Materiais de Construção Civil_Concreto

Prévia do material em texto

Indaial – 2019
Materiais de Construção 
- ConCreto
Profª. Luciana de Figueirêdo Lopes Lucena
1a Edição
Copyright © UNIASSELVI 2019
Elaboração:
Profª. Luciana de Figueirêdo Lopes Lucena
Revisão, Diagramação e Produção:
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI
Ficha catalográfica elaborada na fonte pela Biblioteca Dante Alighieri 
UNIASSELVI – Indaial.
Impresso por:
III
ApresentAção
Prezados acadêmicos, estamos aqui iniciando uma nova etapa no estudo 
dos Materiais de Construção, os quais empregamos em nossa profissão para os 
mais diversos fins: estruturais, vedação, revestimento, acabamento, entre outros. 
O campo de estudo dos materiais de construção é abrangente e tem chamado 
cada vez mais atenção dos profissionais de mercado, acadêmicos e pesquisadores, 
tanto pelo desenvolvimento tecnológico contínuo e crescente ao longo das últimas 
décadas, quanto pela necessidade do emprego de materiais mais sustentáveis, 
dentro da perspectiva do estímulo à construção sustentável. Neste livro, trataremos 
da tecnologia de alguns dos materiais de construção mais empregados na 
construção civil no mundo: as argamassas e os concretos. Materiais compostos 
predominantemente de água, aglomerantes (cal, cimento) e agregados (areias, britas). 
As suas caraterísticas físicas, mecânicas e químicas os tornam de uma importância 
essencial para a Engenharia Civil e por isso os abordaremos em detalhes neste livro.
 
Na Unidade 1, traremos uma breve revisão de conteúdos já estudados 
por você anteriormente, mas por necessitarmos de alguns conceitos que talvez 
não estejam tão presentes em sua memória, os recordaremos aqui. No primeiro 
tópico da Unidade 1, faremos uma revisão de conceitos básicos relacionados à 
cristalografia dos materiais, ou seja, de aspectos relativos a sua microestrutura. O 
entendimento da microestrutura dos materiais e, no caso particular do concreto, da 
microestrutura dos seus materiais constituintes e relações de interface entre eles, 
é fundamental para entendermos e modificarmos algumas de suas propriedades. 
No segundo tópico, relembraremos algumas das propriedades fundamentais dos 
materiais, em particular as propriedades físicas, mecânicas e químicas, essenciais 
para avançarmos nas discussões relativas à resistência e durabilidade dos 
materiais. Após a revisão apresentada nos Tópicos 1 e 2 da Unidade 1, daremos 
início ao estudo propriamente dito das argamassas e concretos. 
Na Unidade 2, apresentaremos e discutiremos sobre os principais 
materiais constituintes dos concretos. O Tópico 1 versa sobre os aglomerantes, 
materiais com características ligantes responsáveis pela união dos elementos. 
Trataremos especificamente dos gessos, das cales e do cimento. Para cada um 
destes materiais apresentaremos a sua composição química, modo de produção, 
principais propriedades e normas regulamentadoras. No Tópico 2, discutiremos 
sobre os agregados, também relacionando o seu modo de produção, suas 
propriedades e normas. Nos Tópicos 3 e 4, discutiremos sobre dois materiais 
que são adicionados à composição convencional do concreto com o intuito de 
modificar uma ou mais de suas propriedades: os aditivos (Tópico 3) e as adições 
(Tópico 4). Os aditivos são produtos químicos e as adições, materiais de origem 
mineral, sendo esta a maior distinção entre os termos. Atualmente, ambos são 
largamente empregados na confecção de materiais mais resistentes e duráveis.
Por fim, na Unidade 3 trataremos especificamente das argamassas e 
dos concretos. No Tópico 1, apresentaremos as argamassas, discutiremos sua 
IV
Você já me conhece das outras disciplinas? Não? É calouro? Enfim, tanto para 
você que está chegando agora à UNIASSELVI quanto para você que já é veterano, há 
novidades em nosso material.
Na Educação a Distância, o livro impresso, entregue a todos os acadêmicos desde 2005, é 
o material base da disciplina. A partir de 2017, nossos livros estão de visual novo, com um 
formato mais prático, que cabe na bolsa e facilita a leitura. 
O conteúdo continua na íntegra, mas a estrutura interna foi aperfeiçoada com nova 
diagramação no texto, aproveitando ao máximo o espaço da página, o que também 
contribui para diminuir a extração de árvores para produção de folhas de papel, por exemplo.
Assim, a UNIASSELVI, preocupando-se com o impacto de nossas ações sobre o ambiente, 
apresenta também este livro no formato digital. Assim, você, acadêmico, tem a possibilidade 
de estudá-lo com versatilidade nas telas do celular, tablet ou computador. 
 
Eu mesmo, UNI, ganhei um novo layout, você me verá frequentemente e surgirei para 
apresentar dicas de vídeos e outras fontes de conhecimento que complementam o assunto 
em questão. 
Todos esses ajustes foram pensados a partir de relatos que recebemos nas pesquisas 
institucionais sobre os materiais impressos, para que você, nossa maior prioridade, possa 
continuar seus estudos com um material de qualidade.
Aproveito o momento para convidá-lo para um bate-papo sobre o Exame Nacional de 
Desempenho de Estudantes – ENADE. 
 
Bons estudos!
NOTA
composição, classificação, propriedades no estado fresco e endurecido e as 
patologias das argamassas. O Tópico 2 é dedicado ao estudo dos concretos, 
você verá que ele se diferencia dos demais por detalharmos as características 
microestruturais do material e, também, por apresentarmos alguns dos tipos 
de concreto especiais cuja tecnologia está em constante desenvolvimento. 
 
Nesta altura, é importante lembrar que o bom aproveitamento da 
disciplina e do conteúdo requer a leitura atenta e a realização das atividades, 
não se atendo apenas aos conteúdos aqui apresentados. É essencial que o 
estudo dos materiais seja complementado pela leitura das normas, cujas 
referências se encontram ao final de cada Unidade, bem como comentadas 
ao longo do texto. Essas normas auxiliarão a compreensão dos requisitos de 
cada material, formas de ensaio das propriedades e são imprescindíveis ao 
trabalho de todo bom engenheiro.
Espero que você desfrute do conteúdo aqui apresentado e desejo 
sucesso em sua vida acadêmica e profissional.
Profa. Luciana de Figueirêdo Lopes Lucena
V
Olá acadêmico! Para melhorar a qualidade dos 
materiais ofertados a você e dinamizar ainda mais 
os seus estudos, a Uniasselvi disponibiliza materiais 
que possuem o código QR Code, que é um código 
que permite que você acesse um conteúdo interativo 
relacionado ao tema que você está estudando. Para 
utilizar essa ferramenta, acesse as lojas de aplicativos 
e baixe um leitor de QR Code. Depois, é só aproveitar 
mais essa facilidade para aprimorar seus estudos!
