UNIDADE 2 MATERIAIS

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UNIDADE 2 : MATERIAIS
Todas as obras de engenharia civil são realizadas com recursos de materiais de construção. O uso racional dos materiais, do ponto de vista técnico e econômico, exige o conhecimento adequado das suas propriedades e dos processos de fabrico ou de transformação. Só assim será possível selecionar, entre várias opções viáveis, aquela que permita melhores desempenhos.
O uso racional, adequado, tecnicamente aconselhável e economicamente viável, só é alcançado com o conhecimento tão perfeito quanto possível das propriedades dos materiais, suas vantagens e suas eventuais deficiências, de tal modo que seja permitido um cotejo entre várias soluções possíveis, escolhendo-se a melhor, tanto do ponto de vista técnico como econômico.
As propriedades básicas variarão de material para material. Compete ao engenheiro projetista de uma determinada obra conhecer os materiais disponíveis, ter domínio de suas propriedades básicas, em outras palavras, ter ciência dos materiais, o que permitirá com o seu emprego obter uma obra de aparência agradável quanto à sua forma, cor e acabamento, apresentando solidez que garanta durabilidade e que tenha seu custo bastante econômico.
A relação entre a massa e o volume dos materiais permite caracterizar objetivamente alguns materiais. A massa corresponde à quantidade de matéria encerrada num corpo e a unidade utilizada para a quantificar é quilograma (kg). A massa é proporcional ao peso do mesmo corpo quando estas duas grandezas são aferidas no mesmo local, isto porque o peso de um corpo corresponde à força com que a sua matéria é atraída para o centro da Terra. A unidade utilizada para quantificar o peso de um corpo é quilograma força (kgf). A partir destas duas propriedades podem ser definidas outras grandezas tais como:
Volume aparente, V (ou volume total): na quantificação do volume aparente de um corpo consideram-se o volume de matéria e o volume dos vazios nele encerrados:
V=Vr+Vv
Em que:
V = Volume aparente (m³)
Vr = Volume absoluto (m³)
Vv = Volume de vazios (m³)
Volume absoluto, Vr (ou volume real): corresponde ao volume ocupado pela matéria, não se considerando o volume de vazios desse corpo;
Vr = V - Vv (2)
Massa volumétrica aparente: corresponde à massa de um corpo por unidade de volume aparente desse corpo (kg/m³);
Massa volumétrica absoluta: é a relação entre a massa de um corpo e o volume absoluto (real) desse corpo (kg/m³);
Peso volumétrico: é o peso de um corpo por unidade de volume aparente desse corpo (kgf/m³);
Densidade: relaciona a massa de um corpo com a massa de igual volume de água a uma temperatura de 4ºC;
Porosidade: corresponde ao quociente entre o volume de vazios e o volume aparente (expresso em %).
Características mecânicas dos materiais
O dimensionamento estrutural de uma edificação só é possível quando se conhecem perfeitamente as propriedades mecânicas dos materiais que vão ser utilizados na sua construção. De uma forma muito simples, pode-se afirmar que o cálculo estrutural de um edifício consiste na definição de áreas capazes de resistir a uma determinada solicitação (por exemplo a uma carga, à ação do vento ou à ação de um sismo). Qualquer corpo quando é submetido à ação de uma solicitação exterior (força ou momento) sofre uma deformação. As deformações podem ter caráter reversível ou irreversível. No primeiro caso, quando a força externa deixa de ser aplicada, o corpo retoma a sua forma inicial.
Tração
Compressão
Esforço cortante
Momento de flexão
Momento de torção
Em cada seção o esforço distribui-se pela área. Se a área da seção transversal é pequena, o esforço será grande; se a área aumentar, o esforço diminuirá. A relação entre as forças aplicadas numa determinada seção e a sua área designa-se por tensão: s Tensão (s) = Força/Superfície.
O conceito de tensão é essencial em engenharia. A tensão máxima que um material suporta em determinadas condições de carregamento é uma característica muito importante desse material. Cada material reage de forma diferente às tensões instaladas, isto é, para uma mesma tensão poderá haver uma deformação diferente, em diferentes materiais. 
Os materiais também se podem deformar devido a outras causas, tais como o acréscimo de temperatura: se um material sofrer um aumento de temperatura ocorrerá a dilatação.
Tensão
Escolha do material
Na escolha de um material de construção, os requisitos básicos que devem nortear o engenheiro são:
Atendimento aos objetivos para o qual se destina o material;
Durabilidade;
 Economia.
Os materiais de construção podem ser classificados em:
Estruturais: são aqueles usados em estruturas ou com os quais são executadas estruturas. Assumem, portanto, grande importância em vista do problema de segurança da construção;
Não estruturais: são materiais de aplicação em serviços sem responsabilidade estrutural. São os materiais de proteção (tintas, vernizes, etc.) ou os materiais de vedação (tijolos, vidros, etc.).
