Aula 1 Propriedades dos Materiais

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Prof. Esp. Fabiano Fagundes 
Materiais de Construção I 
 Você sabe dizer o que 
casas, prédios, ferrovias, 
pontes, viadutos, portos, 
barragens e túneis têm em 
comum? 
 Independente do tipo de 
obra, os materiais de 
construção básicos 
utilizados são praticamente 
os mesmos (cimento, areia, 
brita, concreto, aço, vidro, 
madeira, polímeros, etc...). 
Burj Khalifa 
Ferrovia Norte-Sul 
 
História 
 A própria História da humanidade foi 
dividida pelos materiais: 
Idade da Pedra e Idade do Bronze 
• Nos primórdios, o material era usado como 
encontrado, sem ser trabalhado. 
• Com o tempo, alguns materiais passaram a 
ser modelados (pedra, madeira e barro). 
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Ciência e engenharia de Materiais 
• A ciência pode ser definida como um 
conjunto organizado de conhecimentos 
relativos a um determinado objeto. 
• Material é um conjunto dos objetos 
que constituem ou formam uma obra, 
uma construção. 
Ciência e engenharia de Materiais 
• Engenharia é a arte de aplicar conhecimentos 
científicos e empíricos e certas habilitações 
específicas à criação de estruturas, 
dispositivos e processos. 
 
• O Engenheiro, compreendendo essas 
definições e com base no conhecimento dos 
materiais de construções, terá a possibilidade 
de escolher e especificar o material que 
melhor atende às exigências envolvidas. 
Ciência e engenharia de Materiais 
• Na execução de uma obra, é preciso 
conhecer as forças externas que atuarão 
sobre a construção. 
Forças internas; 
Cargas; 
Vento; 
Clima. 
Ciência e engenharia de Materiais 
Por essas razões, é importante conhecer 
as propriedades: 
 
Físicas; 
Químicas; 
Mecânicas. 
Classificação dos Materiais 
Origem; 
Função; 
Composição; 
Estrutura interna; 
Composição química. 
Seleção dos Materiais 
Ordem técnica; 
Econômica; 
Estética. 
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A grande variedade de materiais empregado na 
construção civil é devido às propriedades 
diferenciadas apresentadas por cada tipo. 
Aço: resistência à tração; 
Alumínio: leveza; 
Vidro: transparente e frágil; 
Concreto: resistência a compressão. 
Poliacrilato de sódio 
Importância 
• Ao fazer a sua escolha, o engenheiro deve 
levar em conta propriedade tais como 
resistência mecânica, condutividade 
elétrica ou térmica, densidade , entre 
outras. 
 • Além disso, deve considerar o 
comportamento do material durante o 
processamento e o uso, onde: 
plasticidade, usinabilidade, 
condutibilidade térmica e elétrica, 
durabilidade e comportamento irradiante 
são importantes, assim como, custo e 
disponibilidade. 
Principais símbolos usados na Engenharia Unidades utilizadas na Engenharia 
Prefixos 
Obtenção 
• Devemos classificar os materiais em: 
 
a) NATURAIS: Se encontram na natureza em 
condições de serem empregados. 
 Exemplos: areia, saibro, granito, etc. 
 
