PANORAMA GERAL DA DISCIPLINA

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PANORAMA GERAL DA DISCIPLINA 
 Tipos de materiais empregados na construção civil. 
 Comportamento físico e mecânico dos materiais. 
 Desempenho das construções. 
 Normalizações e controle da qualidade dos materiais e componentes. 
 Ciência dos materiais de construção civil. 
Influência dos materiais no desempenho das estruturas
Patologias e mau desempenho devido à interação entre os materiais
ATUAÇÃO DO ENGENHEIRO CIVIL:
 Profissional capaz de:
 – Especificar materiais e ensaios necessários à obra; 
– Selecionar fornecedores (análise crítica de materiais); 
– Analisar resultados de ensaios (confiabilidade, rejeitar materiais e etc);
 – Aperfeiçoar materiais e seus empregos; 
– Desenvolver novos produtos 
– Trabalhar na indústria de materiais 
QUAIS AS INFLUÊNCIAS DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO NA ENGENHARIA CIVIL?
 Patologias. 
 Mal desempenho das estruturas. 
Gastos desnecessários. 
 
OBS: ESTUDAR E ANALISAR AS FIGURAS COM SUAS PATOLOGIAS.
Introdução a ciências dos materiais: 
Introdução a ciências dos materiais: 
● Estrutura atômica; 
● Arranjo atômico; 
● Microestrutura; 
● Macroestrutura. 
Modelo planetário: núcleo no centro com elétrons “orbitando“ ao seu redor 
● Propriedades dos materiais; 
DUCTILIDADE; 
DUREZA; 
TENACIDADE; 
RESILIÊNCIA. 
RELAÇÃO ENTRE A CIÊNCIA DOS MAT. E ENG

A noção de Ciência dos Materiais ao engenheiro tem por objetivo formar um profissional capaz de entender os fundamentos e a interrelação entre os diferentes níveis de estrutura que constituem os materiais de engenharia e as principais propriedades apresentadas pelos mesmos em função dos processos de fabricação, o que implicará em suas seleções para diversas aplicações. 
CATEGORIAS DE MATERIAIS (COLOCAR OUTRO QUADRO EXPLICATIVO)
Metais : São combinações de elementos metálicos, bons condutores de eletricidade e calor e não transparentes, também são muitos resistentes e deformáveis. Ex:
Cerâmicos: São compostos entre elementos metálicos e não metálicos frequentemente óxidos, nitretos e carbetos. A grande variedade de materiais que se enquadra nesta classificação são compostos de materiais argilosos, cimentos e vidros. Os cerâmicos são duros, porém muito quebradiços. São materiais frágeis. 
Polímeros: São materiais comuns de plásticos e borracha, compostos orgânicos baseados no carbono, hidrogênio e outros não metálicos, estrutura molecular muito grande, baixa densidade e extremamente flexíveis. 
Compósitos: Consiste em um ou mais tipo de material, trabalhando juntos, sendo que, as propriedades do conjunto são melhores do que a de um material individual. Ex: concreto e fibras de carbono impregnadas. 
Semi condutores: São materiais que possuem propriedades elétricas intermediárias aos condutores normais. Eles tornaram possível os circuitos integrados que revolucionaram as indústrias de eletrônicos. 
Biomateriais: São empregados em componentes implantados no interior do corpo humano. Todos os materiais citados anteriormente, podem ser usados com biomateriais 
Ciência dos Materiais: conhecimento básico da estrutura interna dos materiais, suas propriedades e processos de fabricação. 
 Para o estudo dos diversos materiais usados na engenharia, é preciso conhecer a sua estrutura atômica, propriedades e comportamento, quando submetidos à tensões , esforços ou tratamento que modificam sua microestrutura. 
A estrutura de um material pode ser dividida em quatro níveis:
● Estrutura atômica; 
● Arranjo atômico; 
● Microestrutura; 
● Macroestrutura.
LIGAÇÕES ATÔMICAS
O tipo de ligação interatômica influencia nas propriedades dos materiais. Os elementos se ligam para formar os sólidos com uma configuração mais estável: geralmente oito elétrons na camada de valência (= gases nobres He , Ne , Ar , Kr , Xe ) 
Ligações primárias (fortes): 
• Ligação iônica: Bons isolantes térmicos e elétricos. Predominante nos cerâmicos. EX: cerâmica, cimentos , rebolos e sal de cozinha) 
• Ligação covalente: Materiais são bons isolantes térmicos e elétricos, Ligação bastante comum nos polímeros e materiais cerâmicos.EX:PLÁSTICOS
• Ligação metálica: Apresentam boa capacidade de deformação e tratamentos térmicos; Comportam-se com boa ductilidade (plasticidade) 
Ligação não-direcional, geralmente forte. EX:FERRO, COBRE E ALUMINIO
Ligações secundárias – forças de van der Waals: 
• Moléculas polares; 
• Dipolos induzidos; 
• Pontes de hidrogênio. 
