2 Propriedades Mecânicas e Físicas do Materiais ppt [Modo de Compatibilidade]

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Prof° Newton Chwartzmann 
newtonc@ufrgs.br
CONSTRUÇÃO CIVIL I – AIM0216
Propriedades Mecânicas e Físicas dos Materiais
2019
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INTRODUÇÃO
A propriedade de um material diz respeito 
ao tipo e à intensidade de uma resposta a 
um estímulo específico imposto ao mesmo 
(Callister Jr., 2002). 
Entre elas estão: as físicas, mecânicas, 
ópticas, térmicas, elétricas, 
magnéticas, entre outras, 
em função do tipo de estímulo que é 
capaz de provocar diferentes respostas. 
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PROPRIEDADES FÍSICAS
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PROPRIEDADES FÍSICAS
Propriedades de um material.
Exemplos:
densidade aparente,
densidade real,
porosidade,
permeabilidade,
absorção.
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DENSIDADE APARENTE E REAL
Densidade aparente: é a relação 
entre a massa de um material e o 
seu volume total (incluindo o 
volume de poros).
Densidade real: é a relação 
entre a massa de um material e o 
seu volume (excluindo o volume 
de poros)
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POROSIDADE
Capacidade de armazenamento de água 
nos interstícios.
Pode ser definida como a relação entre o 
volume de poros no material (vazios) e o 
volume total do material (incluindo poros).
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POROSIDADE
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POROSIDADE
Eflorescência: água entra nos poros e carrega o 
hidróxido de cálcio para a superfície. Este 
fenômeno reduz a vida útil do material, além 
de prejudicar quanto a estética.
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PERMEABILIDADE
Está relacionada com a passagem de 
gases ou líquidos através dos poros do 
material e resulta da interconexão entre os 
poros.
Bloco drenante: 
necessariamente permeável 
(permite passagem de fluido) 
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POROSIDADE X PERMEABILIDADE
A porosidade do solo é o volume de todos 
os espaços abertos (poros) entre os 
grãos sólidos do material. 
A permeabilidade do solo é a propriedade 
do sistema poroso do solo que permite o 
fluxo de líquidos. 
Normalmente, o tamanho dos poros e sua 
conectividade determinam se o material 
possui alta ou baixa permeabilidade.
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POROSIDADE X PERMEABILIDADE
É possível termos permeabilidade zero (ausência 
de fluxo) em um solo de alta porosidade caso os 
poros estejam isolados (não conectados).
É possível haver permeabilidade zero se os poros 
forem muito pequenos, como no caso da argila.
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ABSORÇÃO
É o resultado da porosidade existente em 
alguns materiais.
tijolo cerâmico, 
que é poroso e deve 
ser umedecido antes 
do assentamento 
para impedir que ele 
absorva a umidade 
da argamassa.
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
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ESFORÇOS MECÂNICOS
Os principais esforços (cargas, peso 
próprio, ação do vento, etc.), aos quais os 
matériais podem ser submetidos são:
Compressão: esforço aplicado na mesma 
direção e sentido contrário que leva a um 
“encurtamento” do objeto na direção em 
que está aplicado. F
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ENSAIO DE COMPRESSÃO AXIAL EM 
CORPO DE PROVA DE CONCRETO
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Ensaio de resistencia a compressão de bloco 
cerâmico.mpg
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ESFORÇOS MECÂNICOS
Tração: esforço aplicado na mesma 
direção e sentido contrário que leva o 
objeto a sofrer um alongamento na 
direção em que o esforço é aplicado.
F
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ESFORÇOS MECÂNICOS
Flexão: esforço que provoca uma 
deformação na direção perpendicular ao 
qual e aplicado.
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ESFORÇOS MECÂNICOS
Flexão
Tração
Compressão
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ESFORÇOS MECÂNICOS
ENSAIO DE TRAÇÃO NA FLEXÃO
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ESFORÇOS MECÂNICOS
Torção: esforço aplicado no sentido da 
rotação do material.
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ESFORÇOS MECÂNICOS
Cisalhamento: esforço que provoca a 
ruptura por cisalhamento.
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ESFORÇOS MECÂNICOS
Formas de ruptura em ensaios de 
compressão:
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
Propriedades de um material associadas 
com a capacidade que ele tem de resistir
a esforços mecânicos.