Quanto à origem: os materiais de construção podem ser naturais (pedra, areia, madeira, etc.), artificiais (cimento, vidro, aço, etc.) ou combinados (argamassa de cal, argamassa de cimento, concreto, etc.).
Quanto à composição química: os materiais de construção podem ser minerais – cerâmicos ou metálicos (cimento, tijolo, aço, ligas metálicas, etc.) ou orgânicos (madeira, asfalto, plástico, etc.).
Materiais usados em engenharia
Materiais metálicos: são substâncias de origem inorgânica que contêm elementos metálicos tais como ferro, cobre, alumínio, níquel ou titânio e não metálicos (por exemplo azoto, carbono e oxigênio). Microscopicamente, os metais têm uma estrutura cristalina, na qual os átomos se dispõem de forma ordenada. Estes materiais são, na generalidade, dúcteis e resistentes à temperatura ambiente e apresentam boa condutibilidade térmica e elétrica. Em função da quantidade de ferro que contêm, dividem-se em materiais ferrosos (com elevada percentagem de ferro) e não ferrosos (quando o ferro não entra na sua composição ou surge em quantidades muito reduzidas). O ferro fundido e o aço são materiais ferrosos, enquanto que o alumínio, o cobre, o zinco, o titânio e o níquel são materiais não ferrosos.
Materiais poliméricos: são constituídos por longas cadeias de moléculas orgânicas. Trata-se de materiais de estrutura não cristalina ou mista (com regiões cristalinas e regiões não cristalinas). A maioria destes materiais não é um bom condutor térmico e elétrico, possuindo baixa densidade e decompõem-se a baixas temperaturas.
São utilizados em: tubos para a condução de água, caixilhos de janelas, enchimento para lajes, etc. Ex.: PVC, Polipropileno, plásticos.
 
Materiais cerâmicos: são constituídos por elementos metálicos e elementos não metálicos, podendo ser, do ponto de vista estrutural, cristalinos ou mistos. São inorgânicos de elevadas dureza e resistência mecânica à compressão, mesmo quando submetidos a temperaturas elevadas. Estes materiais apresentam baixa condutibilidade térmica e elétrica e elevada resistência ao calor e ao desgaste. Os principais materiais cerâmicos são: tijolos, telhas, vidros, concretos, abrasivos, vidrados para porcelana, isolantes elétricos, etc.
Materiais compósitos: resultam da mistura de pelo menos dois materiais, de modo a obter um material com determinadas características e propriedades. Os materiais que constituem um compósito não se dissolvem entre si, podendo ser facilmente identificáveis. Materiais compósitos, como por exemplo, os que resultam da associação de fibras de vidro e poliéster ou de fibras de carbono e resina epoxídica. Exemplo de aplicação: em caixas d’água.
Materiais eletrônicos: assumem importância extrema no domínio das tecnologias avançadas, já que são utilizados em sistemas de microeletrônica. É graças a esta tecnologia que são possíveis os computadores, os satélites de comunicação ou os relógios digitais. O silício é um dos materiais mais importantes neste domínio, pois um simples cristal de silício permite condensar num chip, um elevadonúmero de circuitos eletrônicos.
Seleção e controle de qualidade dos materiais
A seleção de um material deve basear-se em critérios científicos que atendam à estrutura interna e às propriedades desse material de modo a assegurar-se uma escolha é adequada para um determinado fim. Quando se seleciona um material para um determinado fim há que garantir a “qualidade técnica” e um “custo aceitável”. A qualidade técnica deve ser uma garantia da confiabilidade e durabilidade do material selecionado.
Confiabilidade : é a aptidão de um material para realizar uma função pretendida em condições definidas, durante um certo tempo.
 Durabilidade : é a avaliação da resistência do material ao desgaste e às alterações físicas e químicas sob determinadas condições de uso.
A qualidade dos materiais pode ser controlada durante sua produção ou após o produto pronto, como esquematizado a seguir:
inspeção visual
INDÚSTRIA - lotes, amostragem e ensaio de qualificação.
CANTEIRO - controle matéria prima, controle materiais, controle execução e ensaios de laboratórios.
Em laboratórios os ensaios se dividem em:
Ensaios gerais físicos ou mecânicos: massa específica, porosidade, permeabilidade, aderência, dilatação térmica, condutibilidade, térmica e acústica, tração, compressão, flexão, torção, cisalhamento, desgaste, dobramento, maleabilidade, soldabilidade e fusibilidade.
O PAPEL DA TECNOLOGIA NA ATUAL ENGENHARIA CIVIL
Atualmente, observa-se um avanço na concepção de projetos, graças aos conhecimentos extraídos de pesquisas de materiais e de protótipos estruturais, que têm levado os engenheiros estruturais a projetar e dimensionar estruturas onde são exigidas altas tensões de trabalho para o concreto e aço, partindo do pressuposto que estas estruturas serão muito bem executadas.
