G AULA 2 MATERIAIS CONSTRUÇÃO 1 2018

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Universidade Cruzeiro do Sul 
Curso de Engenharia Civil 
 
 
Aula 2 
A CIÊNCIA E A ENGENHARIA DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 
CIVIL 
 
 
 
 
Materiais de Construção Civil 
Professora Grace Vasconcellos 
INTRODUÇÃO 
 
Recurso natural é qualquer insumo de que os organismos, as 
populações e os ecossistemas necessitam para a sua manutenção. 
Podem ser classificados como sendo renováveis e não 
renováveis. 
 
a.  recursos renováveis : aqueles que, após utilizados, ficam 
disponíveis novamente graças aos ciclos naturais, como a água 
(ciclo hidrológico), o ar, a energia eólica e a biomassa, que vem 
a ser, toda matéria orgânica, de origem vegetal (plantas, 
madeira, resíduos agrícolas) ou animal (excrementos), ou 
mesmo o lixo, que através de processos físico-químicos e 
bioquímicos, produzem combustíveis líquidos e gasosos. 
b. recursos não-renováveis: aqueles que, uma vez utilizados, não se 
renovam por meios naturais. Podem ser subdivididos em duas classes: 
 
 
i. minerais energéticos: urânio; combustíveis fósseis (carvão mineral, 
petróleo), 
ii. minerais não-energéticos: são minerais como ferro, calcário, argilas 
em geral, 
 
• Os recursos naturais são compostos de matéria, isto é, 
qualquer substância, sólida, líquida ou gasosa, que ocupa 
lugar no espaço. 
 
 
• Sob o ponto de vista utilitário, materiais são substâncias 
com propriedades úteis na construção de máquinas, 
estruturas, dispositivos e produtos, ou seja, os materiais que o 
homem utiliza para “fazer coisas” (Cohen, 1987). 
 
 
• Historicamente, o desenvolvimento do homem esteve 
ligado à sua habilidade em detectar, manipular e 
aperfeiçoar os materiais disponíveis para atender às suas 
necessidades de manutenção, proteção, abrigo ou 
religiosidade. 
Stonehenge (2075 a.C): monumento megalítico* da Idade do Bronze, 
construído no Condado de Wilshire, na Inglaterra. Exemplo da utilização de 
material natural (pedras), manipulado pelo homem, possivelmente com 
objetivos religiosos. 
(Fonte: http//pt.wikipedia.org/wiki/Stonehenge) 
* megalítico: construção monumental com base em grandes blocos de pedras rudes 
(do grego mega-grande / litos- pedras) 
(Fonte: www.bbc.co.uk/history/romans/hadrian_gallery.shtml ) 
Muralha de pedras, com objetivo de proteção de domínio, construída 
pelo Imperador romanao Adriano (122 – 130 d.C) no Nordeste da 
Inglaterra, com 120 Km de extensão. 
CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS 
 
 
• Ciência e Engenharia dos Materiais (CEM) definida, segundo 
Cohen (1987), como “a área da atividade humana associada com 
a geração e aplicação de conhecimento que relaciona 
composição, estrutura e processamento dos materiais às suas 
propriedades e usos”. 
 
 
• Trata-se do acoplamento, por um lado, da Ciência dos Materiais 
que engloba disciplinas científicas tradicionais (Física, Química, 
Matemática) e, de outro lado, com a Engenharia dos Materiais 
que estuda e desenvolve processos e aplicações dos materiais. 
Ciclo global dos materiais 
ÂMBITOS DA CIÊNCIA E 
ENGENHARIA DO MEIO AMBIENTE 
 
•  Empirismo (saber pela experiência) 
•  Filosofia 
•  Matemática 
•  Física 
•  Química 
•  Cinética 
•  Termodinâmica 
•  Estrutura 
•  Síntese 
•  Composição 
•  Propriedades Mecânicas, Físicas, 
Químicas, Ópticas, Magnéticas, 
Eletrônicas 
ÂMBITOS DA CIÊNCIA E 
ENGENHARIA DOS MATERIAIS 
 
•  Termodinâmica 
•  Estrutura 
•  Síntese 
•  Composição 
•  Propriedades Mecânicas, Físicas, 
Químicas, Ópticas, Magnéticas, 
Eletrônicas 
•  Transformação 
•  Processamento 
•  Montagem 
•  Preparação 
•  Fabricação 
•  Viabilidade 
•  Projeto 
•  Processo 
•  Produto 
•  Aplicações 
Importância do estudo da escolha dos materiais 
 
