Aula 01 e 02 - Importância dos materiais - Propriedades dos Materiais Civis
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Aula 01 e 02 - Importância dos materiais - Propriedades dos Materiais Civis

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em benefício do ser humano.

Como você definiria ENGENHARIA?

CIÊNCIA

DOS

MATERIAIS

 Faz parte do conhecimento básico para todas as
engenharias.

 As propriedades dos materiais definem o
desempenho de um determinado componente e

o processo de fabricação do mesmo.

CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS

“Á área da atividade humana associada

com a geração e a aplicação de

conhecimentos que relacionem composição,

estrutura e processamento de materiais às

suas propriedades e usos.”

Fonte: Morris Cohen, MIT (em Padilha, A.F. – Materiais de Engenharia, Hemus, 1997, cap. 1)

Desenvolvimento de materiais já conhecidos

visando novas aplicações ou visando melhorias no

desempenho.

Desenvolvimento de novos materiais para

aplicações conhecidas.

Desenvolvimento de novos materiais para novas

aplicações.

OBJETIVOS

Muitos engenheiros, sejam eles mecânicos, civis, químicos

ou elétricos, irão uma vez ou outra ficar expostos a um

problema de projeto que envolva materiais.

Os exemplos podem incluir uma engrenagem de

transmissão, a superestrutura para um edifício, um

componente de uma refinaria de petróleo, ou um chip de

circuito integrado.

POR QUE ESTUDAR OS MATERIAIS?

 Saber especificar nos materiais que resistem aos
esforços e tensões presentes.

 Conhecer as propriedades, as limitações, as vantagens e
melhor utilização dos materiais.

 A qualidade dos materiais influencia na solidez,
durabilidade, custo e o nível de acabamento da obra.

POR QUE ESTUDAR CIÊNCIA DOS MATERIAIS?

EVOLUÇÃO DOS MATERIAIS

Desenvolvimento e avanço das sociedades: estão relacionados às habilidades
dos seus membros em produzir e manipular materiais para satisfazer as suas

necessidades.

FONTE: http://www.demar.eel.usp.br/historico.html

EVOLUÇÃO DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO

 Em civilizações primitivas, uso de materiais não trabalhados, como

encontrados na natureza.

 Até 1500, modelamento de materiais encontrados na natureza: pedra,

madeira, barro.

 O concreto surgiu como material resistente como a pedra e trabalhável

como o barro.

 Para se vencer grandes vãos, surgiram os concretos armado e

pretendido.

 Atualmente, a rápida evolução da tecnologia dos materiais exige que o

profissional se atualize

O número de materiais cresceu muito nas últimas

décadas e a tendência é de se proliferarem mais

num futuro próximo

• Desenvolvimento e aperfeiçoamento dos métodos de
extração de materiais da natureza

• Modificação de materiais naturais

• Combinação de materiais conhecidos para a formação de
novos materiais

QUANTOS MATERIAIS DIFERENTES EXISTEM ?

COMO ESCOLHER ??

CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DOS MATERIAIS

1) O engenheiro deve caracterizar quais as

condições de operação que será submetido o

referido material e levantar as propriedades

requeridas para tal aplicação, saber como esses

valores foram determinados e quais as limitações

e restrições quanto ao uso dos mesmos.

2) Levantamento sobre o tipo de degradação que o

material sofrerá em serviço.

Por exemplo, elevadas temperaturas e ambientes

corrosivos diminuem consideravelmente a

resistência mecânica.

CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DOS MATERIAIS

3) 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.

CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DOS MATERIAIS

• Em raras ocasiões um material reúne uma

combinação ideal de propriedades, ou seja,

muitas vezes é necessário reduzir uma em

benefício da outra.

• Um exemplo clássico são resistência e

ductilidade, geralmente um material de alta

resistência apresenta ductilidade limitada. Este

tipo de circunstância exige que se estabeleça um

compromisso razoável entre duas ou mais

propriedades.