Os engenheiros construtores são também conduzidos a lançar mão de modernos e sofisticados equipamentos, visando prioritariamente à rapidez de execução.
Para garantir a qualidade da execução, o engenheiro construtor deve exercer nas matérias primas e no concreto o Controle da produção.
Os engenheiros projetistas devem elaborar bons projetos tecnológicos, que apresentem especificações estabelecendo índices de qualidade para os materiais, que estes materiais possam ser facilmente adquiridos ou produzidos e que possuam durabilidade. Associados aos projetos devem ser elaborados manuais para execução da obra e para sua manutenção após concluída.
ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS
As especificações técnicas (ET) descrevem, de forma precisa, completa e ordenada, os materiais e os procedimentos de execução a serem adotados na construção. Por exemplo, a forma de execução da cerâmica de piso: tipo de cerâmica, marca, tamanho, cor, forma de assentamento, traço da argamassa e junta. Têm como finalidade complementar a parte gráfica do projeto. São muito importantes, pois a quantidade de informações a serem gerenciadas ao longo de uma obra facilmente provoca confusão, esquecimento ou modificação de critérios, ainda mais se existem vários profissionais envolvidos. A definição clara da qualidade, tipo e marca dos materiais é fundamental, assim como a forma de execução dos serviços. As partes que compõem as ET são: generalidades (objetivo, identificação da obra, regime de execução da obra, fiscalização, recebimento da obra, modificações de projeto e classificação dos serviços), materiais de construção (insumos utilizados) e discriminação dos serviços .
Tipos : existem variações nas ET, conforme a finalidade. O texto pode ser mais ou menos detalhado, conforme seja destinado a obras de empreitada, por administração ou executadas pelo próprio dono.
Redação das ET : existem alguns princípios de redação, visando a clareza e objetividade. Naturalmente, o texto deve ser bem escrito, em língua portuguesa correta, papel de tamanho normalizado (A4), formatado e sem rasuras. Eventualmente poderá ser necessária a tradução para outra língua (inglês, espanhol), o que deve ser feito com muito cuidado, por causa do vocabulário técnico. A numeração e classificação dos serviços e materiais deve ser clara e bem determinada, para não provocar confusões.
As exigências são as normais para qualquer texto técnico.
Partes das ET : generalidades, materiais de construção, discriminação de serviços.
Generalidades: incluem o objetivo, identificação da obra, regime de execução da obra, fiscalização, recebimento da obra, modificações de projeto, classificação dos serviços (ordenamento adotado na terceira parte das ET). Havendo caderno de encargos, este englobará quase todos estes aspectos.
Especificação dos materiais: pode ser escrito de duas formas: genérica (aplicável a qualquer obra) ou específica (relacionando apenas os materiais a serem usados na obra em questão). Com o uso de sistemas informatizados, não há dificuldade em usar um ou outro método, pois o sistema pode emitir o relatório completo ou apenas dos materiais que aparecem na lista gerada no orçamento.
Discriminação dos serviços: especifica como devem ser executados os serviços, indicando traços de argamassa, método de assentamento, forma de corte de peças, etc. Também podem ser compilados de forma completa ou específica.
NORMALIZAÇÃO - É o processo de formular e aplicar normas visando: acesso automático a atividades específicas; otimização e economia; funcionalidade; segurança; benefício e resguardo dos interesses, atendendo padrões nacionais e internacionais.
A normalização surgiu da necessidade dos seres humanos de trocar produtos e serviços. Era preciso avaliar uma grandeza de medida através da comparação com uma grandeza da mesma espécie. A primeira iniciativa foi a comparação com elementos da natureza, tais como: pé, palmo, braço, passo, vara e assim por diante.
O sistema foi evoluindo gradativamente e em 29 de novembro de 1800 foi introduzida na França a regulamentação do sistema métrico. Consistindo de barras fundidas correspondentes ao padrão de medida estipulado e que era definido como sendo a décima milionésima parte do quadrante terrestre.
A normalização metódica e sistemática desenvolveu-se a partir do século XVIII e XIX, com o descobrimento das ciências naturais e descobrimentos técnicos (Revolução Francesa) e da Revolução Industrial, que introduziu a fabricação em série, podendo serem listados os seguintes eventos principais: 
• 1839 – Sir Joseph Whitworth – padronizou uma rosca para parafuso;
1873 – aparição das primeiras normas para chapas e fios;
1876 – Mevil Dewey desenvolve a classificação bibliográfica decimal;
1877 – editada norma para especificação e ensaio de cimento Portland;
1883 – fabricantes alemães criam os formatos normalizados de papel;
1898 – conferência internacional em Zurique adota a rosca SI;
1907 – na Suécia cria-se a primeira norma eletrotécnica;
1940 – fundação da ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas;
1947 – fundação da ISO – International Standartization Organization;
1973 – criação do Sistema Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial, no Brasil.