 
• A escolha de dado material para caso específico depende não 
somente do conhecimento técnico-científico do engenheiro, 
mas também de sua experiência acumulada, porque nem 
sempre o enfoque técnico leva à melhor solução com base em 
evidências aparentes. Além dessas questões, devem ser levadas 
em conta as questões ambientais como: consumo de energia, 
descarte, impacto ambiental, poluição 
 
 
• Essas decisões devem ser tomadas na fase de projeto, onde, 
através de processos e métodos de cálculo baseados em modelos 
e conceitos estabelecidos, são escolhidos os materiais pelas suas 
propriedades conhecidas e testadas em laboratório ou obras. 
Classificação dos Materiais 
 
a)  Metais 
• Os metais são compostos de combinação 
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 dessa 
sua constituição: bons condutores de 
eletricidade e de calor, muito resistentes 
e deformáveis. 
 
 
Elementos químicos descobertos nos últimos dois milênios 
• Dos 92 elementos químicos da Tabela Periódica, 70 têm caráter 
metálico predominante. A maioria foi descoberta nos últimos 250 anos ao 
passo que até um século atrás, com exceção de cerca de 20 elementos 
químicos, os demais eram estudados apenas em laboratório. 
 
 
*LANTANÍDEOS OU LANTANÓIDES: um grupo de elementos químicos chamados de terras raras porque se 
encontram na forma de óxidos 
 
** ACTINÍDEOS OU ACTINIODES: juntamente com os Lantaídeos são chamados metais de transição interna 
 
 
Classificação dos Materiais 
 
b) Cerâmica 
 
• As cerâmicas são formadas por elementos químicos metálicas e não 
metálicos, com ligações iônicas* e covalentes** com elétrons ligados 
em posições definidas e fixas, o que lhes confere propriedades 
características como: 
 
- resistência mecânica, até maior que a dos metais, visto que os 
átomos não podem se deslocar de suas posições originais 
 
- alta estabilidade térmica 
* Ligação Iônica: ligação química baseada na atração eletrostática de íons com cargas 
opostas. 
** Ligação covalente: ligação química caracterizada pelo compartilhamento de um ou 
mais pares de elétrons entre átomos. 
- apresenta, baixa ductibilidade * (fragilidade), baixa 
deformação na ruptura 
 
- baixa tenacidade ** 
 
- estabilidade a altas temperatura 
 
- resistência ao ataque químico 
 
-  isolamento elétrico 
 
•  Ductibilidade: propriedade que representa o grau de deformação que um 
material suporta até o momento de sua fratura 
** Tenacidade: é a energia mecânica, ou seja, o impacto necessário para levar 
um material à ruptura; é uma medida de quantidade de energia que um material 
pode absorver antes de fraturar. Os materiais cerâmicos, por exemplo, têm uma 
baixa tenacidade 
 
Classificação dos materiais 
 
c) Polímeros 
 
• Os polímeros se constituem em moléculas de cadeia longa 
com grupos repetitivos que apresentam ligações covalentes 
*, geralmente muito fortes. Os principais elementos desta 
cadeia são C, H, O, N, F e outros elementos não metálicos. 
As cadeias se unem entre si por ligações secundárias (forças 
de Van der Waals) relativamente fracas, resultando em 
deslizamento entre si quando são aplicadas forças externas, 
conferindo-lhes resistência mecânica baixa. 
 
• Os polímeros apresentam como vantagens baixo custo, 
baixa densidade, facilidade de conformação em formas 
complexas. Em contrapartida, a sua resistência mecânica é 
relativamente baixa, são de difícil reparação e, em geral, 
possuem baixa resistência aos raios UV. 
Classificação dos materiais 
 
e) Semicondutores 
 
 
• Os semicondutores são materiais de composição como o Silício e 
o Germânio, além do Gálio, Arsênio, Cádmio e Telúrio, que formam 
ligações covalentes semelhantes a dos materiais cerâmicos, 
podendo ser considerados como uma subclassede cerâmica, 
porque suas propriedades mecânicas são muito próximas. 
 
 
• Possuem características diferentes das cerâmicas quanto à 
tecnologia empregada e ao nível de miniaturização e de higiene e 
limpeza para a sua produção. Além das características elétricas e 
isolantes, são muito sensíveis à impurezas, que são rigidamente 
controladas para que não seja ultrapassada a proporção de poucos 
átomos estranhos por um bilhão de átomos do material. 
Classificação dos materiais 
 
f) Biomateriais 
 
 
• Os biomateriais são empregados em implantes no corpo humano 
para substituição de partes danificadas, principalmente ossos. Não 
podem produzir substâncias tóxicas e devem ser compatíveis com os 
tecidos do corpo, ou seja, não causar rejeição. 
 
