros
� metálica
� elétrons livres
� não direcional
� + compacta
� propriedades 
plásticas
� condutores
� exemplo: metais
Forças de Van der Waals
� ligações secundárias
� aglutinam molécula
� efeitos dipolo
� moléculas polarizadas por indução ou 
permanentes
� efeitos de dispersão
� oscilação de pares de elétrons
� Exemplo: pontes de hidrogênio
Energia de ligação (energia 
mínima para criar ou quebrar ligações)
Tipo predominante de 
ligação x material Ligações x materiais
5
Estruturas dos sólidos
� formas com que os átomos se organizam
molecular
cristalina
vítrea ou amorfa
molecular
cristalina
vítrea ou amorfa
Sólidos moleculares
� Molécula
� Grupos de átomos c/ 
forte ligação
� Sólido
� moléculas c/ ligação 
fraca
� Deformação
� moléculas deslizam
� Exemplo:
� Betumes e alguns 
polímeros (algumas 
resinas)
� Podem ser
� cristalinos
� vítreos
Sólidos cristalinos
� ordem
� simetria
� repetição
� estáveis
� planos de clivagem
� Anisotrópicos
� Exemplo: ferro, aço, 
compostos do cimento e 
da pasta, areia, granito)
� iônicos ou covalentes
� alto ponto de fusão
� resistentes
� duros
� Exemplo: Metais
Sólidos Cristalinos
� moleculares
� moles
� baixo ponto de fusão
� > expansão térmica
polietileno
Exemplos de arranjos 
cristalinos Sólidos vítreos ou amorfos
� ausência de:
� ordem
� simetria
� ponto de fusão
� balanço elétrico
� isotrópicos
� menos estáveis
� Ex. pozolanas, escória
alguns vidros
� Escória de alto-forno
� cadeia básica (Si e O)
� modificadores (Ca, Na, Fe, Al, ...)
6
Sólidos vítreos ou amorfos
pozolana
Sólidos vítreos ou amorfos
escória de alto-forno
Sólidos vítreos e 
cristalinos
cerâmica
Estrutura dos sólidos x nível 
de energia
Propriedades X cristalinidade
� Material mais 
cristalino
� Material 
mais amorfo
� Maior dureza
� Maior resistência
� Maior rigidez (polímeros)
� Menor reatividade (até
certo ponto)
� Maior durabilidade
� Maior flexibilidade
� Maior reatividade
� Maior rigidez (alumínio)
� Maior resistência(ligas 
metálicas) 
� Menor durabilidade
Fases, soluções e 
dispersões
� fase:
� parte homogênea 
� superfícies definidas
� sistema heterogêneo
� Ex. clínquer Portland
� solução
� sistema homogêneo
� soluto (dissolvido) 
� solvente (o que 
dissolve)
� dispersão
� solução de 2 fases
� gel (solução coloidal)
� pasta
� emulsão
� substâncias 
imiscíveis
� espumas
7
Materiais estruturais 
polifásicos
� Agregados
� Argamassas
� Concreto
� Alguns compósitos
� Metais
Importância dos defeitos
� porosidade
� relação água/cimento
� relação água/gesso
� fissuras
� falhas cristalinas
� interfaces 0
0.25
0.5
0.75
1
0 5 10 15 20 25
Volume de Poros (%)
R
e
s
is
tê
n
c
ia
 
R
e
la
tiv
a
(Neville, 1983)
Importância dos defeitos
� Movimentação iônica X defeitos
� Reatividade = f(nível de cristalização)
� Resistência = f(nível de cristalização)
� Naturais = f(resfriamento)
� Induzidos ligas metálicas (Ex.: Al)
ISAIA, G. C. (editor) Materiais de 
Construção Civil e Princípios de 
ciência e Engenharia de Materiais. 
IBRACON. Vol. 1, capítulos 6.
Leitura complementar
Microestrutura dos materiais 
metálicos
ISAIA, G. C. (editor) Materiais de 
Construção Civil e Princípios de 
ciência e Engenharia de Materiais. 
IBRACON. Vol. 1, capítulo 10.
Leitura ComplementarLeitura Complementar
8
Ligas ferrosas
Ligas não ferrosas
� Cobre
Resistência à corrosão
Não suporta tratamento térmico
Ex. Latão (zinco como impureza)
� Alumínio
Baixa densidade, alta condutibilidadde elétrica e térmica
Resistência à corrosão
Baixa temperatura de fusão
Tratamento a frio melhora a resistência e piora a corrosão
Microestrutura dos materiais 
cerâmicos
9
ISAIA, G. C. (editor) Materiais de 
Construção Civil e Princípios de 
ciência e Engenharia de Materiais. 