Exemplos:
 resistência,
 elasticidade,
 ductilidade,
 fluência,
 dureza,
 tenacidade.
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RESISTÊNCIA
Resistência pode ser definida como a 
capacidade de um material suportar 
cargas sem se romper ou apresentar 
excessiva deformação plástica.
Ensaios:
compressão;
 tração;
 flexão; 
e cisalhamento.
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TENSÃO E DEFORMAÇÃO
Tensão é a relação entre a carga aplicada e a 
área resistente. 
Deformação é a relação entre a variação de 
comprimento (após a aplicação de determinada 
carga) e o comprimento inicial de um material.
Onde: σ = tensão (Pa, MPa)
F = força aplicada (kgf, N, kN)
Ao = área que recebe a carga (m², cm², mm²) 
Onde: ε = deformação (m/m; mm/mm)
l = comprimento final (m, cm, mm) 
lo = comprimento inicial (m, cm, mm) 
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TENSÃO E DEFORMAÇÃO
Compare as imagens A e B e considere que os pesos das 
pessoas são iguais. Então, responda:
- Onde há maior área de contato calçado/grama? A ou B?
- Onde está sendo aplicada a maior tensão? A ou B?
- Em que situação é mais provável que a grama deforme? 
A ou B?
A B
Qual destes materiais é o mais resistente?
E qual é o mais maleável? 
TENSÃO E DEFORMAÇÃO
t
e
n
s
ã
o
deformação
TENSÃO MÁXIMA
TENSÃO E DEFORMAÇÃO
TENSÃO DE RUPTURA
TENSÃO MÁXIMA
REGIME ELÁSTICO
deformação
t
e
n
s
ã
o
TENSÃO E DEFORMAÇÃO
Exemplo de curva obtida após ensaio de tração.
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FORMAS DE RUPTURA
Ruptura frágil
Ocorre sem que o material apresente 
deformações plásticas significativas;
Ruptura catastrófica sem aviso.
Ruptura dúctil
Ocorre com o material apresentando 
deformações plásticas significativas;
Ruptura precedida de grandes deformações 
visíveis.
TENSÃO E DEFORMAÇÃO
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
 É reversível. 
 Desaparece quando a 
tensão é removida.
 É praticamente 
proporcional à tensão 
aplicada (obedece a lei de 
Hooke).
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
 É provocada por tensões 
que ultrapassam o limite 
de elasticidade.
 É irreversível, resultado 
do deslocamento 
permanente dos átomos.
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PROPRIEDADES GERAIS DOS 
MATERIAIS
Deformação Plástica
MÓDULO DE ELASTICIDADE
CONCEITO
O módulo de Young ou módulo de 
elasticidade (E) é um parâmetro mecânico que 
proporciona uma medida da rigidez de um 
material sólido.
Está associado com várias propriedades 
mecânicas. 
Exemplos:
Metais (em geral): em torno de 45 Gpa
Polímeros: 0,002 e 4,8 GPa
E = σ/ε
Lei de Hooke: σ = E . ε
A lei de Hooke só é válida até este ponto 
E = tg(α)
α
MÓDULO DE ELASTICIDADE (E)
Onde: σ = tensão aplicada
E = módulo de elasticidade
ε = deformação
t
e
n
s
ã
o
deformação
MÓDULO DE ELASTICIDADE
EXEMPLO DE CÁLCULO 
Após ensaio em laboratório, foram obtidos os dados
de tensão x deformação de uma cerâmica.
Sabe-se que na parte reta do gráfico (regime
elástico), a tensão de 44,2MPa representa uma
deformação de 0,0006 m/m.
Pergunta-se: qual o módulo de elasticidade do
material?
E = σ/ε
E = 44,2MPa/0,0006m/m
E = 73666,6 MPa
E = 73,7 GPa
Quanto maior o módulo de elasticidade, 
mais rígido é o material e menor é a sua 
deformação elástica quando aplicada 
uma determinada tensão.
Materiais cerâmicos tem alto módulo de 
elasticidade (as ligações interatômicas são 
ligações fortes).
Materiais poliméricos tem baixo módulo
de elasticidade.