UNI
VI
VII
UNIDADE 1 – ROPRIEDADES DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL ....................... 1
TÓPICO 1 – NOÇÕES DE MICROESTRUTURA DOS MATERIAIS .......................................... 3
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 3
2 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS .............................................................................................. 4
2.1 METAIS ............................................................................................................................................ 6
2.2 CERÂMICOS .................................................................................................................................... 7
2.3 POLÍMEROS .................................................................................................................................... 7
2.4 COMPÓSITOS .................................................................................................................................. 7
2.5 SEMICONDUTORES ...................................................................................................................... 8
2.6 BIOMATERIAIS ............................................................................................................................... 8
2.7 NANOMATERIAIS......................................................................................................................... 8
3 ESTRUTURAS DOS MATERIAIS ................................................................................................... 8
3.1 ESTRUTURAS CRISTALINAS ....................................................................................................... 9
3.1.1 Polimorfismo e Alotropia ...................................................................................................... 15
3.1.2 Materiais Monocristalinos e Policristalinos ........................................................................ 16
3.2 ESTRUTURAS AMORFAS ............................................................................................................. 17
3.3 ESTRUTURAS MOLECULARES ................................................................................................... 18
4 SUPERFÍCIES E INTERFACES .......................................................................................................... 20
5 TÉCNICAS DE ANÁLISE DE MICROESTRUTURAS ................................................................. 23
5.1 DIFRAÇÃO DE RAIOS X ............................................................................................................... 23
5.2 MICROSCOPIA ................................................................................................................................ 27
5.2.1 Microscopia óptica .................................................................................................................. 28
5.2.2 Microscopia eletrônica ........................................................................................................... 28
RESUMO DO TÓPICO 1........................................................................................................................ 31
AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 33
TÓPICO 2 – PROPRIEDADES DOS MATERIAIS ........................................................................... 35
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 35
2 PROPRIEDADES FÍSICAS ................................................................................................................. 36
2.1 MASSA ESPECÍFICA, DENSIDADE E PESO ESPECÍFICO ..................................................... 36
2.2 POROSIDADE .................................................................................................................................. 38
2.3 ABSORÇÃO ...................................................................................................................................... 39
2.4 PERMEABILIDADE ........................................................................................................................ 39
2.5 PROPRIEDADES ELÉTRICAS ....................................................................................................... 39
2.5.1 Resistividade .......................................................................................................................... 40
2.5.2 Condutividade ....................................................................................................................... 41
3 PROPRIEDADES MECÂNICAS ....................................................................................................... 41
3.1 RELAÇÕES TENSÃO X DEFORMAÇÃO ................................................................................... 41
3.1.1 Deformação elástica ................................................................................................................ 43
3.1.2 Deformação Plástica ............................................................................................................... 45
3.2 DUCTILIDADE ................................................................................................................................ 47
3.3 RESILIÊNCIA .................................................................................................................................. 48
3.4 TENACIDADE ................................................................................................................................ 49
sumário
VIII
4 PROPRIEDADES TÉRMICAS ........................................................................................................... 50
4.1 CAPACIDADE TÉRMICA .............................................................................................................. 50
4.3 EXPANSÃO TÉRMICA ................................................................................................................... 52
4.2 CONDUTIVIDADE TÉRMICA .................................................................................................... 52
5 PROPRIEDADES QUÍMICAS ........................................................................................................... 53
5.1 OXIDAÇÃO ...................................................................................................................................... 53
5.2 CORROSÃO ...................................................................................................................................... 56
5.3 DEGRADAÇÃO ............................................................................................................................... 58
LEITURA COMPLEMENTAR ............................................................................................................... 60
RESUMO DO TÓPICO 2........................................................................................................................ 63
AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 64
UNIDADE 2 – MATERIAIS CONSTITUTINTES DE ARGAMASSAS E CONCRETOS ......... 67
TÓPICO 1 – AGLOMERANTES ........................................................................................................... 69
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 69
2 AGLOMERANTES AÉREOS: GESSO .............................................................................................. 71
3 AGLOMERANTES AÉREOS: CAL ................................................................................................... 76
3.1 CAL AÉREA ..................................................................................................................................... 76
3.1.1 A cal virgem ............................................................................................................................. 77
3.1.2 A cal hidratada ........................................................................................................................ 80
3.1.3 Cal hidráulica .......................................................................................................................... 84
4 CIMENTOS HIDRÁULICOS ............................................................................................................. 84
4.1 COMPOSIÇÃO QUÍMICA ............................................................................................................. 86
4.2 HIDRATAÇÃO DO CIMENTO .................................................................................................. 88
4.3 PROPRIEDADES ............................................................................................................................. 89
4.3.1 Requisitos químicos ................................................................................................................ 89
4.3.2 Requisitos físicos e mecânicos .............................................................................................. 90
4.4 TIPOS DE CIMENTO ......................................................................................................................91
4.4.1 Cimento Portland Comum (CP-I) ........................................................................................ 91
4.4.2 Cimento Portland Composto (CPII) ..................................................................................... 92
4.4.3 Cimento Portland de Alto-forno (CP III) ............................................................................. 92
4.4.4 Cimento Portland Pozolânico (CP IV) ................................................................................. 93
4.4.5 Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP V) ........................................................ 93
4.4.6 Cimento Portland Branco (CPB) ........................................................................................... 93
RESUMO DO TÓPICO 1........................................................................................................................ 96
AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 98
TÓPICO 2 – AGREGADOS .................................................................................................................101
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................101
2 CLASSIFICAÇÃO DOS AGREGADOS ........................................................................................101
2.1 SEGUNDO A ORIGEM .................................................................................................................102
2.2 SEGUNDO A GRANULOMETRIA.............................................................................................102
2.3 SEGUNDO A MASSA UNITÁRIA..............................................................................................103
2.4 SEGUNDO A FORMA E A TEXTURA .......................................................................................103
3 TIPOS DE AGREGADOS .................................................................................................................104
3.1 AREIAS ............................................................................................................................................104
3.2 PEDRA BRITA (BRITA) .................................................................................................................104
3.3 PEDREGULHO OU CASCALHO ...............................................................................................104
3.4 RESÍDUOS DE CONSTRUÇÃO CIVIL ......................................................................................104
4 PRODUÇÃO DE AGREGADOS .....................................................................................................105
5 NORMAS TÉCNICAS .......................................................................................................................106
IX
6 CARACTERIZAÇÃO DOS AGREGADOS ..................................................................................107
6.1 PROPRIEDADES FÍSICAS ..........................................................................................................107
6.1.1 Composição granulométrica ...............................................................................................107
6.1.2 Massa unitária e massa específica ......................................................................................110
6.1.3 Teor de umidade ...................................................................................................................112
6.1.4 Inchamento ...........................................................................................................................113
6.2 PROPRIEDADES MECÂNICAS ..................................................................................................113
6.3 PROPRIEDADES QUÍMICAS ......................................................................................................114
6.3.1 Materiais carbonosos e impurezas orgânicas ...................................................................114
6.3.2 Torrões de argila e materiais friáveis .................................................................................114
6.3.3 Material pulverulento ..........................................................................................................115
6.3.4 Teor de Cloretos (Cl-) e Sulfatos (SO42-) ..............................................................................115
RESUMO DO TÓPICO 2......................................................................................................................116
AUTOATIVIDADE ...............................................................................................................................117
TÓPICO 3 – ADITIVOS .......................................................................................................................119
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................119
2 TIPOS DE ADITIVOS .......................................................................................................................120
2.1 REDUTORES DE ÁGUA ..............................................................................................................120