IBRACON. Vol. 1, capítulo 11.
Leitura complementarLeitura complementar
10
Características dos Materiais 
Cerâmicos
� dificuldade de cristalização (estruturas 
cristalinas mais complexas);
� alta dureza;
� resistência mecânica (maior resistência à
compressão do que à tração);
� ruptura frágil;
� estabilidade química e térmica (alto ponto de 
fusão), e
� baixa condutibilidade elétrica e térmica.
Transdutores elétricos
Refratária, isolante elétrica e abrasiva Características elétricas e magnéticas
11
Material refratário e lubrificante
Ligações covalentes 
e iônicas
12
13
14
Microestrutura dos materiais 
poliméricos
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ISAIA, G. C. (editor) Materiais de 
Construção Civil e Princípios de 
ciência e Engenharia de Materiais. 
IBRACON. Vol. 1, capítulo 12.
Leitura ComplementarLeitura Complementar
16
Ex. Metano (CH4)
Ex. Acetileno (C2H2)
(C2H4).
17
Exemplos
(Butadieno estireno)
Dispersões poliméricas
� Butilacrilato e estireno: modificações de 
ligantes hidráulicos e adesivos;
� Acrílico-estireno: fabricação de tintas látex, 
fibras, massas de recobrimento e recobrimento 
de tecidos;
� Acrilato-estireno: modificações de ligantes 
hidráulicos e preparação de recobrimentos 
flexíveis;
� Termopolímero acrílico-estireno-butadieno: 
fabricação de massas de recobrimento.
18
Aplicações de polímeros 
termoplásticos
Aplicações de polímeros 
termorígidos
Vulcanização 
(ligações cruzadas)
19
Elastômeros:propriedades e 
aplicações Plásticos
Fibras
� Prolipropileno
� Náilon
� Poliéster
� Poliamida
� Polietileno
� Celulose
� Kevlar
Cristalinidade dos polímeros
� Compostos de macromoléculas, o que 
restringe a cristalização.
� É preciso que a estrutura das cadeias 
seja regular.
� Muito difícil em meros complexos ou 
ramificados.
Polímeros cristalinos e 
amorfos
� Microestrutura dos materiais: noções 
básicas
� Microestrutura dos Materiais Metálicos
� Microestrutura dos Materiais Cerâmicos
� Microestrutura dos polímeros
Teste T2, 07/07 Teste T2, 07/07 (aulas e leitura 
dos cap. 6, 10, 11 e 12, duração 1,5h, 
individual, sem consulta)
20
Aula do dia 07/07
� Teste
� Materiais e sustentabilidade
Prova Final (14/07)
� Toda a matéria
ExercExercíício 1: Leitura cio 1: Leitura 
Individual Individual (a ser realizada na (a ser realizada na 
semana de engenharia)semana de engenharia)
� ISAIA, G. C. (editor) Materiais de 
Construção Civil e Princípios de 
ciência e Engenharia de Materiais. 
IBRACON. Vol. 1, capítulos 1 e 5.
� Entregar no início da aula (28/04) resumo
(máximo 5 páginas).
O que é concreto de alto desempenho? 
Como ele se enquadra dentro dos 
desafios e tendências dos materiais de 
construção? 
Como situar a ciência de materiais e a 
engenharia de materiais neste caso 
específico?
Exercício 2a (17/03, até 02 alunos, 60 
minutos, durante a aula)
O que é concreto de alto desempenho? 
Como ele se enquadra dentro dos 
desafios e tendências dos materiais de 
construção? 
Como situar a ciência de materiais e a 
engenharia de materiais neste caso 
específico?
Exercício 2b (entrega no dia 24/03, 
pesquisa individual)
21
Pesquise e selecione 2 (duas) 
tendências na área de materiais 
de construção civil (sorteio de 
grupo), oferecer ênfase em 
aplicação de princípios de 
ciência dos materiais
Exercício 3 (entrega e apresentação em 10 
a 15 minutos no dia 28/04, 14:00-18:00, até 02 
alunos)
Aponte 2 (duas) tendências na 
área de materiais de construção 
civil em 3 (três) sistemas, dando 
ênfase em aplicação de 
princípios de ciência dos 
materiais
Exercício 4 (aula do dia 05/05, individual, 
40minutos)
Exercício 5a (aula 24/03, até 2 alunos)
Conceitue e diferencie :
Dutilidade, tenacidade
Materiais dúteis, materiais frágeis
Material duro, material resistente à compressão
Deformações elásticas, deformações plásticas
Resistência mecânica, resistência química
Exercício 5b (aula 28/04, pesquisa 
individual, texto escrito)
Conceitue e diferencie :
Dutilidade, tenacidade
Materiais dúteis, materiais frágeis
Material duro, material resistente à compressão
Deformações elásticas, deformações plásticas
Resistência mecânica, resistência química
� ISAIA, G. C. (editor) Materiais de 
Construção Civil e Princípios de 
ciência e Engenharia de Materiais. 
