1- Propriedades dos Materiais

Prévia do material em texto

Notas de Aula 
 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 - PROPRIEDADES DOS MATERIAIS 
 
 
 
 
2 
2 
1 - I N T R O D U Ç Ã O 
 
A disputa pelo mercado cada dia mais competitivo e exigente representa um desafio para os 
profissionais de todos os seguimentos da sociedade. Na construção civil, não poderia ser diferente, e 
ainda que mais lentamente que em outros setores da economia, já são registrados ganhos 
significativos de produtividade e conseqüentes reduções de custos de produção e reparos. 
Isto só foi possível, com a evolução de técnicas construtivas e o desenvolvimento de novos materiais. 
As técnicas escolhidas devem garantir a maior produtividade; técnicas inadequadas podem implicar 
em número excessivo de tarefas para a execução de um serviço, que por sua vez exigirão etapas 
correspondentes de inspeção e controle. Isto sem considerar a influência da mão-de-obra no 
resultado e o desperdício de material e mão-de-obra de cada tarefa, que vai se acumulando até a 
conclusão de um serviço. Novas técnicas exigem novos materiais que, por sua vez podem requerer o 
emprego de novas técnicas ou o aperfeiçoamento das já existentes. Este mecanismo cíclico dá a 
idéia da importância do conhecimento dos materiais e suas propriedades. 
 
1 . 1 - N O R M A T I Z A Ç Ã O 
Em todos os países existem entidades normalizadoras, cuja função é produzir normas que 
regulamentem a qualidade, classificação, produção e emprego dos diversos materiais. Além das 
entidades locais, existem outras regionais que englobam vários países como é o caso das seguintes: 
ISO - International Organization for Standardization 
COPANT - Comissão Pan-americana de Normas Técnicas 
AMN - Associação Mercosul de Normalização 
 
No Brasil, a ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas está encarregada de produzir as 
normas técnicas. Existem ainda, outras entidades que atuam em seguimentos mais restritos tais 
como a ABCP - Associação Brasileira de Cimento Portland e o IBRACON - Instituto Brasileiro do 
Concreto. 
Dentre as estrangeiras, podem ser destacadas as seguintes: 
ASTM - American Society For Testing Matirial 
BS - British Standards Institution 
DIN – Deutsche Normenausschuss 
 
T i p o s d e N o r m a s : 
P r o c e d i m e n t o : orientação para projeto e execução de obras e serviços; 
E s p e c i f i c a ç ã o : prescrições para os materiais; 
M é t o d o d e E n s a i o : orienta a forma de amostrar e ensaiar um material; 
T e r m i n o l o g i a : regulamenta a nomenclatura técnica; 
S i m b o l o g i a : regulamenta as convenções para desenho; 
C l a s s i f i c a ç ã o : ordena e divide grupos de elementos; 
Materiais de Construção I >>>>>>>>>> 
 
3 
3 
1 . 1 . 2 - C o m i t ê s T é c n i c o s d e N o r m a l i z a ç ã o 
A ABNT é composta por vários comitês brasileiros e organismos de normalização setorial, que atuam 
em diversas áreas: 
ABNT/CB-01 Mineração e metalurgia 
ABNT/CB-02 Construção civil 
ABNT/CB-03 Eletricidade 
ABNT/CB-04 Máquinas e equipamentos mecânicos 
ABNT/CB-05 Automotivo 
ABNT/CB-06 Metroferroviário 
ABNT/CB-07 Navios, embarcações e tecnologia marítima 
ABNT/CB-08 Aeronáutica e espaço 
ABNT/CB-09 Gases combustíveis 
ABNT/CB-10 Química 
ABNT/CB-11 Couro, calçados e artefatos de couro 
ABNT/CB-12 Agricultura e pecuária 
ABNT/CB-13 Bebidas 
ABNT/CB-14 Informação e documentação 
ABNT/CB-15 Mobiliário 
ABNT/CB-16 Transportes e tráfego 
ABNT/CB-17 Têxteis e do vestuário 
ABNT/CB-18 Cimento, concreto e agregados 
ABNT/CB-19 Refratários 
ABNT/CB-20 Energia nuclear 
ABNT/CB-21 Computadores e processamento de dados 
ABNT/CB-22 Impermeabilização 
ABNT/CB-23 Embalagem e acondicionamento 
ABNT/CB-24 Segurança contra incêndio 
ABNT/CB-25 Qualidade 
ABNT/CB-26 Odonto-médico-hospitalar 
ABNT/CB-28 Siderurgia 
ABNT/CB-29 Celulose e papel 
ABNT/CB-30 Tecnologia alimentar 
ABNT/CB-31 Madeira 
ABNT/CB-32 Equipamentos de proteção individual 
ABNT/CB-33 Joalheria, gemas, metais preciosos e bijouteria 
ABNT/CB-35 Alumínio 
ABNT/CB-36 Análises clínicas e diagnóstico in vitro 
ABNT/CB-37 Vidros planos 
ABNT/CB-38 Gestão ambiental 
ABNT/CB-39 Implementos rodoviários 
ABNT/CB-40 Acessibilidade 
ABNT/CB-41 Minérios de ferro 
ABNT/CB-42 Soldagem 
ABNT/CB-43 Corrosão 
ABNT/CB-44 Cobre 
ABNT/CB-45 Pneus e aros 
ABNT/CB-46 Áreas limpas e controladas 
ABNT/CB-47 Amianto crisotila 
ABNT/CB-48 Máquinas rodoviárias 
ABNT/CB-49 Óptica e instrumentos ópticos 
ABNT/CB-50 Materiais, equipamentos e estruturas offshore para indústria do petróleo e gás natural 
ABNT/CB-52 Café 
ABNT/CB-53 Normalização em metrologia 
ABNT/CB-54 Turismo 
ABNT/CB-55 Refrigeração, ar-condicionado, ventilação e aquecimento 
ABNT/CB-56 Carne e do leite 
ABNT/CB-57 Higiene pessoal, perfumaria e cosméticos 
ABNT/CB-59 Fundição 
ABNT/CB-60 Ferramentas manuais e de usinagem 
 