• Os materiais empregados são metais, cerâmicas, polímeros, 
compósitos * e semicondutores que servem para fabricar próteses, 
que são dispositivos implantados no corpo para suprir a falta de um 
órgão ausente ou para restaurar uma função comprometida, como 
articulações de bacias fraturadas 
 
 
* Compósitos: também chamados composites, são materiais formado pela união de 
outros materiais com o objetivo de obtenção de um produto de melhor qualidade. 
 
Classificação dos materiais segundo desenvolvimento científico 
 
• Materiais naturais: aqueles in natura com pouco ou nenhum 
beneficiamento do estado em que foi coletado, como a madeira, 
couro, diamante, cobre, borracha natural. 
 
• Materiais desenvolvidos empiricamente: materiais coletados e 
trabalhados ou transformados segundo a experimentação adquirida 
ao longo do tempo, através de ensaio-erro. Neste grupo, destacam-
se o bronze, aço comum, ferro fundido, cerâmicas, vidro, cimento, 
concreto. 
 
• Materiais desenvolvidos com conhecimento científico: 
equivalem à aplicação das descobertas realizadas pelas pesquisas 
entre 1850 e 1950. Exemplos:ligas de alumínio, de titânio, de 
magnésio, aços inoxidáveis, aços microligados, termoplásticos, 
termorrígidos, elastômeros. 
Classificação dos materiais segundo desenvolvimento científico 
 
 
• Materiais projetados: desenvolvidos a partir não mais do estudo 
de sua composição, propriedades e função, e, sim, ao contrário, 
partindo-se de uma necessidade específica e das propriedades 
requeridas para uso com dada finalidade, tiveram sua microestrutura 
projetada e construída para atender a essas necessidades. Neste 
grupo, têm-se os semicondutores, materiais para reatores 
nucleares, aços de ultra-alta resistência, compósitos reforçados com 
fibras, ligas com memória de forma, vidros metálicos *, etc. 
 
 
 
 
* Vidro metálico: metais amorfos, desenvolvidos na década de 70 com aplicações na 
eletroeletrônica, devido a obtenção de espessuras ínfimas (10 microns). 
Materiais Avançados 
 
• Geralmente se utiliza o nome de materiais avançados àqueles 
que possuem aplicações em alta tecnologia (hightech), isto é, 
dispositivos ou produtos que operam ou funcionam utilizando 
princípios relativamente sofisticados, como equipamentos 
eletrônicos, sistemas de fibra ótica, espaçonaves, aeronaves, 
foguetes. 
 
• Esses materiais muitas vezes são tipicamente tradicionais cujas 
propriedades foram aprimoradas ou, ainda, materiais novos de 
alto desempenho. Podem ser de várias classes, como metais, 
cerâmicos ou polímeros ou composições de dois ou mais tipos e, 
geralmente, são de alto custo unitário. Exemplo: revestimento 
ônibus espacial. 
Materiais não Convencionais 
 
• Por questões de sustentabilidade do planeta, alguns setores da 
construção têm desenvolvido projetos e utilizado materiais 
ecologicamente mais corretos, além de utilizar maior quantidade de 
resíduos e produtos reciclados. 
 
• Alguns materiais ou técnicas utilizadas pelo homem há milênios 
foram reintroduzidas na execução de construções para economizar 
recursos e contribuir para a sustentabilidade dos ecossistemas, 
como o uso de bambu e terra crua, técnica milenar reintroduzida em 
algumas obras atuais, seja sob a técnica de taipa de pilão, taipa de 
mão ou pau-a-pique, ou ainda pela utilização de tijolos de barro 
crus (adobe). 
PAU- A- PIQUE 
Método construtivo que se utiliza de 
estrutura feita em madeira ou bambú, 
preenchida com porções de barro úmido 
Aplicados com as mãos, tanto pelo lado 
Interno quanto pelo externo, de preferência 
Ao mesmo tempo, e finalizado com 
alisamento do barro com mãos molhadas 
 TAIPA DE PILÃO 
 
Este sistema construtivo se baseia no uso de 
barro com fibras vegetais e elementos do local, 
como esterco, cascalhos, conchas, que 
compactados com um pilão, forma a parede. 
Adobe 
Bambu 
Fonte: Prof.Arlindo Silva – Instituto Superior Técnico da Universidade de Portugal 
http://professor.pucgoias.edu.br/SiteDocente/admin/arquivosUpload/17341/material/Cer%C3%A2micas.pdf 
EVOLUÇÃO DA UTILIZAÇÃO DOS MATERIAIS 
28 
ESTRUTURA ATÔMICA E MOLECULAR DOS 
MATERIAIS 
 
A estrutura de um material pode ser dividida em quatro níveis: 
 
