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AULA 1 – INTRODUÇÃO, IMPORTÂNCIA E EVOLUÇÃO HISTÓRICA DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO. Materiais de Construção Prof. Jônatas Elim Professor Jônatas Elim E-mail: jnascimento8@favip.edu.br Modelo de avaliação: (n1 + n2)/2= Média (Média X 0,4 + Prova Final X 0,6)/2 = Média Final Capacitar os futuros engenheiros sobre as características e propriedades de alguns materiais de construção civil. Cerâmica Vidro Madeira Polímeros Tintas Betume Materiais Fibrosos Novos Materiais Objetivo A Ciência dos Materiais se ocupa com as relações entre microestrutura e as propriedades dos materiais. A Engenharia dos Materiais estuda a síntese e o emprego dos conhecimentos científicos e empíricos, para desenvolver, preparar, modificar e aplicar os materiais que atendam às exigências previamente estabelecidas. Segundo a microestrutura, os materiais sólidos são classificados em: São compostos de combinações de elementos metálicos que possuem grande quantidade de elétrons livres, não ligados a qualquer átomo em particular, constituindo-se na denominada ligação metálica, que se configura numa “nuvem” eletrônica com o compartilhamento dos elétrons entre átomos vizinhos. As propriedades dos metais derivam de sua constituição: são bons condutores de eletricidade e calor, são muito resistentes e deformáveis. Classificação dos Materiais Classificação dos Materiais Algumas de suas propriedades: resistência mecânica, baixa deformação na ruptura, estabilidade a altas temperaturas, resistência ao ataque químico e isolamento elétrico. São formadas por espécies químicas metálicas e não metálicas com ligações iônicas e covalente com elétrons ligados em posição definidas e fixas, o que lhes confere propriedades características. Classificação dos Materiais Algumas de suas propriedades: resistência mecânica baixa quando submetidas a esforços, baixo custo baixa densidade, facilidade de conformação em formas complexas. Se constituem em moléculas de cadeia longa com grupos repetitivos que apresentam ligações covalentes, geralmente muito fortes. Os principais elementos das cadeias são carbono, hidrogênio, oxigênio nitrogênio, flúor e outros elementos não metálicos. As cadeias poliméricas se unem por ligações secundárias relativamente fracas (força de van der Waals). Outros três grupos de materiais: Semicondutores – apresentam características elétricas específicas. Compósitos – combinação de dois ou mais materiais diferentes. Biomateriais – utilizada em próteses compatíveis com os tecidos humanos. Classificação dos Materiais Importância da formação profissional e do ensino de materiais O Engenheiro Civil necessita estudar as ciências matemáticas e naturais com o objetivo de adquirir os conceitos básicos para empregar, de modo econômico e otimizado, materiais em benefício da sociedade, com o mínimo de agressão ao meio ambiente. Importância da formação profissional e do ensino de materiais A formação profissional deve ser focada em um processo dinâmico, que inclui a capacitação inicial e uma reciclagem permanente de atualização, porque o avanço do conhecimento no mundo atual se processa de modo exponencial. Importância da formação profissional e do ensino de materiais - A sociedade acredita que os Engenheiros Civis estão aptos a tomar decisões técnicas corretas, pois as conseqüências das decisões equivocadas são conhecidas posteriormente, algumas vezes, podem ser desastrosas; - A profissão de Engenheiro Civil é de “confiança pública”, porque a sociedade espera e acredita a priori, que estes são providos de competências adequadas para assumirem as responsabilidades inerentes às suas atividades; Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre tantos outros? 1. Conhecer as suas propriedades. 2. Condições de serviço (forças que atuam sobre ele). 3. Perda das propriedades (tipo de degradação que o material sofrerá em serviço). Exemplo: Elevadas temperaturas e ambientes corrosivos diminuem consideravelmente a resistência mecânica. 