ELASTICIDADE
MÓDULO DE ELASTICIDADE
Qual dos 
materiais se 
deforma mais, 
sob mesma 
tensão?
A ou B?
Qual dos 
materiais tem 
maior modulo 
de elasticidade?
A ou B?
deformação
t
e
n
s
ã
o
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RIGIDEZ
A rigidez pode ser definida como a 
capacidade de um material ou componente 
resistir a deformação quando submetido a 
tensão.
Quanto maior módulo de elasticidade, 
maior a rigidez do material. 
Corresponde ao alongamento total do 
material devido à deformação plástica (só está 
relacionada a deformação permanente).
Resulta emredução na área da seção reta do 
corpo (no ensaio de tração), no ponto 
imediatamente antes da ruptura. 
ductilidade
DUCTILIDADE
Os materiais 
dúcteis sofrem 
grande redução 
na área.
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TENACIDADE
É uma medida da quantidade de energia 
que um material pode absorver antes de 
fraturar, ou seja, um material tenaz é aquele 
que possui um alto grau de deformação sem 
se romper.
A tenacidade cresce com a 
área total sob a curva 
tensão x deformação
Cerâmica
(comportamento frágil)
Metal
(comportamento dúctil)
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FLUÊNCIA
É definida como a deformação 
permanente e lenta, que depende do 
tempo e da temperatura, quando o material 
é submetido a carga constante.
Em geral: quanto maior o ponto de 
fusão, maior o módulo de elasticidade 
(mais rígido) e maior a resistência à 
fluência.
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PROPRIEDADES GERAIS DOS 
MATERIAIS
Massa: a quantidade de matéria e é 
constante para o mesmo corpo, esteja 
onde estiver.
Peso: definido como a força com que a 
massa é atraída para o centro da Terra e 
varia de local para local.
Massa = 65kg
Peso = Força sobre a balança
Peso = 65 x 9,81m/s² = 637,65N 
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PROPRIEDADES GERAIS DOS 
MATERIAIS
Volume: o espaço que ocupa determinada 
quantidade de matéria.
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PROPRIEDADES GERAIS DOS 
MATERIAIS
Massa Específica (ρs): definida como 
sendo a razão entre a sua massa e o seu 
volume.
Peso específico (ɣ): a relação entre seu 
peso e seu volume.
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PROPRIEDADES GERAIS DOS 
MATERIAIS
Dureza: resistência que os corpos 
opõem ao serem riscados. 
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PROPRIEDADES GERAIS DOS 
MATERIAIS
Resistência à abrasão: é a propriedade 
segundo à qual o material resiste à cargas 
abrasivas sem perda de massa e volume.
Exemplo: resistência a abrasão das cerâmicas (PEI)
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PROPRIEDADES GERAIS DOS 
MATERIAIS
Resistência ao fogo: propriedade pela 
qual o material não é destruído pelo fogo.
Incombustíveis: não se inflamam.
Fracamente combustíveis: dificilmente 
se inflamam porém se consomem e 
calcinam.
Combustíveis: se inflamam e consomem 
sob ação do fogo.
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PROPRIEDADES GERAIS DOS 
MATERIAIS
Resistência ao calor
 refratários: T > 1580 ºC.
 dificilmente fundidos: 1300 ºC < T < 1580 ºC.
 facilmente fundidos: T < 1300 ºC.
Resistência à corrosão 
propriedade segundo a qual o material 
resiste à ação de ácidos, bases ou sais.
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BIBLIOGRAFIA
BAUER, L. A. F., Materiais de Construção. Rio de 
Janeiro, LTC. 5ª Ed, 2000.
CALLISTER, W. D., Ciência e Engenharia de 
Materiais - Uma Introdução São Paulo, LTC - 5ª 
Ed., 2002.
ISAIA, G. Materiais de Construção Civil e 
Princípios de Ciência e Engenharia de 
Materiais. 2 ed. São Paulo: IBRACON, 2010.
56
BIBLIOGRAFIA
SILVA, Moema Ribas. Materiais de Construção. 
São Paulo: PINI, 1991.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 
7211: Agregados para concreto. Rio de Janeiro: 
2009.
Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 
7225: Materiais de pedra e agregados naturais. 
Rio de Janeiro: 1993.