2.2 INCORPORADORES DE AR .......................................................................................................122
2.3 MODIFICADORES DE PEGA......................................................................................................123
3 APLICAÇÕES ......................................................................................................................................125
RESUMO DO TÓPICO 3......................................................................................................................126
AUTOATIVIDADE ...............................................................................................................................127
TÓPICO 4 – ADIÇÕES .........................................................................................................................129
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................129
2 MATERIAL POZOLÂNICO .............................................................................................................130
3 MATERIAL CIMENTANTE..............................................................................................................132
4 FILLER ..................................................................................................................................................133
LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................................134
RESUMO DO TÓPICO 4......................................................................................................................137
AUTOATIVIDADE ...............................................................................................................................138
UNIDADE 3 – ARGAMASSAS E CONCRETOS ............................................................................139
TÓPICO 1 – ARGAMASSAS...............................................................................................................141
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................141
2 CLASSIFICAÇÃO ..............................................................................................................................142
3 PROPRIEDADES DAS ARGAMASSAS .......................................................................................144
3.1 PROPRIEDADES NO ESTADO FRESCO .................................................................................145
3.1.1 Trabalhabilidade ...................................................................................................................1453.1.2 Retração ..................................................................................................................................149
3.2 PROPRIEDADES NO ESTADO ENDURECIDO ......................................................................149
3.2.1 Aderência ...............................................................................................................................149
3.2.2 Estanqueidade e permeabilidade .......................................................................................153
3.2.3 Resistência do material ........................................................................................................154
3.2.4 Capacidade de absorção e deformação .............................................................................155
4 DOSAGEM DE ARGAMASSAS .....................................................................................................155
5 PATOLOGIAS EM ARGAMASSAS ...............................................................................................157
5.1 MATERIAIS CONSTITUINTES ...................................................................................................159
5.2 TRAÇO DAS ARGAMASSAS ......................................................................................................160
X
5.3 PROCESSO DE EXECUÇÃO E TIPOS DE PINTURA ..............................................................160
5.4 OUTROS FATORES .......................................................................................................................161
RESUMO DO TÓPICO 1......................................................................................................................162
AUTOATIVIDADE ...............................................................................................................................164
TÓPICO 2 – CONCRETOS ..................................................................................................................165
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................165
2 CLASSIFICAÇÃO ...............................................................................................................................166
3 MICROESTRUTURA DO CONCRETO .......................................................................................166
3.1 ZONA AGREGADO ......................................................................................................................167
3.2 MICROESTRUTURA DA PASTA DE CIMENTO HIDRATADA ...........................................167
3.2.1 Sólidos da pasta hidratada ..................................................................................................168
3.2.2 Vazios ......................................................................................................................................169
3.2.3 Águas ......................................................................................................................................170
3.3 ZONA DE TRANSIÇÃO ...............................................................................................................170
4 PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO FRESCO ....................................................171
4.1 TRABALHABILIDADE ................................................................................................................172
4.1.1 Fluidez ....................................................................................................................................174
4.1.2 Coesão ....................................................................................................................................176
5 PROPRIEDADES DO CONCRETO NO ESTADO ENDURECIDO .......................................176
5.1 MASSA ESPECÍFICA, ABSORÇÃO DE ÁGUA E ÍNDICE DE VAZIOS...............................176
5.2 RESISTÊNCIA MECÂNICA ........................................................................................................180
5.2.1 Resistência à compressão .....................................................................................................183
5.2.2 Resistência à tração ...............................................................................................................185
5.2.3 Deformação e ruptura do concreto ....................................................................................187
6 DOSAGEM DE CONCRETO ...........................................................................................................193
6.1 O MÉTODO ABCP .........................................................................................................................196
6.1.1 Determinação das características dos materiais ...............................................................196
6.1.2 Determinação da relação água-cimento ............................................................................197
6.1.3 Consumo de materiais ........................................................................................................199
6.1.4 Traço do Concreto ...............................................................................................................202
7 DURABILIDADE E PATOLOGIAS EM CONCRETO ...............................................................202
7.1 ATAQUES POR SULFATOS .........................................................................................................203
7.2 CLORETOS .....................................................................................................................................204
7.3 CARBONATAÇÃO ........................................................................................................................206
8 TENDÊNCIAS EM TECNOLOGIA DOS CONCRETOS ...........................................................208
8.1 CONCRETO ESTRUTURAL LEVE .............................................................................................209
8.2 CONCRETO AUTOADENSÁVEL ..............................................................................................211
8.3 OUTROS CONCRETOS ESPECIAIS ...........................................................................................212
LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................................215
RESUMO DO TÓPICO 2......................................................................................................................217
AUTOATIVIDADE ...............................................................................................................................219
REFERÊNCIAS .......................................................................................................................................221
1
UNIDADE 1
PROPRIEDADES DOS MATERIAIS DE 
CONSTRUÇÃO CIVIL
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
PLANO DE ESTUDOS
A partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de:
• diferenciar estruturas de materiais de forma introdutória;
• analisar de forma introdutória as diferentes técnicas de análise das 
microestruturas dos materiais;
• entender as principais propriedades dos materiais de construção civil, 
face aos diferentes esforços a que serão submetidos.
Esta unidade está dividida em dois tópicos. No decorrer da unidade 
você encontrará autoatividades com o objetivo de reforçar o conteúdo 
apresentado.
TÓPICO 1 – NOÇÕES DE MICROESTRUTURA DOS MATERIAIS
TÓPICO 2 – PROPRIEDADES DOS MATERIAIS
2
3
TÓPICO 1
UNIDADE 1
NOÇÕES DE MICROESTRUTURA DOS 
MATERIAIS
1 INTRODUÇÃO
A história e o desenvolvimento da humanidade e os avanços na tecnologia 
dos materiais são tão intrinsecamente relacionados que frequentemente não 
associamos, enquanto profissionais ligados às ciências e tecnologias, as suas 
superposições. Entretanto, ao lançarmos um olhar sobre as primeiras civilizações, 
percebemos que a sua evolução dependeu da descoberta dos novos materiaise do 
desenvolvimento de novos produtos a partir destes materiais, de tipologias até 
então limitadas. O homem aprendeu a forjar utensílios domésticos e ferramentas 
de caça, pesca e, posteriormente, artefatos de guerra. Se tiverem a oportunidade 
de visitar museus que dediquem um espaço a este tipo de peças, prestem atenção 
como, a partir da evolução dos materiais, podemos contar a história da conquista 
de territórios ao longo do tempo. Existem diversos museus pelo mundo que 
possuem salas dedicadas a achados arqueológicos e aquisições que retratam a 
evolução dos tempos a partir destes artefatos. 
A importância dos materiais para a humanidade é tão grande, que a 
nossa evolução histórica foi nominada pelo material de desenvolvimento e uso 
predominante na época. Por exemplo, a Pré-história, que data de 2,5M a.C. a 
aproximadamente 6.500 a.C., é conhecida como Idade da Pedra e é caracterizada 
pelo uso de madeiras e pedras lascadas e polidas. Com a descoberta dos 
metais, a civilização passou por várias idades: cobre, bronze, ferro. A princípio, 
contávamos com uma quantidade limitada de materiais disponíveis na natureza 
e o procedimento de seleção e beneficiamento dos materiais a serem utilizados 
em diferentes aplicações era uma tarefa relativamente simples, pois tratávamos 
de uma dezena de possibilidades disponíveis. Ao descobrirmos que poderíamos 
alterar a estrutura interna dos materiais e que a submissão destes materiais a 
tratamentos mecânicos, químicos etc. modificava as suas propriedades, passamos 
a ter alguns milhares de distintos tipos de materiais à nossa disposição para o 
desenvolvimento de produtos, que vão desde vestuários a grandes estruturas 
como aeronaves, edifícios e pontes com elevada capacidade estrutural e grande 
durabilidade. 
Com a evolução na quantidade de materiais disponíveis, também cresceu 
o consumo dos recursos naturais, matéria-prima para a execução das nossas mais 
diversas atividades diárias e produtivas. Isaía (2007, p. 1) alerta para a finitude 
destes recursos, ao pontuar que:
UNIDADE 1 | PROPRIEDADES DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL
4
a disponibilidade de matéria-prima para que as necessidades humanas 
sejam satisfeitas é um item primordial para a sobrevivência de todos, 
porque já estão estocados, desde os primórdios do aparecimento do 
Homo sapiens, todos os recursos necessários para a sobrevivência dos 
passageiros desta espaçonave, até o fim dos tempos. 
A utilização racional dos recursos então é fundamental para a manutenção 
da biocapacidade do planeta (quantidade de área biologicamente produtiva 
disponível para responder às necessidades da humanidade). Hoje a capacidade 
de suporte do planeta para sustentar nossas atividades de produção e consumo 
de recursos já ultrapassou 1,7 vezes. Estima-se que, mantendo-se os níveis de 
consumo atuais, seriam necessários 3,5 planetas Terra para atender às necessidades 
de uso de materiais e energia. A indústria da construção civil é reconhecidamente 
a maior consumidora de recursos naturais. John (2000) estima que até 50% dos 
recursos naturais utilizados no planeta se destinam à indústria da construção 
civil, com destaque para a produção de materiais cimentícios. No país, 1/3 dos 
recursos naturais consumidos se relacionam a esta indústria. O autor destaca 
ainda que entre 2010 e 2050, a demanda por materiais cimentícios, mantidas as 
condições de produção atuais, irá crescer 2,5 vezes, podendo alcançar 3,2 vezes nos 
países em desenvolvimento. Cabe a nós, engenheiros, estabelecer o uso racional 
destes recursos, buscar formas de produção mais limpas e o desenvolvimento 
de materiais alternativos que complementem o uso dos materiais tradicionais. 