Massa atômica: É a massa representativa de um átomo, considerando o total de prótons e nêutrons. (SOMATÓRIA DE P+N)
Número atômico: O número atômico indica o número de elétrons ou de prótons de cada átomo (considerando o átomo neutro, ou seja, com cargas elétricas negativas e positivas iguais). Ex: Um átomo de cobre, que contém 29 elétrons e 29 prótons, tem um número atômico igual a 29. 
OS ARRANJOS ATÔMICOS PROPICIAM A FORMAÇÃO DOS MATERIAIS, QUAIS SÃO OS TIPOS DE ESTRUTURAS?
• Estruturas moleculares; 
• Estruturas cristalinas; 
• Estruturas amorfas.
Os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material:
- condições de serviço e propriedades requeridas para tal aplicação, 
- fatores de degradação de propriedades, como temperatura, agentes corrosivos, radiações, 
- propriedades de interesse e qual o desempenho e limitações no uso, disponibilidade de matéria-prima e viabilidade técnica de processamento, 
- impacto ambiental e reciclabilidade após uso; 
- custo total. 
As Normas são documentos do domínio público com funções diversas.
Especificar as características dos materiais
Descrever procedimentos de ensaios
Estabelecer dimensões e tolerância dos materiais
Criar terminologia técnica específica e atribuir convenções simbólicas em desenhos;
definir classes de produtos ou materiais. 
Organismos responsáveis pela realização de normas:
ABNT NBR – Associação Brasileira de Normas Técnicas 
ISO – Organização Internacional de Normalização 
ASTM – American Society for Testing Material 
BS – British Standards Institution 
ACI – American Concrete Institute 
UNE – União das Normas Espanholas 
NP – Normas Portuguesas – Instituto Português da Qualidade 
ATIC / ONS – Associação Técnica da Indústria do Cimento / Organismo de Normalização Setorial (portugal). 
PCA – Portland Cement Association
PROPRIEDADES GERAIS DOS MATERIAIS
Considerações iniciais sobre a umidade dos agregados (exemplo!)
a) seco em estufa: isento de umidade livre, quer seja na superfície externa ou umidade interna, expelidas pelo calor; 
b) seco ao ar: sem umidade superficial, mas com alguma umidade interna; 
c) saturado com superfície seca (sss): o agregado é considerado na condição de s.s.s. quando, durante o amassamento, não absorver nenhuma parte da água adicionada e nem contribui com qualquer de sua água contida, na mistura. Qualquer agregado na condição de s.s.s. possui água absorvida (água mantida aderente à superfície por ação físico-química) na sua superfície, desde que esta água não possa ser removida facilmente do agregado; 
d) úmido: com água livre em excesso, o que contribui para alterar o teor de água da mistura. 
VISUALIZAR AS FIGURAS DOS CÍRCULOS
PRINCIPAIS GRANDEZAS (Continuação):
Volume absoluto, Vr (ou volume real): corresponde ao volume ocupado pela matéria, não se considerando o volume de vazios desse corpo; 
Vr =V – Vv 
Massa específica: é a relação entre a massa do agregado seco e seu volume, excluindo os poros permeáveis. 
Massa específica aparente: É a relação entre a massa do agregado seco e seu volume, incluindo os poros permeáveis. 
Massa específica relativa: É a relação entre a massa da unidade de volume de um material, incluindo os poros permeáveis e impermeáveis, a uma temperatura determinada, e a massa de um volume igual de água destilada, livre dear, a uma temperatura estabelecida.; 
Densidade: relaciona a massa de um corpo com a massa de igual volume de água a uma temperatura de 4º C; 
Porosidade: corresponde ao quociente entre o volume de vazios e o volume aparente (expresso em %).
TENSÃO E DEFORMAÇÃO DOS MATERIAIS
Tensão é a relação entre a carga aplicada e a área resistente.
Deformação é definida como a relação entre a variação de comprimento (após aplicar determinada carga no material) e o comprimento inicial (base de comprimento marcado no material).
a) Resistência mecânica – pode-se conceituar resistência mecânica como sendo a capacidade do material de resistir a esforços de natureza mecânica, como tração, compressão, cisalhamento, torção, flexão entre outros, sem romper e/ou se deformar. O termo “resistência mecânica”, porém abrange na prática um conjunto de propriedades que o material deve apresentar, dependendo da aplicação ao qual se destina. É muito comum para efeito de projeto relacionar diretamente a resistência mecânica com resistência à tração do material. 