 
-estrutura atômica; 
 
-arranjo atômico; 
 
-microestrutura; 
 
-macroestrutura. 
29 
ESTRUTURA ATÔMICA 
30 
ARRANJO ATÔMICO – ESTRUTURA DOS MATERIAIS 
 
 
Os arranjos atômicos, que propiciam a formação dos materiais, 
podem ser de três tipos básicos, gerando, então, três classes 
estruturais principais: 
 
• estruturas moleculares; 
 
• estruturas cristalinas; 
 
• estruturas amorfas. 
31 
ESTRUTURA MOLECULAR 
 
• A estrutura molecular pode ser genericamente caracterizada 
por um agrupamento de átomos; 
 
• Existem grupos limitados de átomos fortemente ligados entre 
si, formando moléculas, e essas moléculas se ligam entre si por 
meio de ligações secundárias. 
 
• Materiais típicos com estrutura molecular: 
 
• Gases: O2, N2, CO2; 
• Água: H2O; 
• Ácido nítrico: (HNO3); 
• Polímeros (em geral); 
• Materiais betuminosos; 
• Enorme gama de outros gases e líquidos. 
32 
ESTRUTURA CRISTALINA 
33 
ESTRUTURA CRISTALINA 
34 
35 
Materiais típicos de estrutura cristalina: 
 
Alguns exemplos: 
•• O ferro e os aços de construção: são exemplos clássicos de 
materiais cristalinos, que se alternam entre as formas alotrópicas 
estruturais cúbicas de corpo centrado (ccc) – em temperatura 
ambiente – e de face centrada (cfc); 
 
• A areia natural: constituída essencialmente de sílica em sua 
forma cristalina, que é o quartzo de estrutura trigonal 
(romboédrica), a areia constitui um exemplo de material natural 
cristalino; 
 
• Os compostos principais do cimento Portland, assim como 
seus derivados hidratados: em geral, são fases cristalinas - 
silicatos de cálcio anidros C3S e C2S; as fases aluminato e 
ferroaluminato C3A e C4AF; compostos hidratados da pasta de 
cimento - o hidróxido de cálcio, a etringita, o monossulfato, 
e alguns tipos de C – S – H. 
36 
ESTRUTURA NÃO CRISTALINA - AMORFA 
37 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
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Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. Volume 1. 
Ibracon: São Paulo, 2007 
 
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Paulo, 2007 
 
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Ibracon: São Paulo, 2007 
 
PETRUCCI, E. G. R. Materiais de Construcao. 12. ed. Sao Paulo: Globo, 2007. 
 
BAUER, L. A. F. Materiais de Construcao 1. 5. ed. Rio de Janeiro: Ltc-Livros Tecnicos e 
Cientifi, 2010. 
 
BAUER, L. A. F. Materiais de Construcao 2. 5. ed. Rio de Janeiro: Ltc-Livros Tecnicos e 
Cientifi, 2010. 
 
SHACKELFORD,J. F. Ciencia dos Materiais. 6. ed. São Paulo: Pearson, 2008. (eBook) 
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PETRUCCI, E. G. R. Materiais de Construcao. 12. ed. Sao Paulo: Globo, 2007. 
 
BAUER, L. A. F. Materiais de Construcao 1. 5. ed. Rio de Janeiro: Ltc-Livros 
Tecnicos e Cientifi, 2010. 
 
BAUER, L. A. F. Materiais de Construcao 2. 5. ed. Rio de Janeiro: Ltc-Livros 
Tecnicos e Cientifi, 2010. 
 
SHACKELFORD, J. F. Ciencia dos Materiais. 6. ed. São Paulo: Pearson, 2008. 
(eBook) 
 
http://professor.pucgoias.edu.br/SiteDocente/admin/arquivosUpload/17341/
material/Cer%C3%A2micas.pdf (08.01.2018 – 21:05hs) 
https://www.google.com.br/search?q=taipa+de+pil%C3%A3o&oq=taipa+de+pil
%C3%A3o&aqs=chrome..69i57j0l5.5875j0j7&sourceid=chrome&ie=UTF-8 
(08.01.2018 – 23hs) 
 
https://www.google.com.br/search?q=pau+a
+pique&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiT75izjrXZAhVDl5AKHaqZAT
EQ_AUICigB&biw=922&bih=617#imgrc=n5qf7W0DqWfFEM: 
(08.01.2018 – 19:05hs) 
 
Vidros metálicos: uma nova classe de materiais (Revista de acesso livre 
www.dema.ufcg.edu/revista 
http://www2.ufcg.edu.br/revista-remap/index.php/REMAP/article/viewFile/114/115 
(08.01.2018 – 22:05hs)