Este desenvolvimento passa necessariamente pelo conhecimento da estrutura e 
propriedades dos materiais. 
Desse modo, nesta unidade, buscamos dar início ao estudo dos concretos, 
a partir de uma revisão sobre a estrutura e a propriedade dos materiais, 
conhecimentos que são fundamentais ao entendimento da tecnologia dos 
concretos. São apresentados conceitos introdutórios relativos ao estudo da 
ciência e tecnologia dos materiais, tais como a classificação dos diferentes tipos 
de materiais, as formas estruturais que estes materiais podem assumir, bem como 
algumas técnicas de análise para identificação e caracterização dos materiais em 
nível microestrutural. 
2 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
A natureza é composta por 94 elementos, os quais podem se combinar e 
formar a MATÉRIA. A matéria do Universo, constituída por átomos, é formada 
a partir do momento em que esses elementos se combinam dando origem a 
estruturas que possuem um maior ou menor grau de organização. No momento 
em que uma ou mais propriedades (elétrica, mecânica, térmica, entre outras) 
permitem o desempenho de funções específicas, passamos a tratar a matéria 
como um MATERIAL (ZARBIN, 2007).
O estudo dos materiais é realizado no âmbito da Ciência e Engenharia 
dos Materiais, que visa selecionar o material mais adequado (dentre os milhares 
de materiais disponíveis) ao desempenho de determinada função. Tal seleção é 
TÓPICO 1 | NOÇÕES DE MICROESTRUTURA DOS MATERIAIS
5
realizada com base na análise do processamento, estrutura e propriedade dos 
materiais em função do desempenho almejado. Essa interação é descrita por 
diversos autores (CALLISTER, 2016; SMITH, 1998; SCHAKELFORD, 2008) e 
exemplificada a partir de uma estrutura piramidal formada pelos componentes 
de análise, quais sejam, Síntese e Processamento, Estrutura e Composição, 
Propriedades de Engenharia e Desempenho (Figura 1).
FIGURA 1 – RELAÇÃO ENTRE OS COMPONENTES DE ESTUDO DOS MATERIAIS
FONTE: Adaptada de Zarbin (2007)
Considerando a estrutura piramidal apresentada na Figura 1, vemos que 
o desempenho de um material a ser selecionado dentre múltiplas possibilidades 
se alicerça na forma de processamento, na estrutura e composição do material 
e das suas propriedades de engenharia. Estas propriedades são resultado tanto 
da forma de processamento (síntese) do material, quanto de sua composição 
e estrutura. Como Zarbin (2007, p. 1469) pontua: “investiga-se qual a rota 
de preparação (síntese) capaz de produzir exatamente aquele material (com 
estrutura e composição química desejadas)”. Assim, ao falarmos de síntese e 
processamento, estamos tratando da estrutura atômica e microestrutura de um 
material. A estrutura se relaciona ao arranjo atômico e identidade dos átomos, 
definidos em função das condições empregadas na preparação do material, 
cujas características lhe conferirão as propriedades desejáveis para alcançar o 
desempenho almejado. 
Um exemplo de fácil entendimento é o da seleção de um material para 
produção de bicicletas. Se pensarmos em um consumidor que almeja uma 
bicicleta destinada a passeio, temos como objetivo a escolha de um material de 
custo mais reduzido, impondo-se um limite de massa para que não se torne muito 
pesada para o usuário. Já se pensarmos no material de uma bicicleta ultraleve, a 
minimização da massa passa a ser o objetivo, em detrimento de um custo mais 
desempenho
propriedadesprocessamento
estrutura
UNIDADE 1 | PROPRIEDADES DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL
6
elevado, pois necessitaremos utilizar um material mais nobre do que aqueles 
destinados a bicicletas de passeio. Enquanto uma bicicleta de passeio com uma 
boa relação custo-benefício é encontrada no mercado por cerca de R$ 1.000,00, as 
bicicletas de alta tecnologia com peso inferior a 7 kg podem chegar a custar mais 
de US$ 20.000,00 (aproximadamente R$ 80.000,00).
A tarefa de seleção dos materiais era simples e quase intuitiva se nos 
remetermos aos primórdios da civilização, como já comentamos anteriormente. 
Havia uma dezena de materiais disponíveis na natureza que conferiam as 
propriedades desejáveis para vestuário, alimentação e demais atividades 
cotidianas. Se traçarmos uma linha temporal de desenvolvimento de materiais, 
iremos perceber que com o avanço da tecnologia dos materiais sintéticos,notadamente a partir da Segunda Guerra Mundial, passamos a ter a opção de 
escolha de mais de 80.000 materiais com características relativamente específicas. 
Se na Pré-história e Antiguidade dispúnhamos de uma dezena de materiais 
encontrados na natureza, tais como cerâmicas, polímeros e compósitos naturais 
e, ao se dominar técnicas de extração, os metais, como o bronze e o ferro, a década 
de 1950 veio trazer uma revolução na indústria de materiais, com a proliferação 
de tecnologias associadas ao desenvolvimento de polímeros, compósitos, ligas 
metálicas de alta tecnologia e cerâmicas de alto desempenho.
Existem distintos tipos de materiais que atendem às nossas necessidades e 
estes são agrupados em famílias, classe e subclasses. Callister (2016) e Schackelford 
(2008) apresentam os materiais como classificados tradicionalmente em três 
grandes famílias, segundo a sua composição química e estrutura dos materiais: 
Metais, Cerâmicos e Polímeros. Com o desenvolvimento da Ciência e Engenharia 
de Materiais, podemos acrescentar outras famílias de materiais, tais como os 
compósitos e os materiais avançados, os quais compreendem os nanomateriais, 
biomateriais e semicondutores. A seguir, descreveremos brevemente cada uma 
dessas famílias, uma vez que nos debruçaremos neste livro apenas sobre os 
materiais compósitos; os demais são apenas cenas dos próximos capítulos. 
2.1 METAIS 
Na tabela periódica, 70 elementos têm caráter predominantemente 
metálico. Os metais são materiais formados pela combinação predominantemente 
destes elementos metálicos, podendo também estar associados em uma menor 
proporção a elementos não metálicos (é o caso do aço, que tem em sua composição 
um pequeno percentual de carbono associado ao ferro). Com estrutura pouco 
complexa, os metais são formados por ligações predominantemente metálicas, 
possuindo muitos elétrons não localizados, conferindo-lhes propriedades como 
condutividade elétrica e térmica, opacidade, resistência e ductilidade. Entretanto, 
a sua reatividade os torna susceptíveis à corrosão, necessitando proteção 
adicional. Os metais são utilizados na construção civil em coberturas, esquadrias 
e aplicações estruturais. 
TÓPICO 1 | NOÇÕES DE MICROESTRUTURA DOS MATERIAIS
7
2.2 CERÂMICOS
São materiais formados por ligações entre elementos metálicos e não 
metálicos, podendo incluir o hidrogênio, compondo estruturas mais complexas do 
que os metais, mas simplificadas ao se comparar com as extensas cadeias poliméricas. 
