AULA1 - Materiais de Construção ENG1213

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MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 
AULA 1 – PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS 
Como selecionar um material? 
Pela economia, propriedades físicas, mecânicas, térmicas, magnéticas, interação com o meio ambiente, fabricação, 
estética, etc. A seleção de maeriais está ligada à DISPONIBILIDADE do material: a gente usa sempre o material que está 
disponível em nossa região. 
Critérios: módulo de elasticidade, dureza, tensão limite de escoamento. 
 
Como classificar um material? 
Classifica-se um material pela sua resistência, módulo de elasticidade, coeficiente de poisson e pelo módulo de 
cisalhamento (G). 
 
GRÁFICO: CURVA TENSÃO-DEFORMAÇÃO 
A curva Sempre tem um comportamento linear e depois um comportamento irreversível. Pode ser dividida em 
duas regiões: 
Região elástica: 
 Aplica-se uma carga e ao retirá-la há um comportamento elástico: volta pra posição inicial. RETORNO. 
 região elástica do gráfico: tenho um retorno (linear) equação da reta y=ax (tensão=coef*alongamento/deformação) 
 Coeficiente: modulo de elasticidade/Young (porque é na região elástica). 
 Modulo de Young= inclinação. 
 A tensão aplicada é proporcional a deformação (y=ax). 
 As ligações atômicas são alongadas mas não se rompem. 
Região plástica: 
 A tensão aplicada não é linearmente proporcional a deformação . 
 A deformação é quase toda não reversível. 
 O material está sendo degradado (fissuras em concretos, etc). Dano ao material. 
 Há o alongamento e o rompimento das ligações. Área da seção transversal 
 
A Tensão/carga é captada na área da seção transversal (área que resiste à tensão aplicada) 
Seção que suporta a carga: seção transversal. 
 
 Quando formos fazer contas vamos usar a região elástica. 
 Quanto a região plástica vamos usar só os conceitos mesmo (tensão máxima, tensão de fratura, etc.) porque o 
modelo de conta é mais complexo. 
 Sempre queremos trabalhar na região elástica: Vamos trabalhar numa região abaixo do limite de escoamento pois 
acima desse limite não necessariamente ele quebra, mas há uma deformação permanente. Há uma carga máxima 
até onde ele suporta. 
 Acima da região elástica: não necessariamente preciso condenar o material: posso repensar em como distribuir a 
carga sobre ele. (ex: maracanã: colocaram cadeiras, áreas vip pra reduzir o numero de pessoas (carga). 
 É tranquilo estar abaixo do limite de escoamento se não for um carregamento cíclico por causa dessas trincas (que a 
principio não causam nada, mas se freqüente o carregamento pode ser perigoso). 
 
Ciclar um material: aplicar e retirar carga. Não é necessária uma carga muito alta pra quebrar um material. (ex: 
quebrar um arame). 
 
Parâmetros de resistência de um material: tensao de ruptura e limite escoamento (no concreto é chamado de tensão 
de primeira fissura). 
 
Tensão limite de resistência: Carga máxima em que o material suporta: em algum momento as tensões se concentram 
em uma região e há um empescoçamento, ou seja, no gráfico a carga vai caindo porque a área da seção resistente é 
menor (vai diminuindo). Com a redução da seção resistente, é necessário uma carga menor. 
 
 
Tensão limite de escoamento: tensão limite de transição entre a região elástica e a região plástica. Tensão que Após 
liberada causa uma deformação residual de 0.002. Tensão máxima que o material suporta ainda no 
regime elástico de deformação, se houver algum acréscimo de tensão o material não segue mais a lei de Hooke e 
começa a sofrer deformação plástica (deformação definitiva). 
 
Como medir a tensão limite de escoamento? Pela inclinação a partir do 0.002 do eixo x: faz se uma reta paralela à 
parte linear do gráfico partindo do ponto 0.002. Onde cortar, tem-se a tensão de escoamento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Módulo de elasticidade: é uma grandeza/propriedade de um material que está relacionada com o quanto o material 
pode se deformar numa determinada carga. Pelo ensaio de tração ou compressão, plota-se uma curva tensão (- 
deformação e o módulo é a inclinação da curva. Quanto maior o módulo de elasticidade, mais rígido é o material, e 
quanto menor, mais flexivel. Ligado também à ligação dos materiais. 
 
LEI DE HOOK: tensão = deformação x módulo de elasticidade 
(essa relação só vale na zona linear elástica – onde o material nao tem nenhum dano permanente) 
 
Como medir o módulo de elasticidade? 
 Ensaio de tração/compressão; 
 Velocidade de propagação do som: tem relação com o módulo de elasticidade e densidade do material. É um ensaio 
não destrutivo. 
 Pela frequência natural do material: faz-se um ensaio cíclico com uma massa muito maior que a do material 
gerando uma oscilação nesse material. (o módulo está relacionado com a massa, frequencia de oscilação e com a 
geometria do material). 
 