b) INDUSTRIALIZADOS: Necessitam de transformação ou 
preparação por processos industriais para poderem ser 
utilizados. 
 Exemplos: aço, cimento, tijolo, etc. 
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Principais Propriedades 
Extensão: propriedade dos corpos de 
ocupar um lugar no espaço. 
Impenetrabilidade: propriedade que 
indica não ser possível que dois corpos 
ocupem o mesmo lugar no espaço. 
Inércia: propriedade que impede os 
corpos de modificarem, seu estado 
inicial de repouso em movimento. 
Principais Propriedades 
Atração: propriedade da matéria atrair 
matéria (Lei da atração das massas). 
Porosidade: propriedade que tem a 
matéria de não ser contínua, havendo 
espaço entre as massas. 
Divisibilidade: propriedade que os 
corpos tem de se dividirem em 
fragmentos. 
Principais Propriedades 
Indestrutibilidade: propriedade que a 
matéria tem de ser indestrutível. 
Ductilidade: capacidade de se 
reduzirem a fios, sem se romperem. 
Durabilidade: capacidade de se 
apresentarem inalterados com o 
tempo. 
Principais Propriedades 
Dureza: é a resistência que os corpos 
opõem ao serem riscados. 
Tenacidade: resistência ao choque ou a 
percussão. 
Maleabilidade ou plasticidade: 
capacidade que os corpos tem em se 
adelgaçarem até formarem lâminas 
sem se romperem. 
Principais Propriedades 
Desgaste: perda de qualidades ou de 
dimensões com o uso contínuo. 
Elasticidade: é a tendência que os 
corpos apresentam a retornar à forma 
primitiva após a aplicação de um 
esforço. 
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Esforços mecânicos 
Tração 
Compressão 
Flexão 
Torção 
Cisalhamento 
Tração 
• Em um ensaio de tração, um corpo de 
prova é submetido a um esforço que 
tende a alongá-lo ou esticá-lo até à 
ruptura. 
• Geralmente, o ensaio é realizado num 
corpo de prova de formas e dimensões 
padronizadas, para que os resultados 
obtidos possam ser comparados ou, se 
necessário, reproduzidos. 
Ensaio de Tração Compressão 
• A compressão física é um resultado 
da aplicação de uma força de 
compressão a um material, 
resultando em uma redução em seu 
comprimento. 
• A compressão ocorre quando a força 
axial aplicada estiver atuando com o 
sentido dirigido para o interior da 
peça. 
Ensaio de Compressão Flexão 
• A flexão é um esforço físico no qual 
se caracteriza pela deformação 
ocorrer perpendicularmente à força 
atuante. 
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Qual é este esforço? Torção 
• Quando uma peça, normalmente 
cilíndrica, sofre o efeito de um 
torque e uma força resistente, ela 
tende a sofrer torção. 
• As deformações causadas a uma 
peça que sofre torção são 
deslocamentos angulares de uma 
seção em relação a outra. 
Qual é este esforço? Cisalhamento 
• É um tipo de tensão gerado por 
forças aplicadas em sentidos opostos 
porém em direções semelhantes no 
material analisado. 
• Ao ocorrer o corte, as partes se 
movimentam paralelamente, por 
escorregamento, uma sobre a outra, 
separando-se. 
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Tensão 
É definida como a força por unidade de área, 
sendo calculada simplesmente dividindo-se a 
força pela área na qual atua. 
 É expressa em psi, kgf/cm2, MPa, etc. 
Resistência 
A resistência 
mecânica de um 
material está 
correlacionada 
com a sua 
capacidade de 
suportar tensões 
sem se romper. 
Resistência Mecânica 
 É a propriedade que 
tem o material de não ser 
destruído sob a ação das 
cargas. 
 É a mais importante e 
estuda-se na Resistência 
dos Materiais (REMA). 
 
Exemplo 
Um corpo de prova de concreto de área 
transversal igual a 78,5 cm² rompeu com 
uma carga de 19.625 kgf. Qual é a 
resistência (tensão de ruptura)? 
𝜎 =
𝐹𝑜𝑟ç𝑎
Á𝑟𝑒𝑎
=
19625
78,5
= 250 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚² 
 
Ou 25 Mpa, isto é, ele rompeu quando cada cm² foi 
comprimido com uma força de 250 kgf. 
Vemos que quanto menor a área de contato, 
maior será a tensão gerada. 
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Resumindo: 
Deformação 
 É o efeito da tensão, normalmente 
expressa em porcentagem ou mm/mm. Pode ser 
elástica ou plástica. 
 É obtida da leitura do extensômetro, ou 
dividindo-se a variação do comprimento de 
referência, δ, pelo comprimento de referência 
inicial Lo. 
Deformação Exemplo 
Uma barra de 120 cm, submetida a uma 
tensão de tração, alongou 24 cm. Qual é 
o valor da deformação? 
𝜺 =
δ
𝐿
=
24𝑐𝑚
120𝑐𝑚
= 0,20 
 