Possuem ligações iônicas como característica, embora possam ser completamente 
covalentes. Assim, seus elétrons possuem posições bem definidas, o que confere 
a esses materiais a tendência de serem bons isolantes de eletricidade, calor e 
temperatura, além de menos abrasivos do que os metais. São materiais de resistência 
elevada, porém pouco deformáveis, apresentando fratura frágil (ou seja, após 
atingirem os limites de resistência, rompem antes de sofrer deformação significativa) 
e, portanto, são duros e quebradiços. São comumente subdivididas em cerâmicas 
tradicionais e avançadas, sendo estas últimas dotadas de alta pureza, obtidas em 
processos de síntese que controlam sua morfologia. As cerâmicas tradicionais são 
largamente empregadas na construção civil e são compostas predominantemente 
por argilominerais, encontrados de forma abundante na natureza, tais como sílica, 
feldspato, cal, alumina, e se constituem nos materiais de construção mais empregados, 
em cerâmicas branca e vermelha, agregados, cimentos, entre outros.
2.3 POLÍMEROS 
Dentre os materiais tradicionais, são os polímeros os mais complexos. São 
formados pela união dos meros (grupos repetitivos ao longo da cadeia, formados 
por hidrocarbonetos e outros elementos como oxigênio, nitrogênio, flúor e outros 
elementos não metálicos) compondo uma macromolécula orgânica. Apresentam 
ligações covalentes (mais fortes) e secundárias entre cadeias (Van der Waals), 
motivo pelo qual são menos resistentes que os metais e cerâmicas. Os polímeros 
podem ser naturais (madeira, algodão, lã, borracha natural) ou sintéticos (PVC, 
nylon, PET). São materiais de custo reduzido e suas propriedades podem variar 
de acordo com a sua composição. Entretanto, possuem características como 
tendência a baixa resistência mecânica e à temperatura, ductilidade elevada e 
baixa densidade. São empregados largamente na construção em tubos e conexões, 
esquadrias, impermeabilizantes, entre outros.
2.4 COMPÓSITOS
Os compósitos são materiais compostos por dois ou mais materiais metálicos, 
poliméricos ou cerâmicos, unidos de forma heterogênea, conservando suas 
propriedades originais. As propriedades do compósito resultam da combinação 
das propriedades individuais de seus materiais constituintes. São constituídos de 
duas fases: uma fase contínua denominada matriz e uma fase dispersa, a carga. A 
fase matriz, mais abundante no material, tem funções importantes, como a união e 
proteção das cargas e a distribuição de tensões no material. A fase carga atua para 
melhorar ou modificar as propriedades da matriz e são introduzidas no material 
na forma de fibras ou partículas. O avanço no desenvolvimento dos compósitos 
UNIDADE 1 | PROPRIEDADES DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL
8
ocorreu a partir da segunda metade do século XX. Vários são os exemplos de 
materiais compósitos de nosso conhecimento cotidiano, sendo a fibra de vidro o 
exemplo mais clássico. A fibra de vidro é composta por uma matriz polimérica 
reforçada com um material cerâmico, o que confere ao material a resistência 
mecânica da cerâmica (vidro), aliada à flexibilidade e baixa densidade do polímero. 
Os concretos também podem ser considerados materiais compósitos. Temos uma 
matriz cerâmica (cimento) e as cargas (agregados) também cerâmicas, podendo-se 
ainda utilizar outros materiais como carga, alterando as propriedades do material 
convencional. Tanto os concretos convencionais, quanto os reforçados com fibras 
ou partículas serão aqui tratados posteriormente. 
2.5 SEMICONDUTORES
Como a própria denominação já sugere, os materiais semicondutores 
possuem propriedades intermediárias entre os materiais isolantes e os condutores. 
Formam ligações predominantemente covalentes com elementos como o silício, 
germânio, cádmio, molibdênio, titânio, entre outros, apresentando propriedades 
semelhantes aos materiais cerâmicos, porém deles diferindo em seu processo 
produtivo. Possibilitaram o desenvolvimento de circuitos integrados empregados 
em produtos eletrônicos e computadores. Não serão objeto de estudo no curso.
2.6 BIOMATERIAIS
Os biomateriais podem ser metálicos, cerâmicos, poliméricos ou 
compósitos. Em comum, devem possuir características como a não reatividade 
e compatibilidade com os tecidos humanos e ainda não toxicidade. Atualmente, 
são os materiais mais empregados na área da saúde, particularmente em próteses 
e, portanto, não serão objeto de nosso estudo.
2.7 NANOMATERIAIS
A nanotecnologia envolve a manipulação e uso de materiais em nanoescala 
(10-9m) a fim de, a partir do controle individual dos átomos, atribuir propriedades e 
desempenho específico aos materiais. Com o desenvolvimento da nanotecnologia, 
temos vários avanços nas mais diversas áreas, tais como vestuário (tecidos que não 
amassam, mancham, absorvem calor e retêm o suor), biomédica, informática, entre 
outros. Na construção civil, vêm sendo desenvolvidos estudos para modificação de 
matrizes cimentícias, conferindo-lhes uma maior durabilidade. 
3 ESTRUTURAS DOS MATERIAIS 
A compreensão das propriedades e do desempenho associado aos 
diferentes materiais de engenharia, necessariamente, passa pelo entendimento 
da estrutura do material em nível microscópico e atômico. Sim, sabemos que o 
TÓPICO 1 | NOÇÕES DE MICROESTRUTURA DOS MATERIAIS
9
tema já foi abordado em disciplina anterior, mas vale a pena relembrar, uma vez 
que você irá necessitar entender a estrutura dos materiais de construção civil para 
trabalhar suas propriedades, não émesmo? Desse modo, apresentaremos uma 
breve revisão sobre as estruturas que formam os materiais, supondo que vocês 
recordam que a matéria é composta por átomos unidos por ligações atômicas que 
podem ser fortes ou fracas (Quadro 1) e que o tipo e a intensidade dessas ligações 
influem diretamente nas propriedades do material.
QUADRO 1 – CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS
Materiais Ligações Predominantes Características em Função das Ligações
Metais Metálica Materiais resistentes, com elevada ductilidade e condutividade térmica e elétrica
Cerâmicas Iônicas, embora possam ser completamente covalentes
Materiais resistentes, duros e frágeis, 
isolantes térmicos e elétricos
Polímeros Covalentes como ligações primárias e ligações secundárias de Van der Waals
Baixa resistência mecânica, ductilidade variada, 
isolantes elétricos e condutores térmicos
FONTE: Adaptado de Isaía (2007, p. 153)
Isto posto, vamos tratar das estruturas e das suas formas de caracterização. 
Abordaremos aqui as estruturas associadas aos materiais tradicionais (metais, 
cerâmicos e polímeros), uma vez que as estruturas dos demais materiais derivam 
destes, partindo das mais simples (metais) para as mais complexas (polímeros).
Os arranjos atômicos formados a partir destas ligações entre os átomos 
compõem a estrutura dos materiais. Van Vlack (2003) propõe três classes 
estruturais: cristalinas, amorfas e moleculares.
3.1 ESTRUTURAS CRISTALINAS
As estruturas que formam os sólidos cristalinos são conformadas de modo 
que os arranjos atômicos sejam repetidos periodicamente por grandes distâncias 
atômicas. Callister (2002, p. 21) aponta que “existe uma ordem de longo alcance, 
tal que, na solidificação, os átomos irão se posicionar num arranjo tridimensional 
repetitivo, no qual cada átomo está ligado aos seus vizinhos mais próximos”.
Não entendeu? Vamos “pegar uma lupa” e tentar imaginar o interior de 
um sólido qualquer. Ele é composto dos átomos unidos em arranjos que vão se 
repetindo ao longo de toda a estrutura, até alcançar o contorno final do material 
formando uma estrutura reticulada tridimensional (a REDE CRISTALINA). 
Nesse reticulado, cada ponto individual (átomo) tem características semelhantes. 
Peguemos o menor arranjo que podemos observar e que se repete ao longo de 
toda a estrutura e a ele nomeemos de célula unitária (Figura 2a). A CÉLULA 
UNITÁRIA é, pois, uma unidade de pequeno volume, a menor unidade 
observável da estrutura cristalina, que se repete ao longo do reticulado, na qual 
podemos observar todas as características do material cristalino, definindo a sua 
UNIDADE 1 | PROPRIEDADES DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL
10
estrutura de acordo com a sua geometria e posição dos átomos no interior das 
células. A geometria da célula unitária é caracterizada pelos PARÂMETROS DE 
REDE, que compreendem o tamanho das arestas da célula unitária (cujos vértices 
correspondem ao centro do átomo, os quais são representados pelo modelo de 
esfera rígida) e os ângulos entre os eixos cristalográficos (Figura 2b).
