Aula 3 alunos Materiais de construção (1)

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE MOGI DAS CRUZES CAMPUS VILLA LOBOS
DISCIPLINA: MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL
5° semestre
Prof. Me. Jorge S. Lyra
2018
Propriedades dos Materiais
Propriedades dos materiais
Propriedades dos Materiais
Propriedades físicas dos materiais
Dependência da homogeneidade do material
Material isotrópico → apresenta para uma dada propriedade, uma igualdade nas três direções (x, y e z)
Material	anisotrópico	→	para	uma	dada	propriedade	há	uma
variação em pelo menos, uma das direções
Engloba grande parte dos materiais da natureza
Propriedades dos Materiais
Propriedades físicas dos materiais
Propriedades dos Materiais
Propriedades físicas dos materiais
Massa específica
Dependente	do	núcleo	do	átomo,	da	sua	estrutura	química,	da
organização molecular e da eficiência de empacotamento
ρ = massa específica do material
m = massa
V = volume
Unidades: kg/m3, g/cm3
V
  m
Propriedades dos Materiais
Propriedades físicas dos materiais
Propriedades dos Materiais
Propriedades físicas dos materiais
Propriedades dos Materiais
Propriedades físicas dos materiais
Propriedades dos Materiais
Propriedades físicas dos materiais
Propriedades dos Materiais
Propriedades físicas dos materiais
Propriedades dos Materiais
Propriedades físicas dos materiais
Propriedades dos Materiais
Propriedades físicas dos materiais
Massa específica
Propriedades dos Materiais
Propriedades Elétricas
corrente
Resistividade	elétrica		Resistência	à	passagem	de
elétrica através de um corpo
  R * A
l
ρ = resistividade (Ω.m);
R = resistência do material através do qual a corrente elétrica está
passando (Ω);
A = área da seção reta perpendicular à direção da corrente (m2);
l = distância entre dois pontos onde é medida a voltagem (m).
Propriedades dos Materiais
Propriedades Elétricas
Resistência =	R = U/i
A resistência é uma PROPRIEDADE DO CORPO enquanto a resisitividade é uma PROPRIEDADE DO MATERIAL do qual o corpo é constituído.
A CONDUTIVIDADE ELÉTRICA (σ) de um material é uma medida da facilidade com que ele é capaz de conduzir uma corrente elétrica. Define-se a condutividade elétrica como sendo o inverso da resistividade