Organismos de Normalização Setorial 
 
ABNT/ONS-27 Tecnologia gráfica 
ABNT/ONS-34 Petróleo 
ABNT/ONS-51 Embalagem e acondicionamento plásticos 
ABNT/ONS-58 Ensaios não-destrutivos 
 
 
 
4 
4 
1.2 – PROPRIEDADES FISICAS DOS MATERIAIS 
1 . 2 . 1 - D u r e z a 
A dureza representa a resistência à penetração da superfície de um 
material. Quanto mais duro é um material, maior é a dificuldade para 
riscá-lo e, conseqüentemente maior a sua resistência á abrasão. 
Existe uma relação entre a dureza e a resistência mecânica de um 
material e quanto maior a dureza, maior será sua resistência 
mecânica, como demonstra o gráfico ao lado. 
 
Os métodos Brinell e Vickers sãos os métodos de medição da dureza mais utilizados principalmente 
nos materiais metálicos. 
 
Durômetro Brinell e Vickers do Laboratório de Materiais da FT-UNICAMP 
 
 
O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir lentamente uma 
esfera de aço temperado, de diâmetro D, sobre uma superfície plana, 
polida e limpa de um metal, por meio de uma carga F, durante um 
tempo t, produzindo uma calota esférica de diâmetro d. A dureza Brinell 
(HB) é a relação entre a carga aplicada (F) e a área da calota esférica 
impressa no material ensaiado (Ac). 
cA
F
HB 
 
 
 
A dureza Vickers se baseia na resistência que o material oferece à 
penetração de uma pirâmide de diamante de base quadrada e ângulo 
entre faces de 136º, sob uma determinada carga. O valor de dureza 
Vickers (HV) é o quociente da carga aplicada (F) pela área de impressão 
(A) deixada no corpo ensaiado. 
A
F
HV 
 
 
 
Materiais de Construção I >>>>>>>>>> 
 
5 
5 
1 . 2 . 2 - E x p a n s ã o T é r m i c a 
O aumento ou a diminuição de temperatura provoca a expansão ou a contração de diversos 
materiais. Em alguns deles, esta variação é discreta enquanto que em outros pode ser facilmente 
notada, de acordo com o seu coeficiente de dilatação térmica e a intensidade da variação da 
temperatura. Um desafio da engenharia em todos os tempos é empregar materiais com diferentes 
coeficientes de dilatação térmica, sem que a ligação entre eles sofra ruptura. 
Material 
Coef. Dilatação Térmica 
(cm/cm/ºC a 20ºC) 
Concreto 12,6x10-6 
Cobre 16,2x10-6 
Alumínio 22,5x10-6 
 
1 . 2 . 3 - C o n d u t i v i d a d e T é r m i c a 
É a capacidade de um material conduzir ou transferir calor. Esta propriedade deve ser observada no 
estudo do conforto térmico da edificação e até mesmo na segurança estrutural, como por exemplo, 
nas edificações cujas estruturas são compostas por aço. 
 
1 . 2 . 4 - C o nd u t i v i d a d e E l é t r i c a 
Representa a facilidade ou a dificuldade de um material permitir a passagem de corrente elétrica. 
 