TETRAEDRO DOS MATERIAIS

TETRAEDRO DOS
MATERIAIS

COMPOSIÇÃO

Relacionada com a natureza química dos materiais

Microestrutura

(grãos)

 1 – 10 mm

Propriedades

afetadas:

• fadiga;
• ductilidade.

Microestrutura

(fases)

 50 - 500 m
Propriedades

afetadas:

• resistência ao
escoamento;

• resistência à tração;
• fadiga;

• variação térmica;
• ductilidade.

Estrutura em

escala “macro”

 até 1 m

Critérios de

desempenho:

• energia gerada;
• eficiência;

• durabilidade;
• custo.

Escala atômica

 1 – 100 Angstroms

Propriedades afetadas:

• módulo de elasticidades
• variação térmica.

Nanoestrutura

(precipitados)

 3 – 100 nm

Propriedades

afetadas:

• resistência ao
escoamento;

• resistência à tração;
• fadiga;

• ductilidade.

Bloco de motor em liga de
alumínio fundido (material

em desenvolvimento)
Ford Motor Company

ESTRUTURA

Arranjo dos componentes do

material em estudo

ESTRUTURA

FONTE: ISAIA, G. C. A Ciência e a Engenharia de Materiais na Construção Civil. In: Materiais de
Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. 2010. p. 1-36.

Níveis de estudo/informações dos materiais

 Mecânica (resistência: tração, compressão, cisalhamento e
flexão, elasticidade, plasticidade, ductilidade, tenacidade e
dureza)

 Elétrica (condutividade)

 Térmica (condutividade e expansão/dilatação)

 Física (densidade, porosidade, teor de umidade)

Ótica (cor, transmissão e reflexão de luz)

 Degradação (reatividade química)

PROPRIEDADES

PROCESSAMENTO E DESEMPENHO

Processamento: conjunto de técnicas para obtenção de materiais
com formas e propriedades específicas

Desempenho: resposta do material a um estímulo externo,
presente nas condições reais de utilização.

Processamento: É a maneira como será fabricado o material.

Estrutura: É como ficará arranjada atomicamente a matéria.

Propriedades: Quais propriedades físicas, químicas ou

mecânicas apresentará?

Desempenho: Resposta do material a um estímulo externo,

presente nas condições reais de utilização.

A classificação tradicional dos materiais é geralmente

baseada na estrutura atômica e química.

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

METAIS POLÍMEROSCERÂMICAS

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

 São geralmente uma combinação
de elementos metálicos.

 Bons condutores de calor e
eletricidade.

 Não são transparentes à luz
visível.

 Têm aparência lustrosa quando
polidos.

 Geralmente são resistentes e
deformáveis.

 São muito utilizados para
aplicações estruturais.

Fonte: JACINTHO, J. C. Apresentações e notas de aula - UAM. 2010.

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

METAIS

 São geralmente uma combinação

de elementos metálicos e não-

metálicos

(compostos por minerais argilosos,

cimento e vidro)- carbonetos

 Isolantes de eletricidade e calor

 São mais resistentes que metais

e polímeros a altas temperaturas.

 Duros, porém muito fragéis

A LUM IN A

Fonte: JACINTHO, J. C. Apresentações e notas de aula - UAM. 2010.

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS

CERÂMICAS

OS MATERIAS CERÂMICOS NA TABELA PERIÓDICA

Os cerâmicos são constituídos de metais e não-metais

Como exemplos destes materiais podem ser citados os carbonetos (carboneto de

silício - SiC), os nitretos (nitreto de silício-Si3N4), óxidos (alumina-Al2O3), silicatos

(silicato de zircónio-ZrSiO4)

 São geralmente compostos
orgânicos baseados em

carbono, hidrogênio e outros
elementos não-metálicos.

 São constituídos de
moléculas muito grandes

(macro-moléculas).

 Esses materiais apresentam
baixa densidade e podem ser

extremamente flexíveis.

 Materiais comuns
poliméricos são plásticos e

borrachas.

Fonte: JACINTHO, J. C. Apresentações