 	1
Propriedades dos Materiais
Propriedades Elétricas
Os materiais sólidos podem ser classificados, de acordo com a magnitude de sua condutividade elétrica, em três grupos principais: CONDUTORES, SEMICONDUTORES e ISOLANTES.
Condutividade  em (.m)-1 de uma variedade de materiais à temperatura ambiente.
Propriedades dos Materiais
Propriedades Elétrica
Propriedades dos Materiais
Propriedades Térmicas
Entende-se por “Propriedades Térmicas” a resposta de um material a um estímulo térmico (aumento ou redução de temperatura).
O que acontece quando mudamos a temperatura de um material
Variação dimensional
dilatação ou expansão térmica (em aquecimento);
contração (no resfriamento);
calor é absorvido ou transmitido;
transformações de fases.
Propriedades dos Materiais
Propriedades Térmicas
Propriedades dos Materiais
Propriedades Térmicas
Propriedades dos Materiais
Propriedades Térmicas
Capacidade	calorífica	ou	capacidade	térmica	
quantidade	de
energia (J) necessária para aumentar em um grau (K) a temperatura de um mol de um material. Esta propriedade representa a capacidade do material de absorver calor do meio ao seu redor.
dT
dQ
C 
C é a capacidade térmica molar (J/mol.K)
dQ é a variação de energia (J)
dT é a variação de temperatura (K)
Utiliza-se para essa grandeza o termo CALOR ESPECÍFICO
Para o concreto o calor específico varia entre 840 e 1170 J/kg.0C
Propriedades dos Materiais
q	=	fluxo	de	calor	por	unidade	de	tempo	por	unidade	de	área
perpendicular à direção de escoamento (kcal/m2.h);
k = condutividade térmica (kcal/m2hoC); - significa que o escoamento de
calor ocorre da região quente para a região fria.
A= seção transversal do corpo perpendicular ao fluxo de calor (m2);
dx
dT = gradiente de temperatura através do corpo.
dx
Propriedades Térmicas
Condutividade térmica Capacidade que um dado material possui em transferir calor, estando relacionada ao fluxo de calor por condução
q  k * A* dT
Propriedades dos Materiais
Propriedades Térmicas
Propriedades dos Materiais
Propriedades Térmicas
Expansão térmica
Propriedade relacionada com a expansão e a contração sofrida pelos sólidos, quando submetidos a um aquecimento e um resfriamento
Propriedade dependente do seu coeficiente de dilatação térmica e da magnitude do aumento ou da diminuição da temperatura
Pode ser linear ou volumétrico
Propriedades dos Materiais
Propriedades Térmicas
Expansão térmica linear
Coeficiente de expansão térmica linear (αL )
li	= comprimento inicial lf	= comprimento final Ti = temperatura inicial Tf = temperatura final
Propriedades dos Materiais
Propriedades Térmicas
Expansão térmica linear
Coeficiente de expansão térmica volumétrica (αv )
Vi	= comprimento inicial Vf	= comprimento final Ti = temperatura inicial Tf = temperatura final
Propriedades dos Materiais
Propriedades Térmicas
Expansão térmica linear
Materiais com ligações químicas fortes → baixos coeficientes de
dilatação térmica
Materiais cerâmicos e metálicos com elevados pontos de fusão
Materiais com ligações químicas fracas → elevados coeficientes de dilatação térmica
 Materiais poliméricos e metálicos com baixos pontos de fusão
Propriedades dos Materiais
Propriedades Térmicas
Expansão térmica
Propriedades Mecânicas
Propriedades dos Materiais
Propriedades Térmicas
Propriedades Mecânicas
O comportamento mecânico do material reflete a correlação entre
sua resposta ou deformação a uma carga ou força aplicada.
As deformações podem ser ELÁSTICAS ou PLÁSTICAS
ELÁSTICAS	não	são	permanentes,	isto	é,	são	deformações	que desaparecem quando a tensão aplicada é retirada.
tensão
PLÁSTICAS	são	permanentes,	isto	é,	permanecem	após	a
aplicada ser retirada
Importantes propriedades mecânicas :
Resistência mecânica
Dureza
Ductilidade
Rigidez
Propriedades Mecânicas
Os principais tipos de TENSÕES que podemos submeter um corpo de prova são:
Tração
Compressão
Cisalhamento ou Torção
Flexão
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Protótipo	é	a	versão	preliminar	de	um	produto,	produzida	em
pequena quantidade, e utilizada durante a fase de testes.
Corpo de prova é uma amostra do material que se deseja testar, com dimensões e forma especificadas em normas técnicas.
Resistência mecânica é a capacidade que um material tem de suportar esforços externos (tração, compressão, flexão etc.) sem se romper.
Propriedades Mecânicas
A elasticidade é um exemplo de propriedade mecânica. Pode ser definida como a capacidade que um material tem de retornar à sua forma e dimensões originais quando cessa o esforço que o deformava.
Propriedades Mecânicas
tem	de	apresentar
Plasticidade	é	a	capacidade	que	um	material
deformação permanente apreciável, sem se romper.
Propriedades Mecânicas
Tipos de ensaios mecânicos
Ensaios destrutivos;
compressão
tração
flexão
cisalhamento
torção
dobramento
embutimento
dureza
fluência
fadiga
impacto
Ensaios não destrutivos.
visual
líquido penetrante
partículas magnéticas
ultra-som
radiografia industrial
Propriedades Mecânicas
Ensaio de tração
O ensaio de tração consiste em submeter o material a um esforço que tende a alongá-lo até a ruptura. Os esforços ou cargas são medidos na própria máquina de ensaio.
σ = tensão
F = carga aplicada em uma direção perpendicular à área da seção reta da amostra
A0 = área da seção reta original
antes da carga
Propriedades Mecânicas
Ensaio de tração
0
A
 	F
Na deformação por tração, normalmente ocorre:
alongamento ao longo do eixo de aplicação da força;
contração ao longo dos dois outros eixos.
ε = deformação específica
li = comprimento inicial do
corpo-de-prova
lf = comprimento final do
corpo-de-prova
Δl = alongamento
Deformação de Engenharia (Є)
li	li
l

l f	 li

Є
COEFICIENTEDE POISSON :
 = - (x / ) = - (y / )
onde x = y = (do - d) / do = d / do
x
y
z
Propriedades Mecânicas
Variável de material para material.
Para o Concreto adota-se usualmente 0,20
Coeficiente de poisson :
Propriedades Mecânicas
CORPO DE PROVA
MÁQUINA DE ENSAIO
Propriedades Mecânicas
Ensaio de Tração
.P
LRT
LP
.E