FIGURA 2 – (A) CÉLULA UNITÁRIA DE UMA ESTRUTURA CRISTALINA (B)
GEOMETRIA GENÉRICA DE UMA CÉLULA UNITÁRIA
FONTE: Adaptado de Callister (2016) e Schakelford (2008)
A maioria destas células unitárias se configura em sólidos geométricos de 
forma prismática, de modo que podemos agregar as estruturas cristalinas de forma 
simplificada, em grandes grupos geométricos: os SISTEMAS CRISTALINOS. O 
cientista francês Auguste Bravais observou que todas as estruturas cristalinas 
conhecidas podiam ser agrupadas em sete sistemas cristalinos básicos (Quadro 
2), a partir dos quais seria possível descrever 14 células unitárias, representativas 
de quaisquer estruturas cristalinas conhecidas (Quadro 3). 
QUADRO 2 – SISTEMAS CRISTALINOS
Sistemas Eixos Ângulos
Cúbico a=b=c 90º
Tetragonal a=b≠c 90º
Ortorrômbico a≠b≠c 90º
Monoclínico a≠b≠c 2 ângulos=90º; 1 ângulo≠90º
Triclínico a≠b≠c 3 ângulos diferentes e nenhum igual a 90º
Hexagonal a=b ≠c 2 ângulos=90º; 1 ângulo=120º
Romboédrico a=b=c 3 ângulos iguais e nenhum igual a 90º
FONTE: Adaptado de Callister (2002)
β
c
b
a
γ
α
(a) (b)
TÓPICO 1 | NOÇÕES DE MICROESTRUTURA DOS MATERIAIS
11
QUADRO 3 – REDES CRISTALINAS DE BRAVAIS
Sistema 
Cristalino
Estrutura 
Simples
Estrutura de 
Corpo Centrado
Estrutura de 
Base Centrada
Estrutura de Face 
Centrada
Cúbico
Hexagonal
Tetragonal
Romboédrico
Ortorrômbico
Monoclínico
Triclínico 
FONTE: Adaptado de Callister (2002)
Os metais possuem uma estrutura cristalina simples, composta por um dos sete 
sistemas cristalinos propostos por Bravais, sendo mais comuns as estruturas cúbicas e 
hexagonais; mais especificamente a cúbica de corpo centrado, a cúbica de face centrada 
e a hexagonal compacta. Estas ocorrem com frequência, devido ao caráter metálico 
das ligações, que reduzem a restrição à posição e quantidade de átomos vizinhos, 
favorecendo estruturas mais compactas (CALLISTER, 2016). Certamente, você já 
trabalhou com estas estruturas em disciplina anterior, porém vamos relembrá-la aqui.
O sistema cúbico forma ângulos de 90º e possui arestas com as mesmas 
dimensões (parâmetro “a”). A estrutura mais simples, embora não favoreça o 
empacotamento atômico devido à sua baixa densidade, é a estrutura cúbica 
simples – CS (Figura 3), que possui um átomo em cada vértice, com um átomo 
ocupando o interior da célula e fator de empacotamento atômico (FEA) igual a 
0,52. O Fator de empacotamento atômico (FEA) pode ser definido como a razão 
entre o volume das esferas contidas na célula unitária e o volume total da célula 
unitária. Dos metais, apenas o Polônio possui esta estrutura. 
UNIDADE 1 | PROPRIEDADES DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL
12
FIGURA 3 – CÉLULA UNITÁRIA DE UMA ESTRUTURA CÚBICA SIMPLES
FONTE: A autora
Observe que só temos 1/8 de átomo em cada vértice, implicando que numa 
CS só há um átomo por célula unitária, dificultando o processo de cristalização.
A estrutura cúbica de corpo centrado (CCC), por sua vez, possui um átomo 
no interior da célula e 1/8 de átomo em cada vértice (Figura 4). Com seus dois 
átomos, possui um FEA igual a 0,68, o que significa que 68% da célula é ocupada 
por átomos. Metais como o Feα, Cr, Mo e W cristalizam com uma estrutura CCC. 
FIGURA 4 – CÉLULA UNITÁRIA DE UMA ESTRUTURA CÚBICA DE CORPO CENTRADO (CCC)
FONTE: A autora
Com um FEA equivalente a 0,74, superior à estrutura CCC, a estrutura 
cúbica de face centrada (CFC) possui 1/8 de átomo em cada vértice e ½ átomo 
em cada face, o qual é compartilhado com a célula unitária seguinte, totalizando 
quatro átomos por célula unitária (Figura 5a). O Feγ, Al, Ni, Cu e Ag são exemplos 
de metais que apresentam uma estrutura CFC. Dentre as estruturas hexagonais, 
a hexagonal compacta – HC (Figura 5b) é a que cristaliza e possui FEA igual ao 
da estrutura CFC, se diferenciando quanto à sequência de empacotamento das 
camadas de átomos, uma vez que eles se empilham uns sobre os outros formando 
planos compactos, porém de formas distintas. O Cd, Be, Co, Mg são exemplos de 
metais que cristalizam formando estruturas HC. 
TÓPICO 1 | NOÇÕES DE MICROESTRUTURA DOS MATERIAIS
13
FIGURA 5 – (A) CÉLULA UNITÁRIA DE UMA ESTRUTURA CÚBICA DE FACE CENTRADA (CFC) 
E (B) HEXAGONAL COMPACTA (HC)
FONTE: A autora
A estrutura cristalina dos materiais cerâmicos é mais complexa do que os 
metais, podendo ser composta por dois ou mais elementos. Lembrando que os 
materiais cerâmicos possuem ligações iônicas como características e são formados 
de elementos metálicos e não metálicos, as estruturas cerâmicas apresentam uma 
formulação padrão do tipo AmBnXp, onde A é um elemento metálico (ânion) e 
B e X elementos não metálicos (cátions). Essas fórmulas são representativas 
de cerâmicas importantes como o NaCl (cloreto de sódio) e o Al2O3 (alumina). 
Tais estruturas possuem configurações de estruturas entrelaçadas compostas 
pelos sistemas cristalinos definidos por Bravais. Tomando um exemplo muito 
conhecido, o nosso sal de cozinha NaClpode ser percebido como duas estruturas 
CFC (uma relativa ao sódio e outra ao cloro) entrelaçadas (Figura 6). As demais 
possuem características similares quanto à sua estruturação. 
FIGURA 6 – ESTRUTURA CRISTALINA DO NACL
(a) (b)
Na+1
Cl–1
FONTE: A autora
Neste ponto é necessário ressaltar a importância de identificar, nos materiais 
cerâmicos, não apenas os sistemas cristalinos, mas a forma de empilhamento dos 
planos compactos de ânions constituídos. De acordo com Callister (2002, p. 270), 
UNIDADE 1 | PROPRIEDADES DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL
14
“na medida em que esses planos são empilhados uns sobre os outros, pequenos 
sítios intersticiais onde os cátions podem se alojar, são criados entre eles”. Esses 
sítios podem assumir duas formas: tetraédrica e octaédrica. 
Para a engenharia civil, é particularmente importante a estrutura cristalina 
dos materiais à base de sílica (SiO2), material mais abundante na crosta terrestre. 
Segundo Schakelford (2008), a depender das condições de temperatura e pressão, 
a sílica pode assumir diversas estruturas, sendo a cristobalita (Figura 7) uma das 
mais simples. A célula unitária da cristobalita (SiO2) tem a configuração de uma 
estrutura CFC com seis íons em cada ponto de rede, de modo que possui 24 íons 
no seu interior, formando tetraedros de 44SiO
− .