Ou seja, a barra deformou cerca de 20%. 
Deformação Deformação Elástica 
• É reversível e praticamente 
proporcional à tensão aplicada; 
desaparece quando a tensão é 
removida (os átomos mantêm sua 
posição relativa após a retirada da 
tensão). 
MÓDULO DE ELASTICIDADE (MÓDULO 
DE YOUNG) 
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Módulo de Young 
• É o quociente entre a tensão aplicada 
e a deformação elástica resultante. 
• Estárelacionado à rigidez do material. 
• É relacionado primordialmente pela 
composição do material e, apenas 
indiretamente, com as demais 
propriedades mecânicas. 
• É expresso em MPa, psi, etc. 
Módulo de Young 
 O módulo de Young tem origem 
na energia de ligação entre os átomos 
do material e divide os materiais em 
aproximadamente duas grandes 
classes: os flexíveis e os rígidos; 
 Um material com um elevado 
valor do módulo de Young é um 
material rígido. 
Módulo de Young 
 As borrachas, polímeros e 
‘espumas’ estão entre os materiais de 
menor módulo de elasticidade 
enquanto que os materiais cerâmicos 
estão no outro extremo e constituem 
os materiais mais rígidos conhecidos. 
Módulo de Young 
Deformação Plástica 
• É a deformação permanente provocada 
por tensões que ultrapassam o limite de 
elasticidade. 
• É o resultado de um deslocamento 
permanente dos átomos que 
constituem o material. 
• A deformação elástica continua a 
aumentar durante a deformação 
plástica, mas é reversível. 
Material Plástico 
Material Elástico 
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Tensão x Deformação 
 Traçar o Diagrama Tensão x 
Deformação é uma ótima forma de avaliar o 
comportamento do material. 
Diagrama Tensão - Deformação 
Região Elástica → Tensão é proporcional 
à Deformação “Lei de Hook” (s=E*𝜺) a 
deformação é reversível; ligações 
atômicas são alongadas, mas não se 
rompem. 
Região Plástica → σ não é linearmente 
proporcional à ε; a deformação é quase 
toda não reversível; ligações atômicas 
são alongadas e se rompem. 
Tensão x Deformação 
 
Coeficiente de Poisson 
Coeficiente de Poisson 
• Quando ocorre alongamento ao longo 
de uma direção, ocorre contração no 
plano perpendicular. 
• A Relação entre as deformações é dada 
pelo coeficiente de Poisson (ν). 
• Os valores de ν para diversos metais 
estão entre 0,25 e 0,35. 
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Ductilidade 
• É a capacidade dos corpos sólidos de se 
reduzirem a fios sem se romperem. 
 
• É a deformação plástica total até o 
ponto de ruptura (medida da 
deformabilidade do material). Seu valor 
pode ser expresso como alongamento e 
nas mesmas unidades de deformação. 
Deformação de uma barra de Aço 
Os metais, em geral, apresentam grande 
ductilidade. No entanto, a maioria dos materiais 
de construção apresentam baixa ductilidade, ou 
seja, se rompem de forma frágil. 
Comportamento dos Materiais Maleabilidade 
• Propriedade que junto à ductilidade 
apresentam os corpos ao serem 
moldados por deformação. 
 
• A diferença é que a ductilidade se refere 
à formação de filamentos e a 
maleabilidade permite a formação de 
delgadas lâminas do material sem que 
este se rompa. 
Maleabilidade 
• O elemento conhecido mais maleável é 
o ouro, que se pode malear até dez 
milésimos de milímetro de espessura. 
 
Obs.: 1 g de ouro, é possível obter um fio de 3 Km x 0,005 
mm ∅, ou uma lâmina de 70 cm² de largura e espessura 
de 0,1m 
• Também apresenta esta característica, 
em menor escala, o alumínio, tendo-se 
popularizado o papel de alumínio como 
envoltório conservante para alimentos. 
Resiliência 
• Capacidade que o material possui de 
absorver energia elástica sob tração 
e devolvê-la quando relaxado. 
 
• Materiais de alta resiliência possuem 
alto limite de escoamento e baixo 
módulo de elasticidade → são ideais 
para uso em molas. 
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Resiliência 
 
Dureza 
• Resistência da superfície do material à 
penetração, ou, é a resistência que os 
corpos opõem ao serem riscados. 
• Escala MOHS → idealizada pelo 
mineralogista austríaco Friedrich Mohs, 
com base em dez minerais relativamente 
comuns, aos quais atribuiu graus de dureza 
relativa de um a dez. É de uso corrente 
entre mineralogistas e outras pessoas 
interessadas na identificação de minerais. 
Escala de Mohs 
Massa Específica Aparente ou 
Massa Unitária 
• É a massa por unidade de volume 
aparente, considerando os vazios (no 
estado natural) → massa do material 
por unidade de volume do recipiente de 
medida. 
É de grande importância no cálculo das 
construções, para determinar o peso próprio e 
também no transporte dos materiais. 
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Massa Específica Real 
• É a massa por unidade de volume sem 
contar os vazios, ou seja, da unidade 
de volume deste material compactado. 
Exemplo 
 Uma amostra de areia seca de massa 
igual a 500 g foi colocada num recipiente 
com 200 cm³ de água. O volume da mistura 
de água com areia alcançou o valor de 390 
cm³. Qual é a massa específica da areia? 
γ =
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
=
500
390 −200 
= 2,63 g/cm³ 
A massa específica dessa areia é igual 2,63 g/cm³. 
Capacidade 
• É a relação entre o volume real 
(compactado) e o volume total 
(natural), dado em percentagem. 
Porosidade 
• É a relação entre o volume de vazios 
e o volume total (aparente), dado em 
percentagem. 
Porosidade 
• Os materiais finamente porosos têm poros 
com a 1 a 10 m de diâmetro e os que têm 
grandes poros variam de décimos de mm 
até 2 mm. 
 