LE
 
TENSÃO ()
u
0,2%
T
DEFORMAÇÃO ()
Curva – Tensão vs Deformação
Fratura
Alongamento total
Limite de resistência a tração
Estricção
Limite do alongamento uniforme
Limite de
escoamento
Curva – Tensão vs Deformação
O	ponto	P	corresponde	ao	LIMITE	DE	PROPORCIONALIDADE	(LP);	a
deformação a partir do ponto P é plástica, e antes do ponto P é elástica.
O ponto E corresponde ao LIMITE DE ESCOAMENTO (LE)
O ponto M corresponde ao LIMITE DE RESISTÊNCIA A TRAÇÃO (LRT), que
é a tensão máxima atingida durante o ensaio.
A deformação (u) no ponto M corresponde ao máximo valor de  com alongamento uniforme. Deformações maiores que u ocorrem com estricção (empescoçamento).
A fratura ocorre no ponto F. A deformação (T) na fratura corresponde
ao alongamento total
Curva – Tensão vs Deformação
σ = tensão
ε = deformação
E = módulo de elasticidade ou módulo de Young
Quanto maior o valor de E, menos deformável é o material
Elasticidade /Lei de Hooke
Para	pequenos	níveis	de	carregamento	há	um	comportamento
linear entre a tensão aplicada ao corpo e a sua deformação
Com a retirada da tensão a deformação cessa Exemplo > mola perfeita
A Lei de Hooke Exprime a proporcionalidade existente entre a tensão e deformação de um material dentro do regime elástico
  E *
Propriedades Mecânicas
  E *
Elasticidade /Lei de Hooke
Exercício 1. Dado o gráfico abaixo , determine o módulo de elasticidade
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Módulo de Elasticidade
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Ensaio de compressão
Às vezes, a grande exigência requerida para um projeto é a resistência à compressão. Nesses casos, o projetista deve especificar um material que possua boa resistência à compressão, que não se deforme facilmente e que assegure boa precisão dimensional quando solicitado por esforços de compressão.
O ensaio de compressão é o mais indicado para avaliar essas características, principalmente quando se trata de materiais frágeis, como ferro fundido, madeira, pedra e concreto. É também recomendado para produtos acabados, como molas e tubos.
Propriedades Mecânicas
Ensaio de compressão
Curva – Tensão vs Deformação
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
macroscópica é manifestada como pequenas alterações no espaçamento interatômico e na extensão de ligações interatômicas.
Para a maioria dos materiais metálicos, as deformações elásticas ocorrem até
deformações de ~ 0,5%.
Quando as deformações ultrapassam o limite de proporcionalidade, a relação entre a tensão e a deformação deixa de ser linear (lei de Hooke), produzindo-se deformação permanente, a chamada DEFORMAÇÃO PLÁSTICA.
Muitas vezes, é difícil definir a posição do ponto P com precisão, define-se então uma TENSÃO LIMITE DE ESCOAMENTO (LE) como sendo a tensão necessária para se produzir uma pequena quantidade de deformação plástica. Para os metais, o ponto E corresponde a uma deformação de engenharia  = 0,002 = 0,2%.
Deformação Plástica
Ruptura das ligações intramoleculares
Deformações permanentes no material
Não há a proporcionalidade entre a tensão e a deformação
Curva – Tensão vs Deformação
T
P
E


(deformação plástica total)
(deformação
elástica total)
LE	 	
LRT
LE
LR
Curva – Tensão vs Deformação
Ex1. Para o gráfico de tensão-deformação abaixo, calcule:
a)
Limitede Resistência atração
b) Modulo deelasticidade
c)Tensãoderuptura
d)
Limite deEscoamento
e) Alongamentouniforme
d)	Carga máxima que um corpo de prova cilíndrico	de diâmetro original	12,8 mm pode suportar.
Cisalhamento simples
Cisalhamento : força aplicada sobre o corpo é
paralela a suas superfícies.
Tensão de engenharia    = f / ao
Deformação    = tg 
Módulo de cisalhamento G  G = /
Para materiais isotrópicos, no regime elástico,
vale a relação:
E = 2G (1 + )
para muitos metais: G~ 0,4E
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
li
Materiais com pequena deformação plástica →frágeis
Ex.: ferro fundido, materiais cerâmicos e pétreos
Materiais com elevada deformação plástica →dúcteis
Ex.: aços de construção
Materiais que apresentam comportamento intermediário →
quase-frágil
Ex.: concreto
Ductilidade
Representa o nível de deformação plástica antes da ruptura de um
material é medida em termos de alongamento percentual
Al(%)  l f	 li *100
Propriedades Mecânicas
Resiliência e Tenacidade
Resiliência: Capacidade que um material tem de absorver energia
na fase elástica e, com a remoção da tensão, tal energia é recuperada
Tenacidade : Capacidade de absorver energia sem fraturar
Para ensaios estáticos → área sob a curva tensão- deformação
Para ensaios dinâmicos (elevadas taxas de deformação + presença de um ponto de concentração de tensões) → ensaios Charpy e Izod
Fadiga
A fadiga ocorre com um componente submetido a solicitações dentro do regime elástico (isto é, para tensões inferiores ao limite de escoamento)
Ruptura de um material quando o mesmo é carregado repetidas vezes. Ruptura frágil, mesmo para materiais dúcteis
Deve ser considerado em elementos e/ou máquinas sujeitos a carregamentos repetidos e alternados
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas
Propriedades Mecânicas