FIGURA 7 – CÉLULA UNITÁRIA DO SIO
2
FONTE: A autora
Todas as estruturas de SiO2 têm as mesmas características, uma rede conectada 
de tetraedros 44SiO
− , variando os arranjos de conexão. Desse modo, Callister (2016) 
recomenda que é mais conveniente caracterizar esses materiais em função de seus 
sítios tetraédricos e não de suas células unitárias. As estruturas dos materiais à base 
de silicatos podem ser simples, envolvendo arranjos de tetraedros isolados, ou em 
camadas, a exemplo de muitos argilominerais utilizados na construção civil. A 
caulinita (Al2(Si2O5)(OH4)), por exemplo, é uma argila muito utilizada na construção 
civil e possui uma estrutura lamelar com duas camadas, sendo uma camada de 
sílica (Si2O5)2-, neutralizada por uma camada ( )
2
2 4
 A OH . Possui ligações fortes 
e intermediárias dentro das lâminas com duas camadas, lâminas que se unem às 
outras por ligações de Van der Waals (Figura 8).
TÓPICO 1 | NOÇÕES DE MICROESTRUTURA DOS MATERIAIS
15
FIGURA 8 – ESTRUTURA CRISTALINA DA CAULINITA
FONTE: A Autora
3.1.1 Polimorfismo e Alotropia
Comentamos há pouco que a sílica pode apresentar diferentes formas 
estruturais dependendo das condições de temperatura e pressão. Entretanto, 
há outros materiais que podem assumir formas distintas sem modificar a sua 
composição química. A esse fenômeno chamamos de polimorfismo e pode 
ocorrer em metais ou ametais. Quando o polimorfismo se faz presente em 
sólidos elementares, denominamos alotropia. Importantes materiais de uso em 
engenharia apresentam o fenômeno do polimorfismo. Entre os exemplos mais 
difundidos destacam-se os elementos Ferro e Carbono. O ferro é, pois, um 
elemento alotrópico, apresentando variações de estrutura cristalina de CCC (Feα - 
temperatura ambiente) para CFC (Feγ – 914ºC), retornando à uma estrutura CCC 
(Feδ – 1394ºC) tendo alteradas AS suas propriedades. As diferenças de estrutura 
cristalina e propriedades existentes entre a grafita e o diamante (polimorfismos 
do Carbono) são talvez o exemplo mais difundido do fenômeno. Enquanto a 
grafita possui uma baixa dureza, decorrente de poucas ligações covalentes entre 
os planos formados, o diamante é o material mais duro existente em condições 
naturais, por possuir todas as suas ligações do tipo covalente (Figura 9). 
Camada de Al
2
(OH)2+
4
Plano de ânions intermediário
Si4+
Al3+
OH–
O2–
Camada de (Si
2
O
5
)2–
UNIDADE 1 | PROPRIEDADES DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL
16
FIGURA 9 – ESTRUTURA GRAFITE X DIAMANTE
FONTE: A autora
3.1.2 Materiais Monocristalinos e Policristalinos
Você já viu que os materiais cristalinos são formados por arranjos 
atômicos repetitivos de longo alcance. Entretanto, será que essa repetição sempre 
é perfeita ao longo de todo o material? A resposta é: não. Existem materiais na 
natureza, e também produzidos sinteticamente, cujo arranjo periódico se repete 
perfeitamente ao longo de todo o material até a sua extremidade. A esses materiais 
denominamos de monocristalinos. Como a perfeição é difícil de alcançar, é 
necessário um processo de sintetização muito rigoroso e controlado, a exemplo 
da produção dos monocristais de silício que impulsionaram o desenvolvimento 
da indústria eletroeletrônica no mundo.
Entretanto, a maioria dos materiais não cristaliza na forma de monocristais. 
Eles são formados por vários grãos, cujos arranjos são repetitivos no seu interior e são 
separados entre si por uma delgada região de átomos desarranjados, denominada 
de contorno de grãos. Esses grãos derivam do próprio processo de solidificação do 
material. Esse tipo de material recebe a denominação de policristalino (Figura 10).
FIGURA 10 – MATERIAL MONOCRISTALINO X POLICRISTALINO
FONTE: A autora
a) Diamante b) Grafite
TÓPICO 1 | NOÇÕES DE MICROESTRUTURA DOS MATERIAIS
17
3.2 ESTRUTURAS AMORFAS
Até agora estamos falando do processo de solidificação dos materiais de 
modo a formar estruturas com arranjos periódicos e bem definidos dos átomos, 
formando redes cristalinas de longo alcance. Entretanto, nem todos os materiais 
solidificam dessa forma. Um exemplo bem conhecido e próximo de sua realidade 
é o vidro. O vidro é um material cerâmico, constituído predominantemente de 
sílica e outros óxidos, assim como os tijolos, por exemplo. Entretanto, ao solidificar, 
eles não apresentam ordenamento de longo alcance, nem regularidade de seus 
arranjos atômicos, dando origem ao que denominamos de materiais amorfos (do 
grego ámorphos – sem forma) ou vítreos, ou ainda líquidos super-resfriados por 
possuírem características de ordenamento semelhantes. 
Callister (2002, p. 39) pontua que a distinção no processo de formação de 
sólidos cristalinos e não cristalinos ou amorfos “é a facilidade segundo a qual 
uma estrutura atômica aleatória no estado líquido pode se transformar em um 
estado ordenado durante o processo de solidificação”. Isso porque os materiais 
cerâmicos são processados mediante um processo de fusão e a solidificação ocorre 
por meio de um processo de resfriamento que pode ir de lento a brusco. Neste 
último caso, pode não haver tempo suficiente para uma solidificação ordenada da 
rede cristalina, dando origem aos amorfos.
A Figura 11, a seguir, mostra a diferença entre a estrutura cristalina de 
um material cerâmico cristalino e amorfo, no caso a sílica SiO2. Tais distinções 
provocam diferenças estruturais e, consequentemente, na propriedade dos 
materiais. Não iremos nos deter sobre a questão das propriedades do vidro, os 
quais serão objeto de estudo em disciplina posterior.
FIGURA 11 – (A) SIO
2
 CRISTALINA (B) SIO
2
 AMORFA
Átomo de silício
Átomo de oxigênio
FONTE: A autora
Apesar de o vidro ser o exemplo mais difundido de materiais amorfos, 
existem ainda outros tipos de materiais que se solidificam formando este tipo 
de estrutura. Isaía (2007) destaca que as adições minerais utilizadas em cimentos 
e concretos, tais como a sílica ativa, a escória de alto-forno, a cinza volante e as 
cinzas de casca de arroz também possuem estrutura amorfa. Estas adições serão 
objeto de nosso estudo mais adiante.
UNIDADE 1 | PROPRIEDADES DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL
18
3.3 ESTRUTURAS MOLECULARES
Recorde que discutimos há pouco que apresentaríamos as estruturas 
dos materiais em ordem crescente de complexidade: metais, cerâmicas e 
polímeros. Pois bem, trataremos agora das estruturas dos materiais poliméricos. 
Os polímeros são materiais formados por arranjos atômicos caracterizados por 
fortes ligações covalentes formando cadeias poliméricas unidas por ligações mais 
fracas secundárias (ligações de Van der Waals). A este tipo de arranjos atômicos 
damos o nome de moléculas, as quais vão seagregando formando as estruturas 
moleculares. 
Deste modo, as estruturas moleculares possuem como característica 
a constituição de materiais com fortes forças de atração intramoleculares e 
com fracas ligações intermoleculares, dando origem a materiais com baixas 
temperaturas de fusão e resistências que variam entre intermediárias e baixas. 
Muitos materiais apresentam moléculas bem conhecidas em sua composição, tais 
como a H2O, O2, N2 e HN03. 