 Há várias propriedades dos materiais 
que são influenciadas pela capacidade e 
pela porosidade. Dentre elas temos: a 
resistência mecânica, absorção da água, 
permeabilidade, condutibilidade térmica, 
resistência ao congelamento e aos ácidos, 
etc. 
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Absorção 
• É o poder que tem o material de 
absorver e reter um fluido 
(geralmente a água), expresso em 
porcentagem do peso do material. 
Inchamento 
• É a relação entre o volume úmido e o 
volume seco do material. 
Permeabilidade 
• É a propriedade do material de deixar 
passar um fluido (geralmente a água) 
através de uma determinada amostra. 
Fluência 
• É a diminuição do volume do material 
sob a ação de um carregamento 
constante. 
Resistência à Abrasão 
• É a propriedade do material de 
resistir, sem perda de peso e volume 
(desgaste) quando submetido a 
cargas abrasivas. 
Desgaste 
• É a perda da qualidade ou de dimensões 
com o uso contínuo. 
Resistência ao Calor 
• É o poder refratário do material. Isto é, a 
capacidade à ação prolongada de altas 
temperaturas, sem se deformar. 
 
 Refratários 
 Dificilmente Fundidos 
 Facilmente Fundidos 
>1580°C 
>1300°C 
<1300°C 
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Propriedades Térmicas 
• Temperatura: nível de atividade térmica 
(medida em graus celsius (°C), 
Fahrenheit (°F), Kelvin (K). 
• Calor: é a energia térmica (expressa em 
Btu – British termal unit; Joule). 
• Ponto de fusão e ponto de ebulição: 
temperaturas importantes pois 
correspondem à transição entre 
diferentes arranjos estruturais dos 
átomos do material. 
Fusão 
• O ponto de fusão se refere a 
temperatura que um determinado 
material passa do estado sólido para o 
estado líquido. 
 
