Nanotecnologia na construção Civil

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Universidade Federal do Pará 
Campus Universitário de Tucuruí 
Faculdade de Engenharia Civil 
 
Disciplina: Introdução a Ciência e Engenharia dos Materiais 
Docente: M. Sc. Andrielli Morais de Oliveira 
Discentes 
Alan de Freitas Matos 
Leila Ribeiro Cunha 
Ruthe Noemia Correa dos reis 
Shaymon Christian Sousa Brito 
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Nanotecnologia e Materiais Inteligentes 
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Objetivos 
• Conceituar nanotecnologia; 
 
• Mostrar suas aplicações na construção civil; 
 
• Apresentar os materiais inteligentes. 
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Importância do tema 
• O controle da matéria na escala nanométrica abre, sobretudo, 
enormes perspectivas na possibilidade de criar materiais, 
dispositivos e sistemas com novas funções e propriedades. 
 
• Inovações referentes ao alcance do desenvolvimento 
sustentável. 
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Nanotecnologia 
• É a engenharia dos materiais e das estruturas com tamanho 
variando de 1 a 100 nanômetros; 
 
• Explora as propriedades e os fenômenos que ocorrem na 
nanoescala; 
 
• É multidisciplinar. 
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Formas de produzir nanomateriais 
• Via descendente: O material é dividido para atingir as 
menores dimensões possíveis. 
 
• Via ascendente: Os átomos são ligados um a um para 
construir as moléculas que são integradas em sistemas 
maiores. 
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Nanotecnologia na atualidade 
 Ao contrário do que se pensa, já existem vários produtos 
comerciais que são frutos da nanotecnologia, por exemplo: 
 
– Nanotubos de carbono; 
– Vidro eletrocrômico e autolimpante; 
– Tinta antipichação; 
– Aços de alto desempenho. 
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Nanotecnologia na atualidade 
 Na indústria da construção civil a nanotecnologia tem 
potencial para melhorar muitos materiais, tais como: 
 
– Aços estruturais; 
– Polímeros; 
– Materiais cerâmicos; 
– Materiais cimentícios. 
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Nanocompósitos com matriz polimérica 
 A adição de nanopartículas até 5% em massa permite alguns 
polímeros: 
 
– Aumentar o módulo de elasticidade, resistência e dureza; 
– Redução da espessura da peça; 
– Diminuir a permeabilidade de gases; 
– Melhorar o comportamento frente a variações de 
temperatura e combustão. 
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Nanocompósitos com matriz polimérica 
e cargas inorgânicas 
• São os nanocompósitos com maior potencial para mudar as 
propriedades dos polímeros, geralmente usados em 
embalagens e peças automotivas. 
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Nanocompósitos com matriz polimérica 
e cargas inorgânicas 
Figura 1 – Representação da estrutura de silicatos em camada 2:1. 
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Nanocompósitos com matriz polimérica 
e cargas inorgânicas 
Figura 2 – Representação dos três estados morfológicos 
de um nanocompósito polímero / silicato em camada. 
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Nanocompósitos com matriz polimérica 
e cargas inorgânicas 
Material % de 
nontmorilonita 
Resistência à 
ruptura (MPa) 
Módulo de 
Young (GPa) 
Tenacidade 
(KJ/m²) 
Náilon-6 puro 0 69 1,1 6,2 
Microcompósito 5,0 61 1,0 5,9 
Nanocompósito 4,2 107 2,1 6,1 
Tabela 1 – Algumas características mecânicas do náilon-6 comparadas 
com um microcompósito clássico e um nanocompósito náilon-6. 
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Nanocompósitos com matriz polimérica 
e cargas inorgânicas 
Material % de 
nontmorilonita 
Resistência à 
tração (MPa) 
Módulo de 
Young (GPa) 
Deformação na 
ruptura (KJ/m²) 
Poliuretano 0 1,5 2 60 
Nanocompósito 5 2,5 4,6 90 
Tabela 2 – Algumas características mecânicas do poliuretano comparadas 
com um nanocompósito poliuretano. 
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Nanocompósitos com matriz polimérica 
e cargas inorgânicas 
Figura 3 – Representação esquemática do caminho tortuoso do gás 
através do nanocompósito. 
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Nanocompósitos com matriz polimérica 
reforçada por nanopartículas e nanofibras 
• São nanoestruturas que podem ser vistas como folhas (uma 
ou mais) de grafeno enroladas em forma cilíndrica; em 
comparação com o aço apresentam resistência três vezes 
maior e modulo de elasticidade dez vezes maior. 
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Nanocompósitos com matriz polimérica 
reforçada por nanopartículas e nanofibras 
Figura 4 – Micrografias mostrando (a) nanotubos de carbono e (b) a estrutura em 
camadas de um nanotubo de carbono multiparedes. 
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Nanotecnologia e metais 
• Sintetizar nanocompósitos de metais com outros materiais; 
 