 
Materiais que tem que se deformar: juntas de dilatação, mola do elevador, pontes, materiais de lugares onde tem 
abalos sísmicos. 
 
CONCEITOS 
 
 Ductilidade: capacidade que um material tem de se deformar quando a carga está aplicada nele (deformação de um 
material ao ser submetido a uma carga). É medida pela deformação, tenacidade e resiliência. 
 Tenacidade: sinônimo de deformação irreversível: capacidade de absorver energia até a fratura. Quanta energia um 
material consegue absorver antes de fraturar (tem-se a certeza de ele vai fraturar). Integral/área da curva inteira [J]. 
 Resiliência: capacidade de absorção de energia até o final da zona linear elástica. Integral/área da zona linear. 
 Tensão de fratura: quando as ligações finalmente se rompem. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO 
 Quando a gente faz um ensaio mecânico a gente precisa medir a deformação do material, e a forma mais correta de 
se fazer isso é colar no material um dispositivo, que, pela resistência elétrica dele, dá pra determinar a deformação. 
Ou seja, a importância de uma instrumentação correta num ensaio mecânico é determinar o módulo de elasticidade 
(inclinação) de forma correta. Quando a gente não coloca esse dispositivo no material, o calculo é feito por algum 
dispositivo que mede deslocamento na máquina que vai fazer esse ensaior de tração/compressão, o que vai ocasionar 
num modulo de elasticidade muito menor que o real pois a inclinação da curva vai ser maior. 
 
DUREZA 
 É a forma mais simples de se determinar a resistência de um material à deformações plásticas. É possivel fazer um 
ensaio de dureza em rochas/concreto para achar o módulo de elasticidade. É dividida em três classes, ou seja, existem 
três formas de determiná-la: 
 Nanoindentação; 
 Microindentaçao; 
 Macroindentação. 
 
COEFICIENTE DE POISSON 
Relação entre a deformação lateral e longitudinal do corpo de prova (ensaio de compressão e tração em duas direções 
– a razão entre as duas é a propriedade do material – esse coeficiente). 
Existem materiais que tem coeficiente de poisson negativo: quando eu alongo o material ele aumenta o volume 
(tração) e na compressão diminui o volume. Isso significa que a resistência é maior. 
 
TIPOS DE ENSAIO PARA A CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS 
 
Ensaio de tração 
Nesse tipo de ensaio o material é tracionado para ver como ele se comporta através da aplicação dessa carga (o 
quanto ele vai alongar/se deformar? Até onde agüenta?). 
Materiais alongam quando são carregados (sofrem uma carga). (ex: elevador: entra muita gente, alonga; sai 
gente, retorna. E, quando aplica-se uma carga antes do limite, eles retornam. Mas a partir do momento em que esse 
limite é extrapolado, eles quebram. 
 
 Mais resistente 
 Mais frágil 
 Menos dúctil 
 Menos tenaz 
 
Ductilidade: eixo x 
Resistência: eixo y 
Tenacidade: área da curva 
 
 Menos resistente Menos frágil 
 Mais dúctil 
 Mais tenaz 
 Material ideal: 
 Resistente 
 Dúctil 
 tenaz 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ensaio de flexão 
 
Na flexão, as tensões distribuídas na seção transversal da amostra são 
perpendiculares à força aplicada. A tração e a compressão se combinam na seção 
transversal; 
Na fase elástica do carregamento, as tensões variam no sentido da altura da amostra 
segundo um diagrama triangular. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
M: momento fletor I: Momento de inércia c: distância vertical a partir da linha neutra 
 
Ensaio de compressão 
 
 
Existe um dispositivo que é acoplado ao corpo de prova para medir o deslocamento 
chamado LDVT (sensor de deslocamento). Esse sensor mede a deformação do conjunto 
todo: do aço (que segura o material) e do material. Com isso, o módulo de elasticidade 
medido é menor já que é medida a deformação de todo o conjunto. Daí vem a importância 
de uma instrumentação correta. 
Para medir o coeficiente de poisson, como esse corpo de prova deve ser instrumentado? 
Deve-se medir a deformação nos 2 sentidos. 
 
 
 
Ensaio de impacto 
Ensaio que mede a energia absorvida pelo material. Importante para a caracterização do material/estrutura. 
 
Ensaio de fadiga 
Carregamentos repetidos, que, mesmo com tensões muito pequenas, podem levar o material à ruptura. 
 
Materiais que tem que se deformar: juntas de dilatação, mola do elevador, pontes, materiais de lugares onde tem 
abalos sísmicos.