IBRACON. Vol. 1, capítulos 4, 8, 13.
� Fazer nas aulas do dia 14/04 e 21/04 
(14:00-18:00), entregar no início da
aula (28/04) resumo (máximo 5 
páginas). 
Exercício 6: Leitura 
Individual
Entregar no início da aula (12/05) resumo
(máximo 6 páginas).
ISAIA, G. C. (editor) Materiais de 
Construção Civil e Princípios de 
ciência e Engenharia de Materiais. 
IBRACON. Vol. 1, capítulos 2 e 3.
Exercício 7: Leitura 
Individual
22
AULA 19/05
� Revisão de propriedades
� Discussão de resultados de laboratório
Exercício 8: Microestrutura x 
propriedades (Texto escrito + apresentação 15 minutos em 
26/05, 14:00-18:00 (02/06, se necessário,14:00-18:00), até 2 alunos)
� 1. metais não estruturais (alumínio, 
cobre, entre outros) Simone e Lhais
� 2. aço para concreto armado e alvenaria 
estrutural Renan e Hedjaz
� 3. aço para estruturas metálicas Alvaro e 
Maxwell
4. rocha para revestimento (mármore e 
granito) Caio e Vinicius
� 5. agregados para concretos e 
argamassas Layla e Letícia
� 6. cimento Portland Filipe e Marco
� 7. cimentos especiais com base mineral 
Luiz Fernando e Marcos
� 8. cal Guilherme Schulzs e Paulo Octávio
� 9. gesso Camila
� 10. argamassas Mariana e Clarice
� 11. concreto de cimento Portland Lucas 
e Marcelo
� 12. cerâmica vermelha e louças Julyana
e Vitor
� 13. vidro Jaqueline e Mariana
� 14. madeira (acabamentos e material 
estrutural) Rafael e Pedro
� 15. plásticos Vinicius e Miguel
16. tintas, hidrofugantes e vernizes 
Alex e Pedro
� 17. sistemas de impermeabilizaçãoe 
isolamento térmicos Camila e Raphael
� 18. borrachas, mastiques e selantes
Carolina e Eliza
� 19. materiais betuminosos Eugênio e 
Nathalia
� 21. compósitos de matriz polimérica 
Jonathan e Naycou
� 22. fibrocimento e outros produtos a 
base de cimento Dayane e Júlia
� 23. Resíduos, fibras naturais e 
materiais alternativos Felipe e Mateus 
� 24 Novos materiais de construção 
Rubya e Júlio
Aula 26/05
� Discussão de resultados de laboratório
� Revisão de desempenho
� Início da apresentação de trabalho
Entregar no início da aula (02/06) resumo
(máximo 10 páginas).
ISAIA, G. C. (editor) Materiais de 
Construção Civil e Princípios de 
ciência e Engenharia de Materiais. 
IBRACON. Vol. 1, capítulos 6 e 7.
Exercício 9: Leitura 
Individual
Aula 02/06 
� Estrutura dos materiais � Propriedades
� Desempenho
� Critérios para a seleção de materiais
Teste T1, 09/06 Teste T1, 09/06 (aulas e leitura 
dos cap. 02, 04, 05, 08, 13, duração 1,5h, 
Início 15h, individual, sem consulta)
23
Exercício 10 (2 alunos, aula do dia 09/06, com 
consulta, início 16:40)
Levante mecanismos de deterioração e requisitos 
de desempenho em serviço a serem observados 
por ocasião da especificação e da seleção de 
materiais nos sistemas externos (não importa o 
material!!!) de um edifício residencial de Vitória 
(proximidade ao mar, Tambiente = 35oC, UR=85%, ventos, 
proximidade a indústrias). . Justifique.
Sistemas do Exercício 10
� Sistemas de vedações verticais
� Sistemas de vedações horizontais (forros e coberturas)
� Sistemas de revestimentos e acabamentos
� Sistemas estruturais
� Sistemas de pintura e proteção
� Sistemas de impermeabilização
� Sistemas de isolamento térmico e acústico
� Sistemas de instalações prediais
� ...