• Lutar contra a corrosão; 
 
• Produzir metais e ligas modificadas. 
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Metais e ligas nanomodificadas 
 A redução do tamanho do grão na escala nanométrica pode 
ter grande efeito no comportamento dos materiais: 
 
– Pode tornar metais puros entre 2 e 7 vezes mais duros e, 
conseqüentemente, mais resistentes. 
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Aumento da resistência a corrosão 
• Para reduzir os danos causados pela corrosão dos metais, as 
pesquisas visam a elaboração de revestimentos “inteligentes” 
capazes de auto-reparo quando sofrem um dano. 
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Nanocompósitos com matriz cerâmica 
• Os materiais cerâmicos apresentam, geralmente, alta rigidez e 
excelente estabilidade térmica com uma densidade 
relativamente baixa. No entanto sua fragilidade limita seu uso 
como material estrutural. 
 
• A combinação de nanopartículas ou nanofibras com uma 
matriz cerâmica pode potencialmente gerar compósitos com 
alta estabilidade térmica a uma excepcional tenacidade. 
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Nanocompósitos com matriz cerâmica 
• Acredita-se que a incorporação de nanopartículas ou 
nanofibras metálicas em matrizes cerâmicas pode torná-las 
mais dúcteis, às custas da resistência. Por outro lado, ocorre 
uma melhoria significativa de comportamento frente a 
choques térmicos. 
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Nanotecnologia no cimento e seus produtos 
• O cimento é o material de construção mais usado, 
consequentemente, a nanotecnologia do cimento e seus 
produtos é de grande importância para a indústria. 
 
• A adição de nanopartículas ao concreto permitirá um melhor 
controle da sua microestrutura e permitirá também produzir 
materiais mais resistentes e mais duráveis. 
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Nanotecnologia no cimento e seus produtos 
• A utilização de ligantes reforçados com fibras e armaduras de 
diâmetro nanométrico permitirá produzir produtos 
cimentícios mais resistentes, impedindo a formação e a 
propagação de fissuras. 
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Nanotecnologia no cimento e seus produtos 
 Cimento hidratado: 
 
– O cimento hidratado é um composto de silicato de cálcio 
hidratado, comumente chamado de C-S-H; 
– É um material frágil com baixa resistência a tração; 
– É responsável pela instabilidade dimensional dos produtos 
à base de cimento; 
– Apresenta um modo de organização estrutural multiescala. 
 
 
25 
Nanotecnologia no cimento e seus produtos 
Figura 5 – Estrutura do C-S-H em diferentes escalas de observação. 
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Nanotecnologia no cimento e seus produtos 
• Em pastas de cimento comum, o C-S-H pode ser imaginado 
como um sólido mal definido, parcialmente cristalino com 
água ocupando espaço entre as folhas, caracterizando-se 
assim um gel. 
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Nanotecnologia no cimento e seus produtos 
Figura 6 – Estrutura do C-S-H como sendo composta por 
um arranjo aleatório, irregular e dobrado de folhas. 
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Nanotecnologia no cimento e seus produtos 
• Melhorando a coesão e dominando a fluência: 
 
– A melhoria das propriedades mecânicas dos materiais 
cimentícios só pode ocorrer a partir de modificações nas 
escalas mais finas do material. 
 
• Evitando a fissuração nas primeiras idades: 
 
– A incorporação de nanofibras podem atuar como pontes 
de transferência das tensões geradas por forças capilares. 
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Nanotecnologia no cimento e seus produtos 
• Aumentando a resistência e a ductilidade ao mesmo tempo: 
 
– A adição de sílica ativa ao concreto torna-o mais resistente 
e consequentementemais durável, mas em contrapartida 
mais frágil. 
– O reforço da estrutura do C-S-H com fibras e armaduras de 
diâmetro nanométrico permitirá produzir produtos 
cimentícios mais resistentes e também mais dúcteis, 
permitindo dispensar-se o uso da armadura de aço. 
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Nanotecnologia no cimento e seus produtos 
• Aumentando a velocidade de ganho da resistência: 
 
– A ativação térmica é usada para acelerar a velocidade de 
ganho de resistência mas gera propriedades pouco 
satisfatórias em longo prazo. 
 