4. O custo (consideração talvez mais convincente é provavelmente a econômica). Qual o custo do produto acabado??? Um material pode reunir um conjunto ideal de propriedades, porém com custo elevadíssimo. Como definir qual o melhor material para a produção de um copo? • Vidro • Cerâmica • Plástico • Madeira • Metal • Papel Depende • Custo • Tempo de vida • Durabilidade • Aparência • Natureza do líquido • Café – não podem ser usados copos de metal e papel. Qualquer projeto de engenharia requer, para a sua viabilização, um vasto conhecimento das características, propriedades e comportamento dos materiais disponíveis. Propriedades dos materiais Classes Propriedades Física Densidade, porosidade, teor de umidade Química Alcalinidade, resistência à corrosão Térmica Condutividade, expansão (dilatação) Elétrica Condutividade Ótica Cor, transmissão e reflexão de luz Mecânica Resistência: tração, compressão, cisalhamento e flexão. Elasticidade, plasticidade, ductilidade, tenacidade e dureza. Como conhecer as propriedades e o comportamento dos materiais sob condições de esforços? Realização de ensaios de laboratório e de campo. Normas técnicas Estabelecem uma linguagem comum entre fornecedores e usuários dos materiais, além de garantir a reprodutibilidade dos resultados. Métodos de ensaios Metodologia utilizada para a realização dos ensaios. Especificações técnicas Especificam as propriedades mínimas exigidas dos materiais. Finalidade dos ensaios dos materiais Obter informações rotineiras do produto (ensaios de controle). Obter novas ou melhores informações sobre os materiais. Vantagens da normalização dos materiais e métodos de ensaios Tornar a qualidade do produto mais uniforme. Reduzir os tipos similares de materiais. Orientar os projetistas na escolha do material adequado. Permitir a comparação de resultados obtidos em diferentes laboratórios. Reduzir desentendimentos entre produtor e consumidor. Normas técnicas ASTM - American Society for Testing and Materials ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas Piscina de PVC O PVC possibilita a personalização das piscinas. Elas podem ser montadas em qualquer tamanho, formato ou profundidade dando asas à criatividade dos arquitetos. Além disso, o custo é mais acessível, a execução é rápida, o material evita vazamentos e não requer impermeabilizações. Menor custo e menor tempo em obra. Casa de PVC “Quanto mais familiarizado estiver um engenheiro ou cientista com as características e relações estrutura-propriedade, bem como com as técnicas de processamento de materiais, mais capacitado e confiante ele estará para fazer as opções sobre o tipo de material a ser utilizado.” (Callister, 2002) Evolução histórica dos materiais de construção Os materiais de construção são tão importantes que a História, nos seus primórdios foi dividida conforme a predominância do emprego de um ou outro material Exemplos:Idade da Pedra, Idade do Bronze. Nas civilizações primitivas Empregados como encontrados na natureza. Nas construções predominavam: a pedra, a madeira e o barro Em menor escala: metais Menos empregados: couros e fibras vegetais Exigências do homem Padrões requeridos Demanda por materiais : maior resistência, maior durabilidade e melhor aparência Exemplo do concreto: Pedra Concreto armado Concreto Concreto protendido Atualmente Tecnologia avança com rapidez. O Engenheiro precisa estar atualizado para poder aproveitar as técnicas mais avançadas, utilizando materiais de melhor padrão em menor custo. Necessário o estudo dessa matéria durante toda a vida profissional. Campo da matéria Requisitos Conhecer: as forças externas que atuarão sobre a construção. as forças internas que então se originarão. cargas, vento, clima, etc. o material que poderá resistir a essas forças e tensões. tensões Importante conhecer as propriedades físicas, químicas e mecânicas desse material Tecnologia experimental Especificações técnicas Elementos escritos de um projeto de engenharia Especificações técnicas - Construtores Especificações para materiais Especificações para execução Disciplina materiais de construção Qualidades, defeitos e possibilidades dos materiais. Definição geral Todos os corpos, objetos ou substâncias que são usados em qualquer obra de engenharia. Classificação Quanto à natureza: - naturais; artificiais; combinados. Quanto à utilização: - de vedação; de proteção; estruturais. Quanto à forma/composição: - Lamelares; fibrosos, vítreos; cristalinos; agregados complexos. Quanto à origem: - Minerais: pétreos; metálicos. - Orgânicos: lenhosos; têxteis; betuminosos; mistos. Critérios para seleção dos materiais - Técnicos; - Econômicos; - Estéticos, etc. Principais propriedades dos materiais a) Extensão – é a propriedade que possuem os corpos de ocupar um lugar no espaço. b) Impenetrabilidade – é a propriedade que indica não ser possível que dois corpos ocupem o mesmo lugar no espaço. c) Inércia – é a propriedade que impede os corpos de se modificarem, por si mesmos, seu estado inicial de repouso ou movimento. Principais propriedades dos materiais d) Atração – é a propriedade de a matéria atrair a matéria, de acordo com a lei de atração das massas. e) Porosidade – é a propriedade que tem a matéria de não ser contínua, havendo espaço entre as massas. f) Divisibilidade – é a propriedade que os corpos têm de se dividirem em fragmentos cada vez menores. g) Indestrutibilidade – é a propriedade que a matéria tem de ser indestrutível. Propriedades dos materiais sólidos Os corpos sólidos são os de maior importância para essa disciplina. Eis algumas de suas propriedades específicas: a) Dureza – é a resistência que os corpos opõem ao serem riscados ou penetrado. b) Tenacidade – é a resistência que opõem ao choque ou percussão (ex: o vidro tem grande dureza, mas pequena tenacidade). c) Plasticidade – é a capacidade que têm os corpos de se tornarem delgados até formarem lâminas, sem se romperem. Propriedades dos materiais sólidos d) Durabilidade – é a capacidade que os corpos apresentam de permanecerem inalterados com o tempo. e) Desgaste – é a perda de qualidades ou de dimensões com o uso contínuo. f) Elasticidade – é a tendência que os corpos apresentam de retornar à forma original após a aplicação de um esforço. g) Ductilidade - é a capacidade que têm os corpos de se reduzirem a fios sem se romperem (a argila tem boa plasticidade e pequena ductilidade). Esforços mecânicos Os esforços mecânicos ou solicitações simples a que um corpo pode ser submetido são: Esforços mecânicos Esforços mecânicos No mecanismo de flexão aparecem esforços de compressão em uma face e de tração na face que lhe é oposta. Isto caracteriza uma solicitação composta. Esforços mecânicos Tensão (σ): chama-se de tensão à relação entre o esforço aplicado e a área da seção resistente: σ = P/S. Geralmente é medida em MPa.(1MPa=10kgf/cm2). EXEMPLO: Qual a tensão numa barra de aço de 10cm2, submetida a uma força de 3000kgf? Esforços mecânicos Módulo de Elasticidade ou Módulo de Young: é a relação entre a tensão e a deformação unitária resultante. EXEMPLO: Qual o módulo de elasticidade de um fio de 1cm de diâmetro que, submetido a uma tração de 500 Kgf, passa do comprimento de 3m para 3,02m? Esforços mecânicos Peso específico, Massa específica e Densidade Massa – é a quantidade de matéria e é constante para o mesmo corpo, esteja onde estiver. Peso - é a força com que a massa é atraída para o centro da Terra, varia de local para local. Num mesmo local os pesos são proporcionais as massas, porque a gravidade é a mesma. Peso específico, Massa específica e Densidade Peso específico é a relação entre o peso de um corpo e o seu volume. Não é constante. Massa específica é a relação entre a massa de um corpo e o seu volume. Como especificar materiais Ao especificar os materiais, é necessário que se use da maior exatidão possível, definindo todos os elementos que possam variar de procedência. Procurar sempre citar os dados técnicos do material desejado. Mesmo que eles pareçam evidentes ao projetista, podem não o ser para o construtor, assim como este poderá vir a aproveitar-se de uma omissão para agir de má fé. Como especificar materiais Convém não somente nomear o material, mas também a classificação, o tipo, a dimensão desejada e, eventualmente a marca (procedência). Procurar não esquecer nenhum material. A experiência demonstra que o projetista esquece, geralmente os materiais de menor custo ou volume, e é justamente em relação a eles que surgem as maiores dúvidas de interpretação. Como especificar materiais É sempre conveniente rever os catálogos dos materiais que estão sendo especificados, para estar atualizado quanto a pormenores de diferenciação. Organizar um guia para especificações, a fim de não esquecer detalhes, como rodapés, ferragens, etc.
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