Materiais do exercício 10
� 1. metais não estruturais (alumínio, 
cobre, entre outros)
� 2. aço para concreto armado e alvenaria 
estrutural 
� 3. aço para estruturas metálicas 
� 4. rocha para revestimento (mármore e 
granito)
� 5. agregados para concretos e 
argamassas
� 6. cimento Portland
� 7. cimentos especiais com base mineral 
� 8. cal
� 9. gesso
� 10. argamassas
� 11. concreto de cimento Portland
� 12. cerâmica vermelha
� 13. vidro
� 14. madeira (acabamentos e material 
estrutural) 
� 15. plásticos
16. tintas, hidrofugantes e vernizes 
17. sistemas de impermeabilização e 
isolamento térmicos
� 18. borrachas, mastiques e selantes
19. materiais betuminosos
� 21. compósitos de matriz polimérica 
� 22. fibrocimento e outros produtos a 
base de cimento
� 23. Resíduos, fibras naturais e 
materiais alternativos
� 24 Novos materiais de construção
Aula de 16/06 (ATENÇÃO)
14:00-15:40 – Moldagem de corpos-de-prova no 
LEMAC, Prof. Avancini (Alex a Eliza (T0) e de 
Filipe a Lucas (T1))
16:00-17:40 – Moldagem de corpos-de-prova no 
LEMAC, Prof. Avancini (Luiz Fernando a Pedro 
Pereira (T2) e Pedro Kfuri a Vitor Brandão (T3)
Microestrutura (Lab. de Microestrutura, CTIII, 
Prof. Flávio) T3 de 14:30-15:10
T2 de 15:15-15:55
T1 de 16:00-16:40
T0 de 16:45-17:30
Aula de 23/06 (ATENÇÃO)
14:00-15:00 – Aglomerante (LEMAC), 
Prof. Avancini, de Alex a Jonathan
15:00-18:00 – Sala do CT1 (Prof. 
Florindo), caracterização 
Ambiental
Aula 25/06 (ATENÇÃO)
16:00-17:00 – Aglomerante (LEMAC), 
Prof. Avancini, de Julia Nascimento a 
Pedro Pereira
24
Aula 26/06 (ATENÇÃO)
16:00-17:00 – Aglomerante (LEMAC), 
Prof. Avancini, de Rafael Cosmo a Vitor
Aula 30/06 (ATENÇÃO)
14:00-15:00 – Agregados, LEMAC, de 
Alex a Jonathan
15:00-18:00 – Estrutura e propriedades, 
CT1.
Aula 02/07 (ATENÇÃO)
16:00-17:00 – Agregados, LEMAC, de 
Julia Nascimento a Pedro Pereira
Aula 03/07 (ATENÇÃO)
16:00-17:00 – Agregados, LEMAC, de 
Rafael Cosmo a Vitor
Entregar no início da aula (30/06) resumo
(máximo 5 páginas).
ISAIA, G. C. (editor) Materiais de 
Construção Civil e Princípios de 
ciência e Engenharia de Materiais. 
IBRACON. Vol. 1, capítulo 10.
ExercExercíício 11: Leitura Individualcio 11: Leitura Individual
Microestrutura dos materiais metálicos
Entregar no início da aula (30/06) resumo
(máximo 5 páginas).
ISAIA, G. C. (editor) Materiais de 
Construção Civil e Princípios de 
ciência e Engenharia de Materiais. 
IBRACON. Vol. 1, capítulo 11.
ExercExercíício 12: Leitura Individualcio 12: Leitura Individual
Microestrutura dos polímeros
25
Entregar no início da aula (30/06) resumo
(máximo 5 páginas).
ISAIA, G. C. (editor) Materiais de 
Construção Civil e Princípios de 
ciência e Engenharia de Materiais. 
IBRACON. Vol. 1, capítulo 12.
ExercExercíício 13: Leitura Individualcio 13: Leitura Individual
Microestrutura dos materiais CerâmicosMicroestrutura dos materiais Cerâmicos
� Microestrura dos materiais: noções 
básicas
� Microestrutura dos Materiais Metálicos
� Microestrutura dos Materiais Cerâmicos
� Microestrutura dos polímeros
Teste T2, 07/07 Teste T2, 07/07 (aulas e leitura 
dos cap. 6, 10, 11 e 12, duração 1,5h, 
individual, sem consulta)
Aula do dia 07/07
� Teste
� Materiais e sustentabilidade
Prova Final (14/07)
� Toda a matéria