No Brasil, a normalização cabe à ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas, mas em setores específicos, outras entidades têm o mesmo objetivo. Como exemplo: ABCP – Associação Brasileira de Cimento Portland; IBRACON – Instituto Brasileiro do Concreto; IBP – Instituto Brasileiro do Pinho, que também estabelecem normas nos seus respectivos campos de atuação.
Nos Estados Unidos, esta responsabilidade cabe à ASTM – American Society for Testing Materials e à ASA – American Standart Association e em setores específicos, como para as estradas existe a AASHO – American Association of State Highway Officials.
Na Alemanha, a DIN – Deutsch Industrie Normen, na França, a AFNOR – Association Française de Normalisation, na Inglaterra, a BS – British Standarts Institution e na Noruega, a NSF – Norges Standardiserings-Forbund.
Estas entidades são coordenadas pela ISO – International Standartization Organization e por Comitês Continentais, tais como o COPANT – Comissão Panamericana de Normas Técnicas.TIPOS DE NORMAS
NORMAS – que dão as diretrizes para cálculo e métodos de execução de obras e serviços, assim como as condições mínimas de segurança;
ESPECIFICAÇÕES - que estabelecem as prescrições para os materiais;
MÉTODOS DE ENSAIOS – que estabelecem os processos para a formação e o exame de amostras;
PADRONIZAÇÕES – que estabelecem as dimensões para os materiais e produtos;
TERMINOLOGIAS – que regularizam a nomenclatura técnica; 
SIMBOLOGIA – para convenções de desenhos;
 CLASSIFICAÇÕES – para ordenar e dividir conjuntos de elementos.
Exemplos de Normas técnicas utilizadas na construção civil
Arquitetura: NBR 6137/1980 – Pisos para revestimento de pavimentos NBR 6492/1994 – Representação de projetos de arquitetura NBR 7170/1983 – Tijolo maciço para alvenaria NBR 7171/1992 – Bloco cerâmico para alvenaria NBR 7180/1984 – Solo.
Elétrica: NBR 5354/1977 – Requisitos para instalações elétricas prediais NBR 5361/1988 – Disjuntores de baixa tensão NBR 5410/1997 – Instalações elétricas de baixa tensão NBR 5413/1992 – Iluminação de interiores NBR 5444/1989 – Símbolos gráficos para instalações elétricas prediais.
Hidráulica: NBR 5626/1988 – Instalações prediais de água fria NBR 5688/1999 – Sistema predial de água pluvial, esgoto sanitário e ventilação – tubos e conexões de PVC, tipo DN – Requisitos NBR 6493/1994 – Emprego de Cores para Identificação de Tubulações NBR 7198/1993 – Projeto e execução de instalações de água quente.
Concreto: NBR 6118/1984 – Atualizada – Projeto de estruturas de concreto – procedimento NBR 6120/1980 – Cargas para cálculo de estrutura de edificações NBR 6122/1996 – Projeto e execução de fundações.
Piscina: NBR 9819/1987 – Piscina NBR 10339/1988 – Projeto e execução de piscina – Sistema de recirculação e tratamento NBR 10818/1989 – Qualidade de água de piscina NBR 10819/1989 – Projeto e execução de piscina – Casa de máquinas, vestiários e banheiros.
Incêndio: NBR 6135/1992 – Chuveiros Automáticos para Extinção de Incêndios NBR 9077/2001 – Saídas de emergência em edificações NBR 10898/1999 – Sistema de Iluminação de Emergência NBR 11711/2003 – Portas e Vedadores Corta‐fogo com Núcleo de Madeira NBR 11715/2003 – Extintores de Incêndio com Carga de Água.
Acessibilidade: NBR 9050/2004 – Acessibilidade de pessoas portadoras de deficiência a edificações, espaço, mobiliário e equipamentos urbanos NBR 12255/1990 – Execução e utilização de passeios públicos NBR 13994/2000 ‐ Elevadores para transporte de pessoa portadora de deficiência.
Execução de Obra - NBR 5671/1990 – Participação dos intervenientes em serviços de obras de engenharia e arquitetura NBR 5681/1980 – Controle tecnológico da execução de aterros em obras de edificações NBR 6489/1984 – Prova de Carga Direta sobre Terreno de Fundação.
As Entidades Normalizadoras concedem marcas de conformidade, ou seja, reconhecem publicamente os materiais que estão de acordo com suas especificações, desde que solicitado. Em alguns casos, essa conformidade pode ser indicada por um símbolo a ser afixado no material ou na embalagem, tal como o exemplo da figura abaixo.