b) Elasticidade – é a capacidade que o material apresenta de deformar-se elasticamente. A deformação elástica de um material ocorre quando o material é submetido a um esforço mecânico e o mesmo tem suas dimensões alteradas, e quando o esforço é cessado o material volta às suas dimensões iniciais; 
 c) Ductilidade e/ou plasticidade – é a capacidade que o material apresenta de deformar-se plasticamente (ou permanentemente) antes de sua ruptura. Nota-se que houve deformação plástica de um material quando este é submetido a um esforço mecânico e o mesmo tem suas dimensões alteradas, e quando o esforço é cessado o material não retorna à sua dimensão inicial. 
 d) Dureza – A dureza possui várias definições. Talvez a que mais se adapte ao nosso curso seja: dureza é a medida da resistência que o material possui a deformação plástica localizada. 
 e) Tenacidade – é a capacidade que o material possui em absorver energia antes de sua ruptura. Dentro deste mesmo conceito pode-se associar a tenacidade com a resistência ao impacto. 
RESILIÊNCIA: Energia absorvida no estado elástico e representa a capacidade do material se deformar elasticamente, sem atingir o regime plástico. COMPLETAR
MATERIAIS BETUMINOSOS
HISTÓRICO 
 Impermeabilizante – Mesopotâmia, Grécia, Roma (aglomerados na construção de estradas e capas de impermeabilização em tanques) 
 Citações Bíblicas – “Arca de Noé” 
 Mumificação (embalsamento) – Egito 
 Bolas de fogo – Grécia 
Aglutinante – Mesopotâmia, Incas, Roma (vedação de barcos e construção de estradas) 
DEFINIÇÃO
 Materiais betuminosos são associações de hidrocarbonetos solúveis em bissulfeto de carbono e que têm a propriedade de aderência aos agregados. São subdivididos em duas categorias: os asfaltos e os alcatrões: 
• Asfaltos: podem ser naturais ou provenientes da refinação do petróleo (obtidos através de destilação do petróleo). Asfalto não é sinônimo de betume o asfalto é obtido de rochas calcadas impregnadas de betume na proporção de cerca de 10%. O asfalto é mais fraco do que o betume
• Alcatrões: são obtidos através da refinação de alcatrões brutos, que por sua vez vêm da destilação de carvão mineral (não é mais utilizado). 
 Atualmente há a total predominância do ligante proveniente do petróleo na pavimentação, com o abandono do alcatrão. 
ALCATRÕES 
• Destilação do carvão mineral
 • Resultante da fabricação do gás e coque (O coque é um tipo de combustível derivado da hulha (carvão betuminoso).
=> Diferenças com asfalto: 
• Maior adesividade
• Menor susceptibilidade térmica 
• Menor estabilidade 
• Mais rápido o envelhecimento
 • Consistência variável
 • Cor parda escura ou negra 
• Proveniente de jazidas ou do refino do petróleo
 • Principal constituinte – betume (O betume é uma resina natural, diluída em solvente e óleo e serve basicamente para tingir e proteger madeiras sem acabamento, gesso, cerâmica, cobre, couro, latão e outros metais.)
>>>CONCEITO DE BETUME 
>Elemento aglutinante ativo 
>Mistura de hidrocarbonetos pesados 
>>> UTILIZAÇÃO DO BETUME( MATERIAL ASFÁLTICO)
>>> FINALIDADES DO BETUME
AGLUTINANTE
IMPERMEABILIDADE
FLEXIBILIDADE
TRABALHABILIDADE
ECONOMIA
 MATERIAIS BETUMINOSOS UTILIZADOS EM PAVIMENTAÇÃO 
 Cimentos asfálticos de petróleo (CAP). 
 Asfaltos diluídos (ADP). 
 Emulsões asfálticas (EAP) 
 Asfaltos modificados por polímero (AMP) e 
 Asfaltos modificados por borracha (AMB) 
O CAP é a base de todos os outros produtos.
CIMENTOS ASFÁLTICOS DE PETRÓLEO (CAPs)
DEFINIÇÃO: 
É um material semissólido, de cor marrom escura a preta, impermeável à água, viscoelástico, pouco reativo, com propriedades adesivas e termoplásticas (comportamento aceito como termoviscoelástico) . NO BRASIL É EMPREGADO COMO LIGANTES DE AGREGADO
CARACTERISTICAS DOS CAPs 
 Semissólido à temperatura ambiente; 
 Necessitam de aquecimento para terem consistência apropriada ao envolvimento dos agregados; 
 Flexibilidade; 
 Durabilidade; 
 Impermeabilização; 
 Elevada resistência à ação da maioria dos ácidos, sais e álcalis. 
 Mais saturado => menor a viscosidade; 
 Mais aromático => melhores propriedades físicas; 
 Mais resina => melhor ductilidade; 
 Mais asfalteno => maior viscosidade; 
 Calor => maior oxidação (viscoso e quebradiço); 
 Frio => maior retração (fissuras). 
