Aula 2 Estudo dos Materiais

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AULA 2 – INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS MATERIAIS
MATERIAIS DE 
CONSTRUÇÃO I
UNIVERSIDADE FEDERAL R. DO SEMI ÁRIDO
CAMPUS ANGICOS
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
Prof. Ma. Janaina Salustio
O que são materiais?
 Materiais são substâncias
com propriedades que as
tornam úteis na construção
de máquinas, estruturas,
dispositivos e produtos, ou
seja, os materiais que o
homem utiliza para fazer
coisas.
Por que estudar os materiais?
 No exercício de sua profissão, o engenheiro se depara
com vários materiais que deve escolher para obter, com a
melhor relação custo/benefício, a solução para um dado
problema ou obra.
Determinar propriedades para cada caso
eleger o material com melhor custo/benefício
Como escolher os materiais?
 O engenheiro não deve escolher um determinado material
através de um única propriedade, em especial quando se
trata de uma construção que ficará sujeita à ação das
intempéries ou ambientes agressivos.
 Ao escolher um material estrutural, deve levar em conta
não somente a resistência, como também a durabilidade e
o desempenho estrutural até o final da vida útil, pelo menor
custo global.
Como escolher os materiais?
Conhecimento 
técnico científico
Experiência
Questões 
ambientais
O que observamos na foto?
O que aconteceu?
Erros de cálculo e materiais
de baixa qualidade levaram
ao desabamento e à
implosão do edifício Palace
2, no Rio de Janeiro, em
fevereiro de 1998
Propriedades dos 
materiais sólidos
Propriedades Físicas, elétricas e 
térmicas
 Massa Específica
 Resistividade
 Condutividade elétrica
 Capacidade calorífica
 Condutividade térmica
 Expansão térmica
Física: nos oferece uma noção do
quão leve ou pesado é o material,
permitindo reconhecer a adequada
utilização dele de acordo com as
exigências que se tem para
confecção de um produto.
Elétricas: é fundamental para
selecionar materiais para o
emprego na engª elétrica.
Térmica: influencia na forma
escolhida para o
processamento de um dado
material, uma vez que o
aumento de temperatura pode
facilitar a sua moldagem ou
destruí-lo.
Propriedades Físicas, elétricas e 
térmicas
Massa Específica é a relação entre a massa de um corpo e o
seu volume.
Densidade: é a relação entre a sua massa específica e a da
água pura. Como a massa específica da água é igual a 1
g/cm³, pode-se concluir que os termos são idênticos em
valores numéricos.
Propriedades Físicas, elétricas e 
térmicas
Propriedades Físicas, elétricas e 
térmicas
Resistividade é uma propriedade que indica a resistência à
passagem de corrente elétrica através de um corpo.
No concreto, a resistividade
normalmente depende da
umidade (fator a/c) e da sua
composição (adições),
considerando-se que quanto
mais seco o material, mais
resistivo ele fica.
Propriedades Físicas, elétricas e 
térmicas
Propriedades Físicas, elétricas e 
térmicas
Condutividade elétrica é o inverso da resistividade, isto é,
representa a facilidade que um determinado corpo tem em
conduzir corrente.
Propriedades Físicas, elétricas e 
térmicas
Condutividade térmica diz respeito à capacidade que um dado
material possui em transferir calor, estando relacionado ao
fluxo de calor por condução.
Propriedades Físicas, elétricas e 
térmicas
Expansão térmica está relacionada com a expansão e a
contração sofrida pelos sólidos, quando submetidos a um
aquecimento e um resfriamento, respectivamente. A
deformação devido a variação da temperatura de um dado
material vai depender do seu coeficiente de dilatação térmica e
da magnitude do aumento ou da diminuição da temperatura
De forma geral, os materiais que apresentam ligações químicas
fortes têm coeficientes de dilatação térmica baixos, como é o caso
dos materiais cerâmicos e dos materiais metálicos de alto ponto de
fusão. Já os materiais poliméricos têm coeficientes de dilatação
térmica mais altos!!
Propriedades Físicas, elétricas e 
térmicas
Propriedades Físicas, elétricas e 
térmicas
metais
Polímeros
Compósito
Compósito
Propriedades Mecânicas
• Quando se pensa em uma propriedade mecânica de um
material, particularmente quando este será aplicado em
grandes estruturas como pontes ou edifícios, a primeira que
vem a mente é resistência mecânica.
