Introdução à ciência dos materiais

Prévia do material em texto

Introdução à Ciência 
dos Materiais
Prof.ª Natália Ramalho Souza Lima
Materiais de Construção
Os materiais de construção são definidos como todo e
qualquer material utilizado na construção de uma
edificação, desde a locação e infraestrutura da obra
até a fase de acabamento, passando desde um
simples prego até os mais conhecidos materiais, como
o cimento.
A expressão “materiais de construção”, portanto,
abrange uma gama extensa de materiais, dos quais
estudaremos alguns dos principais, que denominamos
“Materiais de Construção Básicos”.
Evolução dos Materiais de Construção
Na construção civil temos materiais que são utilizados
há muitos anos da mesma forma, como o concreto, e
outros que evoluem constantemente. E a evolução dos
materiais de construção não é um processo recente,
pois teve início desde os povos primitivos, que
utilizavam os materiais assim como os encontravam
na natureza, sem qualquer transformação.
Com a evolução do homem surgem necessidades que
levam à transformação desses materiais de uma
maneira simplificada, a fim de facilitar seu uso ou de
criar novos materiais a partir deles.
Evolução dos Materiais de Construção
Assim, o homem começa a moldar a argila, a cortar a
madeira e a lapidar a pedra. Outro exemplo de
evolução foi a descoberta do concreto que surgiu da
necessidade do homem de um material resistente
como a pedra, mas de moldagem mais fácil.
Os materiais continuam evoluindo para satisfazer as
necessidades do homem e de forma cada vez mais
rápida, com exigências cada vez maiores quanto a sua
qualidade, durabilidade e custo.
Além disso, há um cenário sustentável no qual a
produção e o emprego dos materiais de construção
devem considerar a questão ambiental.
Classificação dos Materiais
Classificação dos Materiais
* Materiais compósitos ou compostos ou composite (em inglês), são aqueles que possuem pelo menos dois componentes 
ou duas fases, com propriedades físicas e químicas nitidamente distintas em sua composição.
Classificação dos Materiais 
de Construção
Os materiais de construção podem ser classificados
de acordo com diferentes critérios. Podemos destacar
como principais a classificação quanto à origem e à
função.
Classificação dos Materiais 
de Construção
Quanto à origem:
• Naturais: são aqueles encontrados na natureza, prontos
para serem utilizados. Em alguns casos precisam de
tratamentos simplificados como uma lavagem ou uma
redução de tamanho para serem utilizados. Como exemplo
desse tipo de material, temos a areia, a pedra e a madeira.
• Artificiais: são os materiais obtidos por processos
industriais. Como exemplo, pode-se citar os tijolos, as
telhas e o aço.
• Combinados: são os materiais obtidos pela combinação
entre materiais naturais e artificiais. Concretos e
argamassas são exemplos desse tipo de material.
Classificação dos Materiais 
de Construção
Quanto à função:
• Materiais de vedação: são aqueles que não têm função
estrutural, servindo para isolar e fechar os ambientes nos
quais são empregados, como os tijolos de vedação e os
vidros.
• Materiais de proteção: são utilizados para proteger e
aumentar a durabilidade e a vida útil da edificação. Nessa
categoria podemos citar as tintas e os produtos de
impermeabilização.
• Materiais com função estrutural: são aqueles que suportam
as cargas e demais esforços atuantes na estrutura. A
madeira, o aço e o concreto são exemplos de materiais
utilizados para esse fim.
• materiais para vedações
• materiais para revestimentos
• materiais para cobertura
• materiais estruturais
• materiais para pintura e proteção
• materiais para impermeabilização
• ...
Aplicação
Classificação dos Materiais 
de Construção
Propriedades dos Materiais
h
resistência mecânica
Propriedades mecânicas
porosidadedilatação
resistência química
CO2
H2O
O2
agentes
agressivos
agentes
agressivos
Cloretos
Sulfatos
Propriedades físicas
Propriedades químicas
Compressão
Tração
Flexão
 Resistência à compressão
 Resistência à tração
 Resistência à flexão
 Resistência ao cisalhamento
 Deformação
 Módulo de elasticidade
 Dureza
 Resistência ao desgaste
 Tenacidade 
 Resistência ao impacto
 Aderência
Propriedades Mecânicas
FF F
A tensão é definida como a relação entre a carga ou força
aplicada (F) e a área resistente (kgf/cm2; N/m2 = Pa; N/mm2 =
MPa).
A tensão máxima que o material suporta, em determinadas
condições de carregamento, é uma característica importante de
cada material.
A carga que uma determinada peça suporta depende tanto do
material quanto de sua geometria, isto é, de sua área resistente.
Tensão ()
 = carga / área resistente
 = F / A
Tensão X Deformação
tração
compressão
cisalhamento
Todo material quando submetido a um carregamento externo sofre
deformação que podem acontecer tanto no sentido da aplicação da carga
quanto no sentido transversal.
As deformações podem ser reversíveis, quando a carga é removida e o
material volta ao tamanho inicial, ou irreversíveis.
Vários fatores influenciam a magnitude da deformação frente a um
determinado nível de carregamento. A temperatura é muito importante para os
metais e a umidade é importante para os materiais porosos à base de
cimento.
Deformação específica
lo lf
∆ = 0 - f
 = ∆ / 0
(L/L) m/m, mm/mm
A deformação é usualmente expressa na forma de deformação
específica, ou seja, a variação dimensional causada pelo
carregamento dividido pelo comprimento inicial (sem
carregamento)
Deformação elástica
tração
compressão
A deformação elástica é instantânea, reversível e causa variação
de volume. Um esforço de tração provoca aumento no volume e
um esforço de compressão provoca uma diminuição de volume
na peça. Pode ser linear (proporcional à tensão aplicada) ou não
linear.
Deformação ()
plásticaelástica
T
e
n
s
ã
o
Deformação plástica
 irreversível
 sem mudança volume
Inicialmente as deformações dos materiais são elásticas.
Acima de um determinada tensão começa, a ocorrer escorregamento
entre os seus átomos dando origem à deformação plástica.