Extremamente importante, principalmente nos 
metais. 
 Alumínio: 660 °C 
 Ferro: 1530 °C 
Dilatação Térmica 
• É o aumento do volume de um corpo 
ocasionado pelo agitamento de suas 
moléculas. 
As grandes estruturas em prédios devem 
apresentar juntas para evitar os esforços 
de tração. 
Resistência ao Congelamento 
• É a capacidade dos materiais de não 
se deteriorarem sob a ação do gelo e 
degelo sucessivos. 
Propriedades Elétricas 
• Resistividade: Expressa em ohm*cm 
ou ohm*pol. Está relacionada com as 
unidades comuns de resistência. 
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Propriedades Elétricas 
• Condutividade: É o inverso da 
resistividade. 
Propriedades Químicas 
• Ao contrário do que ocorrem com as 
propriedades físicas, as propriedades químicas 
são marcadas por mudanças na composição do 
material, ou seja, uma substância se 
transforma em outra(s). 
 Combustibilidade: Gasolina (combustível) 
 Água(não combustível) 
Propriedades Químicas 
Corrosão: O ar, auxiliado pela água, 
pode destruir o ferro e o aço, ou seja, alguns 
dos materiais mais fortes empregados na 
construção civil. 
Resistência à Corrosão 
• É a propriedade segundo a qual o 
material resiste à ação de ácidos, bases, 
gases ou sais. A maior parte dos 
materiais de construção não resiste à 
ação de ácidos e bases. 
– Os ácidos atacam: Madeira; calcário; 
dolomita; cimento; ... 
– As soluções Alcalinas concentradas atacam 
os produtos betuminosos. 
Custos 
• Embora não seja uma propriedade do 
material, frequentemente é o fator 
determinante na seleção de um certo 
material para uma dada aplicação. 
• É usualmente expresso em valor por 
quilograma ou por peça, mas um índice 
mais significativo é o custo por unidade 
de vida útil. 
Classificação dos Materiais 
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Metais 
Propriedades básicas: 
• Fortes e podem ser moldados. 
• Dúcteis (deformam antes de quebrar). 
• Superfície “metálica”. 
• Bons condutores de corrente elétrica e 
de calor. 
Metais 
Cerâmicas e Vidros 
Propriedades básicas: 
• São uma combinação de metais com 
Oxigênio, Nitrogênio, Carbono, Fósforo (P), 
Enxofre (S). 
• São altamente resistentes à temperatura 
(refratários). 
• São isolantes térmicos e elétricos. 
• São frágeis (quebram sem deformar). 
• São menos densos do que metais. 
• Podem ser transparentes. 
Cerâmicas e Vidros 
Polímeros 
Propriedades básicas: 
• São sintéticos (feitos pelo homem) ou 
“naturais”. 
• Altamente moldáveis (plásticos). 
• São formados pela combinação de 
unidades - “meros”. 
• São formados por um número bem 
limitado de elementos. C e H, O (acrílicos), 
N (nylons), F (flúor-plásticos) e Si 
(silicones). 
• São leves e, em geral, não frágeis. 
• Em geral são menos resistentes do que 
metais e cerâmicas 
Polímeros 
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Compósitos 
Propriedades básicas: 
• Combinação de metais, cerâmicas e 
polímeros. 
• Preservam as propriedades “boas” 
dos componentes e possuem 
propriedades superiores às de cada 
componente separado. 
Compósitos 
Semicondutores 
Propriedades básicas: 
• Formam os componentes eletrônicos do 
computador. 
• Condutividade finamente controlada pela 
presença de impurezas – dopantes. 
• Podem ser combinados entre si para gerar 
propriedades eletrônicas e óticas “sob 
medida”. 
• São a base da tecnologia de optoeletrônica 
- lasers, detectores, circuitos integrados 
óticos e células solares. 
Semicondutores 
Normas 
• Elaboram-se normas com o objetivo de 
regulamentar a qualidade, a 
classificação, a produção e o emprego 
dos diversos materiais. 
 
• ESPECIFICAÇÃO BRASILEIRA (EB- ): fixa 
as condições que o material deve 
satisfazer, através da determinação de 
seus limites para as características 
físicas, químicas e/ou mecânicas. 
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Normas 
• MÉTODO DE ENSAIO BRASILEIRO (MB- ): 
apresenta o conjunto de fatores que 
possibilitem homogeneizar resultados em 
um mesmo ensaio. Devem conter todas as 
provas necessárias e suficientes a que os 
materiais devam ser submetidos para 
avaliações numéricas de suas 
características. 
• NORMA BRASILEIRA (NBR- ): conjunto 
de condições e exigências para utilização 
dos materiais na execução das obras. 
Associações Normativas Oficiais 
• BRASIL - Associação Brasileira de 
Normas Técnicas – ABNT 
• EUA - American Society for Testing and 
Materials – ASTM 
• FRANÇA - Association Française de 
Normes – AFNOR 
• INGLATERRA - British Standards – BS 
• ALEMANHA - Deustsche Industrie 
Normen - DIN 
Organizações Auxiliares e 
Instituto de Tecnologia 
• ABCP - Associação Brasileira do Cimento 
Portland 
 
• IBRACON - Instituto Brasileiro do Concreto 
 
• INT - Instituto Nacional de Tecnologia 
 
• IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas 
Materiais avançados 
 O Alon é um tipo de alumínio transparente 
utilizado na indústria. Ele é um oxinitrato 
policristalino de alumínio, uma espécie de 
cerâmica transparente cristalizada sobre átomos 
de alumínio. 
Materiais avançados 
 Esse tipo de material é extremamente 
resistente, sendo até mesmo superior ao vidro 
blindado utilizado em automóveis. O alumínio 
transparente foi desenvolvido inicialmente pelo 
exército norte-americano para construir veículos 
de guerra com janelas blindadas. 
Materiais avançados 
 Madeira plástica é um material 
composto de fibra de serragem de 
madeira e de termoplástico(s) (inclui PE, 
PP, PVC). Matéria-prima 100% reciclada. 
 Material não racha, é impermeável 
e não gera subprodutos ou resíduos na 
fabricação. Pode ser trabalhado de 
maneira similar à madeira tradicional. 
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