• Resistência é uma medida das forças externas aplicadas
ao material, as quais são necessárias para vencer as forças
internas de atração entre as partículas elementares do
mesmo.
• Medida de resistência para engenharia: Capacidade de um material ou
componente suportar carga sem se romper ou apresentar excessiva
deformação
Propriedades Mecânicas
(1MPa=10kgf/cm2)
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
• Elasticidade: é a tendência que os corpos apresentam de
retornar à forma original após a aplicação de um esforço.
Propriedades Mecânicas
• Em nível molecular a elasticidade pode ser explicada da
seguinte forma:
• Ao se aplicar uma força externa, se essa força não tiver
magnitude suficiente para quebrar a energia que une os
átomos, ocorrerá apenas um afastamento entre eles,
causando uma deformação reversível, isto é, após a retirada
da força os átomos voltarão a sua posição original. Esse
comportamento é chamado de uma resposta elástica do
material.
Propriedades Mecânicas
Cada material apresenta um valor específico para o
módulo de elasticidade, pois este é determinado pela sua
composição!!
Propriedades Mecânicas
• Plasticidade: está relacionada com a deformação
permanente que ocorre nos materiais devido à ruptura das
ligações intermoleculares, cujas deformações são
permanentes, isto é não desaparecem quando a carga é
retirada.
Propriedades Mecânicas
• Ductilidade: é a capacidade que têm os corpos de se
deformarem antes de romperem, ou seja, representa o nível
de deformação plástica antes da ruptura de um material.
• Quando um material apresenta uma deformação plástica
muito pequena, diz-se que a sua ruptura é do tipo frágil. Ao
contrário, quando um material apresenta uma elevada
deformação plástica, ele é chamado de dúctil.
• Existe ainda os materiais que apresentam um
comportamento intermediário, sendo assim o seu
comportamento é denominado de semi-dúctil.
Propriedades Mecânicas
• A ductilidade normalmente pode ser expressa através do
seu alongamento percentual (AL)
• Aços de construção (CA-25 e CA-50) e os materiais
poliméricos, são exemplos de materiais com ruptura
dúctil (AL> 5%).
• Concreto frágil a semi-dúctil.
• Materiais cerâmicos, ferro fundido frágil
Outras características...
a) Dureza – é a resistência que os corpos opõem ao serem
riscados. A dureza indica o quanto a superfície resiste a danos
localizados causados por tensão ou impacto.
b) Tenacidade – é a resistência a fratura frágil. Relacionado a
capacidade de absorver energia.
Grupos de materiais
Como estudar os materiais?
 Tradicionalmente, segundo a microestrutura, os materiais
sólidos são agrupados em três classes:
Metais
Cerâmicos
Polímeros
 Além destes existem ainda outros três grupos que são
cada vez mais importantes na área da Engenharia:
Compósitos
Semi-condutores
Biomateriais
Metais
 São compostos de combinação de elementos metálicos;
 Os metais mais tradicionais como o cobre, ouro e ferro,
são conhecidos e utilizados entre 5.000 e 3000 a.C;
Metais
 As propriedades dos metais derivam de sua constituição e
arranjo molecular, sendo bons condutores de eletricidade e
calor,muito resistentes e deformáveis.
esquadrias
cobertura revestimentos
mais aplicações...
Fios e cabos 
elétricos
armadura
Cerâmicas
 São formadas por espécies químicas metálicas e não
metálicas com ligações iônicas e covalentes. Esses tipos
de ligações atômicas confere propriedades específicas;
 Apresentam boa resistência mecânica, baixa deformação
na ruptura, estabilidade a altas temperaturas, resistência
ao ataque químico e isolamento elétrico;
 Grande parte dos materiais cerâmicos são compostos por
sílica, alumina, magnésia ou cal, que compõem o grupo da
maioria dos materiais de construção mais empregados nas
construções.
Exemplos...
Polímeros
 São macromoléculas orgânicas formadas pela união de
substâncias simples, chamadas monômeros, podem ser
de origem natural ou sintética;
Exemplos...
madeira borracha Forro de pvc
tubos isopor
Materiais betuminosos
Polímeros
 Os polímeros se constituem em moléculas de cadeia longa
com grupos repetitivos que apresentam ligações
covalentes fortes, sendo os principais elementos da cadeia
o carbono, o hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e outros
elementos não metálicos.