1 . 2 . 5 - E s t a b i l i d a d e Q u í m i c a 
É a propriedade do material de não reagir quimicamente com agentes agressivos do ambiente. Desta 
propriedade, depende a durabilidade do material e os fatores que interferem na estabilidade química 
de um material são: 
 
▪ Composição química 
▪ Grau de cristalização e nível de defeitos 
▪ Temperatura 
 
1 . 2 . 6 - R e a t i v i d a d e 
Representa a capacidade do material de reagir quimicamente. Ao contrário de alguns materiais que 
devem ter boa estabilidade química, existem outros que têm de reagir quimicamente com facilidade, 
para que possam ser empregados, como é o caso dos aglomerantes. A reatividade de um material é 
influenciada por: 
 
▪ Composição química 
▪ Grau de amorfização e nível de defeitos 
▪ Temperatura 
▪ Catalizadores e granulometria 
 
 
6 
6 
A
F

1 . 3 - P R O P R I E D A D E S M E C ÂN I C A S D O S M AT E R I A I S 
 
Os corpos na natureza estão sujeitos aos esforços mecânicos conforme indicam as figuras abaixo. 
 
Quando um corpo sofre a ação de forças externas, surgem esforços (reações) internos no material e 
deformações, correspondentes ao carregamento. 
Dá-se o nome de tensão () à relação entre a força (F) aplicada num corpo e a área (A) da seção 
transversal (perpendicular à força aplicada). 
 
 
A1 < A2 
 
 
1 > 2 
COMPRESSÃO TRAÇÃO CISALHAMENTO 
FLEXÃO TORÇÃO 
Materiais de Construção I >>>>>>>>>> 
 
7 
7 
o
of
o 


 



A variação unitária de comprimento, conhecida como deformação linear ou específica () é obtida 
dividindo-se a variação do comprimento (), causada pelo carregamento, pelo comprimento 
inicial (0) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
As deformações podem ser de dois tipos: 
 
▪ Elásticas: Quando ocorrem instantaneamente e são reversíveis. Elas podem ser lineares, 
quando a deformação é proporcional às tensões aplicadas, ou não lineares. 
 
▪ Plásticas: são deformações residuais que permanecem mesmo depois de cessado o 
carregamento. 
 
1 . 3 . 1 - M ó d u l o d e E l a s t i c i d a d e 
Módulo de Elasticidade (E) de um material é a função que relaciona a tensão () aplicada e a 
deformação () desenvolvida por um material pode ser expressa graficamente pelo diagrama tensão-
deformação, conforme exemplo a seguir. Na 
fase elástica, se dividir a tensão () pela 
deformação (), em qualquer ponto, obtem-
se um valor constante denominado Módulo 
de Elasticidade (E), expressando a medida 
de rigidez do material. Quanto maior o 
módulo, menor será a deformação elástica 
resultante da aplicação de uma tensão e 
mais rígido será o material. 
 
 
 
 
 


E
 
 
8 
8 
1 . 3 . 2 - C o e f i c i e n t e d e Po i s s o n 
Coeficiente de Poisson () de um material é a função que relaciona a deformação transversal (y) 
e a deformação longitudinal (x). 
 
1 . 3 . 3 - F o r m a s d e R u p t u r a s 
Segundo a forma de ruptura, os materiais podem ser classificados como dúcteis ou frágeis. 
Materiais Dúcteis: são aqueles que ao ser carregado, 
apresentam grandes deformações antes de se romper. Diz-se 
que este tipo de ruptura é “avisada”. São materiais dúcteis: aço, 
alumínio. 
Materiais Frágeis: são aqueles que deformam relativamente 
pouco antes de se romper. Às rupturas frágeis dá-se o nome de 
ruptura “não avisada”, e num edifício tem efeitos catastróficos. 
 
1 . 3 . 4 - D e f o r m a ç ã o L e n t a e F l u ê n c i a 
Para alguns materiais a relação entre a tensão e a deformação depende do tempo de carregamento. 
Nestes materiais além da deformação inicial, que ocorre simultaneamente à aplicação das cargas, 
ocorrem deformações ao longo do tempo. 
Este aumento gradual da deformação (plástica) com o tempo é chamado de fluência e é influenciada 
pela temperatura e umidade relativa do ar, entre outras características constitutivas do material. 
 
y
x


 
Materiais de Construção I >>>>>>>>>> 
 
9 
9 
1 . 3 . 5 - F a d i g a 
Cargas repetitivas causam a ruptura por fadiga dos materiais. Sob este efeito, um material rompe a 
tensões muito inferiores daquelas obtidas no ensaio de determinação da tensão de ruptura. Sabe-se 
que a fadiga depende da intensidade do carregamento e, que alguns materiais, como é o caso dos 
metais, possuem uma tensão limite de fadiga, abaixo da qual não ocorre fadiga. Quanto menor a 
intensidade das cargas repetitivas, maior o número de ciclos, que o material será capaz de resistir. 
1 . 3 . 7 - R e l a x a ç ã o 
Um material submetido à uma deformação constante sofre perda de tensão ao longo do tempo. A 
relaxação é praticamente o mesmo mecanismo da fluência e, ocorre em aços para protensão e, por 
esta razão, eles passam por um tratamento especial. 
 