ASFALTOS DILUÍDOS (ADP)
 Asfaltos recortados ou Cut-backs 
 Resultam da diluição do CAP por destilados leves de petróleo 
OBTENÇÃO (PRODUÇÃO) 
Diluição de CAP em derivados de petróleo para permitir a utilização a temperatura ambiente. 
 Denominação dada segundo a velocidade de evaporação do solvente: 
 cura rápida (CR) – solvente é a gasolina ou a nafta; 
 cura média (CM) – solvente é o querosene. 
 Avaliado em relação à viscosidade cinemática. Ex: CM 30, CM 70, CR250. 
 Utilizados quando há necessidade de eliminar o aquecimento do CAP ou utilizar um aquecimento moderado. 
Diluentes ou solventes são produtos menos viscosos que permitem a aplicação em temperaturas mais baixas, reduzindo a necessidade de aquecimento demorado. 
 Após a aplicação os diluentes se evaporam ( “cura” ) e remanesce um filme de ligante com qualidades do asfalto (resíduo). 
 Os solventes funcionam somente como veículos para utilizar o CAP em serviços de pavimentação. A evaporação do solvente após a aplicação do asfalto diluído deixa como resíduo o CAP que passa a desenvolver suas propriedades. Essa evaporação corresponde à CURA do asfalto diluído. 
A Classificação do asfalto diluído é em função da natureza do solvente. Tipos existentes: 
 CR – cura rápida => diluente: nafta na faixa da gasolina 
 CAP – 52 a 86% 
 Diluente – 48 a 14% Exemplos: CR-70; CR-250; CR-800 e CR-3000 
 CM – cura média => diluente: querosene 
 CM-30, 70, 250, 800, 3000 
 CL – cura lenta => diluente: diesel (não mais utilizado. Não há no Brasil). 
OBS: DIFINA A CURA DO ASFALTO?
R: É A EVAPORAÇÃO DO DILUENTE GERALMENTE USA-SE O CM30.
EMULSÕES ASFÁLTICAS (EAP)
É também um tipo de asfalto diluído, mas neste caso utiliza-se a água como diluente; 
VERIFICAR A DÚVIDA COM O HUMBERTO
FUNÇÕES DO EMULSIFICANTE 
 Diminui a tensão interfacial entre as fases asfáltica e aquosa, evitando a coagulação ou reagrupamento de gotículas. 
 Estabiliza a emulsão protegendo os glóbulos por carga ionizada periférica, que provoca repulsão entre os glóbulos, impedindo assim sua aglomeração (coalescência). 
 Permite a ruptura ou separação entre as duas fases quando em contato com um agregado e ainda provoca uma boa adesão ligante – agregado. 
EMULSÕES ESTÁVEIS: TEM O EMULSIFICANTE E EVITA A SEPARAÇÃO DAS FASES
RUPTURA: A ÁGUA EVAPORA E O BETUME VIRA AGENTE ADESIVO.TIPOS DE EMULSÕES 
•CATIÔNICAS: Emulsificadas com sais de amina 
•ANIÔNICAS: Emulsificadas com sabões 
Classificação quanto à velocidade de ruptura: 
– Ruptura Rápida: RR; 
– Ruptura Média: RM; 
– Ruptura Lenta: RL. 
Classificação quanto à viscosidade:
 –Os números 1 e 2 indicam viscosidade crescente.
PROPRIEDADES DAS EMULSÕES 
 Utilização à frio e agregados úmidos 
 Estáveis à estocagem 
 Velocidade de ruptura (tipo de emulsificante e teor de emulsificante) 
TIPOS / APLICAÇÕES DAS EMULSÕES 
 RR (1C e 2C): Impermeabilização, tratamentos superficiais 
 RM (1C e 2C): Pinturas, PMF 
 RL (1C): Com agregado miúdos 
 LA: Lama asfáltica 
LAMAS ASFALTICAS Emulsões especiais utilizadas na fabricação de lamas asfálticas recebem o símbolo LA, seguido de uma ou duas indicação, conforme sua ruptura e carga de partículas: 
 Emulsões aniônicas de lama asfáltica: LA-1, LA-2; 
 Emulsões catiônicas de lama asfáltica: LA-C1, LA-2C; 
 Emulsão especial de lama asfáltica: LA-E. 
ASFALTOS MODIFICADOS POR POLÍMERO (AMP) 
BENEFÍCIOS 
 Melhor desempenho à fadiga 
 Maior resistência a deformação permanente e a trincas térmicas POLÍMEROS DISPONÍVEIS 
 SBS 
 SBR 
 EVA 
 Borracha moída de pneus (asfaltos modificados por borracha (AMB).