 Apresentam resistência mecânica fraca, em função das
ligações intermolecular serem do tipo van der waals
(relativamente fracas);
 Vantagens: baixo custo, baixa densidade, facilidade de
conformação;
 Desvantagens: são de difícil reparação e, em geral,
possuem baixa resistência aos raios UV;
Outros materiais
 Os compósitos são combinação de dois ou mais
materiais com o objetivo de se obter propriedades
especiais não apresentadas isoladamente pelos seus
componentes.
Ex: tintas, concreto, argamassa
 Os semicondutores apresentam características elétricas
específicas, sendo muito usados pela indústria dos
produtos eletrônicos e computadores
 Os biomateriais são uma classe recente, utilizada
usualmente em próteses compatíveis com os tecidos
humanos, ou seja, não deve causar rejeição.
Ex. próteses ou dispositivos implantados no corpo
para suprir a falta de um órgão
Princípio básico para o 
estudo dos materiais
O comportamento do 
material depende da 
sua microestrutura
Normalização na 
construção civil
O que é normalização?
 É o processo de
padronização destinado a
estabelecer e aplicar regras,
de forma a ordenar uma
atividade específica para o
benefício de todos os
interessados levando em
consideração condições
funcionais e exigências de
segurança.
Um pouco do histórico...
 Há várias décadas atrás, a produção era artesanal e não
existiam padrões, ou seja, produtos e serviços eram
desenvolvidos sem que houvesse a garantia de que a
cada produção seriam obtidos itens com características
iguais àquelas obtidas anteriormente.
Revolução 
Industrial
Organização 
das empresas
Redução de custos
minoração da variabilidade
dos produtos de uma
mesma empresa.
NORMA
Norma
 É um documento que
estabelece as principais
características, propriedades ou
diretrizes a respeito de um
determinado produto, serviço ou
procedimento.
 Surgiram de uma necessidade
da sociedade para servir a essa
mesma sociedade, como
ferramenta de avaliação de
produtos e serviços.
Norma
 Documento estabelecido por consenso e aprovado
por um organismo reconhecido, que fornece, para
uso comum e repetitivo, regras, diretrizes ou
características para atividades ou seus resultados,
visando a obtenção de um grau ótimo de ordenação
em um dado contexto.
 Especificação de produtos
 Procedimentos de serviços
 Terminologia
 Método de ensaio
 Padrão de grandeza / medida (metrologia)
Norma
Especificação de 
produtos
Procedimento de 
serviços
Método de Ensaio
Norma
Terminologia
Objetivos da normalização
 A normalização tem como objetivo contribuir nos
seguintes aspectos:
 Qualidade: por meio da definição de padrões que levam em
conta as necessidades e os requisitos dos usuários,
aumentando a reprodutibilidade, ou seja, diminuindo a
variabilidade.
 Produtividade: a partir da padronização dos produtos,
processos e procedimentos, contribuindo também para
redução de custos.
 Eliminação de barreiras técnicas e comerciais: evitando
a existência de regulamentos conflitantes sobre produtos e
serviços em diferentes países, facilitando o intercâmbio
comercial.
Objetivos da normalização
 A normalização tem como objetivo contribuir
nos seguintes aspectos:
Certificação e avaliação da conformidade:
servindo de base a processos de avaliação de
conformidade e certificação de produtos e serviços.
Entidades de normalização
 Terminologia
 Padronização
 Especificação: define os parâmetros de
controle de um dado material, componente,
elemento (requisitos e critérios e os
respectivos métodos de ensaio).
 Métodos de ensaio: definem o
procedimento segundo o qual um dado
parâmetro deve ser determinado.
Tipos de normas técnicas -
ABNT
Procedimentos:
 de controle de qualidade: definem como
os lotes, a amostragem, os critérios de
aceitação, os estimadores, etc.
 de projetos, processos construtivos e
outros serviços da construção civil. Ex.:
Procedimentos de projeto definem os
critérios de seleção dos parâmetros
estruturais de modo a garantir a qualidade
da estrutura.
Tipos de normas técnicas -
ABNT