1 . 3 . 8 - T e n a c i d a d e 
A resistência de um material ao impacto é sua capacidade de absorver energia, por deformação 
elástica ou plástica. O impacto é um carregamento de curtíssima duração (choque). 
 
 
1 . 4 - U N I D AD E S D E M E D I D AS 
 
O Brasil adota o Sistema Métrico de medidas, usando metro para comprimento, grama para massa, 
litro para volume, Pascal para tensões e Celsius para temperatura. 
Múltiplos e submúltiplos usuais 
Fator de Multiplicação Prefixo Símbolo no SI 
1.000.000.000 = 109 giga G 
1.000.000 = 106 mega M 
1.000 = 103 quilo k 
100 = 102 hecto h 
10 = 101 deca da 
0,1 = 10-1 deci d 
0,01 = 10-2 centi c 
0,001 = 10-3 mili m 
0,000 001 = 10-6 micro  
0,000 000 001 = 10-9 nano n 
 
 
 
10 
10 
Conversões Úteis 
Unidades Inglesas Para Multiplicar por 
Jardas (jd) Metros (m) 0,9144 
Pés (pé) Metros (m) 0,3048 
Polegadas (pol) Milímetro (mm) 25,4 
Jardas cúbicas (jd3) Metros cúbicos (m3) 0,7646 
Galões americanos (gal) Metros cúbicos (m3) 0,003785 
Galões americanos (gal) Litros (l) 3.785 
Libras, massa (lb) Quilogramas (kg) 0,4536 
Quilograma força (kgf) Newtons (N) 9,807 
Libras força (lbf) Newtons (N) 4,448 
Graus Fahrenheit (ºF) Graus Celcius (ºC) (ºF-32)/1,8 
 
De Para Multiplicar por 
kgf N 9,80665 
Kgf/cm2 MPa 0,0980665 
MPa KN/cm2 0,1 
 
 
 
 21
1
1
m
N
Pa 
Materiais de Construção I >>>>>>>>>> 
 
11 
11 
 
Q U E S T I O N ÁR I O 
1. Qual a importância do conhecimento dos materiais de construção civil? 
2. O que são normas técnicas? 
3. Qual entidade, no Brasil, é responsável pela elaboração de normas técnicas? 
4. Qual dentre os 47 comitês que constituem a ABNT é ligado à construção civil? 
5. Cite 3 propriedades importantes no estudo dos materiais e explique cada uma delas. 
6. A quais esforços mecânicos os corpos são submetidos na natureza? Explique cada um deles. 
7. Cite 3 propriedades mecânicas importantes no estudo dos materiais e explique cada uma 
delas. 
8. Uma barra de aço com comprimento de 1m é submetida a uma força de tração, sofre um 
alongamento de 4mm e, após a aplicação da força, volta ao comprimento inicial. Determine o 
valor da deformação linear (em %) medida durante a aplicação da carga. Esta deformação é 
elástica ou plástica? Explique. 
9. Determine o alongamento()de uma barra de seção transversal quadrada (Área=2cm2) e 
comprimento de 160cm, submetida à força de tração de 60KN, conhecendo-se seu módulo 
de elasticidade (E=23.000KN/cm2). 
10. Qual a influência da fadiga na tensão de ruptura de um material? 
 
B I B L I O G R AF I A 
1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND - Agregados para concreto, São Paulo, 1995. 
2. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND - Guia básico de utilização do cimento 
Portland, São Paulo, 1997. 
3. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND - Armazenamento de cimento ensacado, São 
Paulo. 
4. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND - Manual de ensaios de: agregados, concreto 
fresco e concreto endurecido, São Paulo, 2000. 
5. BAUER, L.A. - Materiais de Construção 1. 3ª ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Ltda., 
1988. 
6. CENTRO DE TECNOLOGIA DE EDIFICAÇÕES - Qualidade na Aquisição de Materiais e Execução de 
Obras. São Paulo: Editora Pini, 1996. 
7. GUIMARÃES, José E. P. - A cal. São Paulo: Editora Pini, 1997. 
8. ISAIA, Geraldo C. – Materiais de construção civil e princípios de ciência e engenharia de materiais. São 
Paulo: IBRACON, 2007, vol.1. 
9. MEHTA, Povindar Kumar – Concreto: estrutura, propriedades e materiais. São Paulo: Editora Pini, 1994. 
10. PETRUCCI, Eládio G. R. - Materiais de Construção. 11ª ed. São Paulo: Editora Globo, 1998. 
1
,0
0
4
 
 
 
12 
12 
11. PFEIL, Walter. - Estruturas de Madeira. 5ª ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Ltda., 1989. 
12. RIPPER, Ernesto - Manual Prático de Materiais de Construção. São Paulo: Editora Pini, 1995.