• Melhorando o rendimento do cimento: 
 
– É necessário o aumento da velocidade de desenvolvimento 
das características mecânicas dos materiais cimentícios. 
 
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Materiais inteligentes 
• Possuem características programáveis e são capazes de reagir 
ou se adaptar às condições do ambiente; 
 
• Deve ser sensível, adaptativo e evolutivo, podendo se 
comportar como sensor, atuador ou processador; 
 
• É capaz de mudar suas propriedades físicas em resposta a 
solicitações naturais ou provocadas. 
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Materiais inteligentes 
 Atualmente existem vários tipos de materiais inteligentes que 
já encontram aplicações em vários setores, inclusive na 
construção civil, são exemplos: 
 
– Materiais eletro ou magnetoativos; 
– Materiais com memória de forma; 
– Materiais cromoativos; 
– Materiais de mudança de fase; 
– Materiais autolimpantes; 
– Pinturas frias. 
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Vidro autolimpante 
• São vidros destinados a construção civil que graças a presença 
de filmes nanoestruturados em sua superfície não riscam e 
são autolimpantes; 
 
• Possuem um revestimento que tem a capacidade de absorver 
a luz ultravioleta. 
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Concreto condutivo 
• É produzido pela adição de partículas ou fibras condutivas de 
corrente elétrica com o objetivo de reduzir a resistividade 
elétrica em relação aos concretos convencionais. 
 
• Aplicações: 
 
– Capas de degelo de rodovias; 
– Lajes de aterramento elétrico; 
– Barreiras protetoras de ondas eletromagnéticas. 
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Concreto autolimpante 
Figura 7 - Igreja Dives in Misericórdia construída com concreto de 
cimento branco fotocatalítica em Roma. 
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Concreto autolimpante 
Figura 8 - Igreja de Iesu construída com concreto autolimpante em 
Ribeiras de Loiola, San Sebastián, Espanha. 
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Concreto translúcido 
• É um concreto aparente que contem fibra ótica, através da 
qual se dá a passagem da luz; 
 
• Foi criado em 2001 pelo arquiteto húngaro Aron Losonczi; 
 
• Já foi utilizado em obras na Bélgica, Suécia, Estados unidos, 
Hungria. 
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Concreto translúcido 
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Figura 9– Concreto transmissor de luz. 
Concreto translúcido 
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Figuras 10 e 11– Porta e entrada do Museu 
Cella Septichora na Hungria. 
Considerações finais 
• Os avanços na área da nanociência tem contribuído para o 
surgimento de novos produtos em vários setores do mercado, 
inclusive na construção civil onde permitiu melhorias de 
muitos materiais, no que diz respeito a resistência, 
durabilidade, rendimento e ductilidade. Conforme outras 
descobertas forem sendo feitas, outras possibilidades se 
abrirão para o futuro aumentando as chances do comércio ser 
abastecido com uma nova demanda de produtos com 
propriedades mais satisfatórias graças a nanotecnologia. 
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Referências 
• Alves, O. L. Modernas aplicações de vidros. Campinas: Instituto de química, UNICAMP, 
2006. Disponível em: <http://lqes.iqm.unicamp.br/canal_cientifico/ 
pontos_vista/pontos_vista_divulgacao47-1_vidros.pdf> Acesso em: 15 jun. 2012. 
16:45:15 
• GLEIZE, P. J. P. Nanotecnologia e Materiais de Construção. In: Isaia, G. C. (edição). 
Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. 2.ed. 
São Paulo: Ibracon, 2010. v.2, p.1719-1745. 
• JOHN, V. M.; GLEIZE, P. J. P. Materiais de Construção: Perspectivas e Desafios Futuros. In: 
Isaia, G. C. (edição). Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenharia 
de Materiais. 2.ed. São Paulo: Ibracon, 2010. v.2, p.1747-1759. 
• Ribeiro, R. de M. Concreto aparente: uma contribuição para a construção sustentável. 
Belo Horizonte, 2010. Disponível em <http://www.cecc.eng.ufmg.br/ 
trabalhos/pg2/Monografia%20Raquel%20de%20Macedo.pdf>. Acesso em: 14 jun. 
2012. 17:15:30. 
• Repette, W. L. Concretos de ultima geração e para fins especiais. In: Isaia, G. C. (edição). 
Concreto: ciência e tecnologia. 2.ed. São Paulo: Ibracon, 2011. v.2. 
 
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