Materiais dúcteis e materiais frágeis
Materiais dúcteis são materiais que sofrem grandes
deformações permanentes antes de romper (aço para concreto
armado, alumínio).
Materiais frágeis são materiais que rompem-se sem
deformações permanentes consideráveis (vidro, rocha,
cerâmica, concreto, ferro fundido
Material dúctil Material frágil
Deformação ()
T
e
n
s
ã
o
T
e
n
s
ã
o
Deformação ()
Lei de Hook: deformação proporcional à tensão
Módulo de elasticidade ou Young 
E =  / 
Elástico linear
Módulo de elasticidade
Elástico não linear
Módulo de elasticidade
E =  /  = tg 

y
x
y
Coeficiente de Poisson
Proporção entre deformação 
transversal e a longitudinal
 = y / x
ex: concreto » 0,3
obs. É um dado importante no dimensionamento de juntas.
Limite de fadiga
R
e
s
is
tê
n
c
ia
Número de ciclos
Fadiga
• esforço cíclico → rompe em tensão < Rmec
• função do nível de tensão

x
Fadiga
Sob fadiga um material rompe, embora
esteja submetido a tensões muito inferiores
à sua tensão de ruptura. Este fenômeno
ocorre devido à formação e propagação de
defeitos (microfissuras) que, a cada ciclo de
carga aumentada de tamanho, reduz a
seção resistente e aumenta a tensão
atuante.
No final de 10 milhões de ciclos, o corpo-
de-prova de concreto rompe com a metade
da resistência correspondente ao ensaioestático
• Resistência à penetração ou risco oferecida a um material de 
dureza superior
• Dureza = Resistência ao desgaste (desgaste é a perda de 
qualidades ou de dimensões com o uso contínuo). 
Durabilidade: a capacidade que os corpos apresentam de 
permanecerem inalterados com o tempo. 
Aderência: mecânica (rugosidade)
química (reações)
Dureza = outras resistências mecânicas 
Dureza
Tenacidade
É a resistência que o material opõem ao choque ou percursão. 
Resistência ao impacto
Propriedades Físicas
Extensão: a propriedade que possuem os corpos de
ocupar um lugar no espaço.
Massa: a quantidade de matéria e é constante para o
mesmo corpo, esteja onde estiver.
Peso: definido como a força com que a massa é
atraída para o centro da Terra varia de local para local.
Volume: o espaço que ocupa determinada quantidade 
de matéria. 
Massa específica: a relação entre sua massa e seu 
volume. 
Peso específico: a relação entre seu peso e seu 
volume. 
Propriedades Físicas
Densidade: a relação entre sua massa e a massa do
mesmo volume de água destilada a 4ºC.
Porosidade: a propriedade que tem a matéria de não
ser contínua, havendo espaços entre as massas.
 resistência mecânica
 permeabilidade
Maleabilidade ou Plasticidade: a capacidade que
têm os corpos de se adelgaçarem até formarem
lâminas sem, no entanto, se romperem.
Propriedades Químicas
Na hora de escolher os materiais que irá utilizar, o
responsável técnico por uma edificação deve analisá-los
de acordo com seguintes aspectos:
Condições técnicas: o material deve possuir
propriedades que o tornem adequado ao uso que se
pretende fazer dele. Entre essas propriedades estão a
resistência, a trabalhabilidade, a durabilidade, a higiene
e a segurança.
Condições econômicas: o material deve satisfazer às
necessidades de sua aplicação com um custo reduzido
não só de aquisição, mas de aplicação e de
manutenção, visto que muitas obras precisam de
serviços de manutenção depois de concluídas, e que da
manutenção depende a durabilidade da construção.
Condições estéticas: o material utilizado deve
proporcionar uma aparência agradável e conforto ao
ambiente onde for aplicado.
Fases da vida de uma construção e 
papel do material
No quadro.