Os polímeros se apresentam como estruturas formadas por macromoléculas 
que podem apresentar estruturas cristalinas ou amorfas. Possuem como unidade 
básica o mero, sua menor unidade repetitiva, assim como temos as células 
unitárias, as quais formam um arranjo periódico ao longo da cadeia polimérica 
e têm características moleculares. Não iremos aqui nos ater sobre os distintos 
tipos de cadeias poliméricas, e consequentemente, à classificação dos diferentes 
polímeros existentes (termofixos, termorrígidos, elastômeros) e sim, mostrar a 
cristalinidade de suas estruturas, pois o assunto será discutido em disciplina 
posterior.
Bem, como os polímeros apresentam estruturas moleculares mais 
complexas do que os sistemas cristalinos dos metais e cerâmicos, pensar em sua 
estrutura cristalina também é complexo. No caso, para analisarmos a cristalinidade 
dos polímeros, temos que pensar em um empacotamento de cadeias moleculares 
que formam um arranjo atômico. O grau de cristalinidade nos polímeros é 
variável, podendo apresentar uma configuração desde predominantemente 
cristalina (até 95% de cristalinidade) a até completamente amorfa. Esse percentual 
de amorficidade presente mesmo em estruturas predominantemente cristalinas 
se deve à complexidade da estrutura polimérica (torções e enovelamentos), que 
impedem a completa ordenação da estrutura, restando sempre alguma região 
amorfa.
Um exemplo mais simplificado e apresentado por Schakelford (2008) 
e Callister (2016) é a estrutura do polietileno (C2H4)n. Sua célula unitária é 
ortorrômbica, segundo os autores, sistema comum aos materiais poliméricos, e 
seus átomos e suas moléculas se estendem além das cadeias (Figura 12). 
TÓPICO 1 | NOÇÕES DE MICROESTRUTURA DOS MATERIAIS
19
FONTE: A autora
O polietileno se cristaliza formando uma delgada camada monocristalina 
(plaquetas ou lamelas) de espessura de 10nm. Como estamos falando de 
macromolécula, com grande extensão (cerca de 10µm), elas formam uma 
estrutura de múltiplas camadas e necessitam se dobrar formando um modelo da 
cadeia dobrada. Callister (2002, p. 322) faz a seguinte descrição:
As cadeias moleculares dentro de cada plaqueta se dobram para 
a frente e para trás sobre elas próprias, com as dobras ocorrendo 
nas faces. (...) Cada plaqueta irá consistir em inúmeras moléculas; 
entretanto, o comprimento médio da cadeia será muito maior do que 
a espessura da cadeia. 
A Figura 13 exemplifica uma dessas estruturas típicas do polietileno.
FIGURA 13 – ESTRUTURA COM CADEIA DOBRADA DO POLIETILENO
FIGURA 12 – ESTRUTURA CRISTALINA DO POLIETILENO
FONTE: A autora
UNIDADE 1 | PROPRIEDADES DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL
20
Um formato típico de estruturas poliméricas semicristalinas são as 
esferulitas. As esferulitas apresentam também estruturas de forma lamelar com 
cadeias com 10nm de espessura. Estas cadeias partem de um único núcleo e se 
estendem para fora de forma radial, entremeadas de material amorfo. Ao se 
aproximar das extremidades, as lamelas se entremeiam formando superfícies 
relativamente planas, constituindo contornos esféricos (daí o nome esferulitas). 
Alguns polímeros, quando cristalizados a partir de massas fundidas, assumem a 
configuração esferulítica. Como exemplo, podemos citar o próprio polietileno, o 
policloreto de vinila (PVC) e o nylon.
4 SUPERFÍCIES E INTERFACES
Até o momento tratamos os materiais como estruturas perfeitas. 
Entretanto, a grande maioria dos materiais contém distorções e imperfeições em 
sua estrutura, propositais ou não, que influem diretamente em suas propriedades. 
Exemplo? Temos muitos. O aço, por exemplo, é formado por uma liga de ferro e 
carbono. O carbono é introduzido em pequena quantidade na estrutura cristalina 
do ferro, de modo a conferir uma maior dureza ao ferro, ajustando também a sua 
resistência. 
Os defeitos ou imperfeições podem variar de acordo com sua geometria 
e extensão. De forma sistemática, temos uma classificação dos principais tipos de 
defeitos, conforme apresentado na Figura 14 a seguir.
FIGURA 14 – CLASSIFICAÇÃO DOS DEFEITOS
Pontuais Lineares(Discordâncias) Interfaciais Volumétricos
• Caracterizados 
pela presença de 
vazios ou átomos 
intersticiais.
• Tipos: vacânicas, 
interstícios, Shottky, 
Frenkel, impurezas, 
soluções sólidas.
• Caracterizados por 
desalinhamento de 
átomos em torno 
de algum defeito 
unidimensional, 
responsa´vel 
pela deformação 
e ruptura em 
materiais.
• Discordâncias 
arestas, espiral ou 
mistas.
• Caracterizados 
por contornos 
bidimensionais 
que separam 
regiões contíguas 
cin diferentes 
estruturas 
ou direções 
cristalográficas.
• Tipos: superfícies 
externas, contornos 
de grão, maclas.
• Resultantes das 
fases de fabricação 
e processamento, 
influem nas 
propriedades dos 
materiais.
• Tipos: trincas, 
poros.
FONTE: A autora
Na área de engenharia civil, notadamente na análise e desenvolvimento 
de compósitos como o concreto, é importante o conhecimento das propriedades 
das superfícies e interfaces dos materiais. 
TÓPICO 1 | NOÇÕES DE MICROESTRUTURA DOS MATERIAIS
21
Ao pensarmos na superfície do material, verificamos que o seu reticulado 
cristalino se encerra nas extremidades. Desse modo, as ligações atômicas são 
interrompidas nas extremidades, prejudicando os arranjos atômicos periódicos 
do interior do material, visto que não há mais átomos para realizar ligações. Isto 
faz com que as ligações atômicas dos átomos de superfícies sejam mais fracas 
do que aquelas do interior. Como consequência desse fenômeno, tais átomos 
possuem uma maior energia de ativação, sendo, portanto, mais reativos. 
Aguilar (2008, p. 180) define as interfaces como “regiões do espaço onde 
ocorrem interações entre sólidos, gases e/ou líquidos de naturezas distintas”. A 
interface, portanto, é uma superfície que separa fases distintas de um mesmo 
material ou substâncias distintas, e, portanto, também apresenta uma maior 
energia de ativação. A autora destaca que tal fator justifica a importância do estudo 
dos defeitos de superfície para a compreensão de mecanismo de fratura, pois elas 
possuem a capacidade de transmitir tensões e atuam como sítios preferenciais de 
corrosão. A análise aprofundada das propriedades das superfícies e interfaces 
é realizada no âmbito do estudo da Físico-química de Superfície, que escapa ao 
escopo desta publicação. Entretanto, vamos fazer aqui algumas considerações 
que o ajudarão a ter uma melhor compreensão quando estivermos analisando os 
parâmetros inerentes ao concreto.
1 – Sobre a Energia de Superfície
Já comentamos que os átomos superficiais envolvem altas energias, as quais são 
conhecidas como energia de superfície (γ). A energia superficial está relacionada 
às forças de ligação e temperaturas consideradas, além da natureza dos materiais 
envolvidos e é expressa em função do trabalho necessário para aumentar a área 
superficial (ADAMSON; GAST, 1997), de acordo com a equação a seguir: 
(equação 1.1).dw dAγ=
Em que: 
dw = trabalho reversível à temperatura constante;
dA = variação de área superficial
γ = energia superficial ( )2.J m−
Da expressão acima podemos deduzir que reduziremos a energia 
superficial, se a área superficial ou de contato entre os materiais for reduzida. 
Essa tendência de redução da área superficial para equilibrar as forças do sistema 
é o que conhecemos como tensão superficial. Aguilar (2008, p. 183) pontua que 
“a tensão superficial é a força que age como reação ao aumento da superfície, é a 
força que atua por unidade de comprimento da película sendo expressaem N.m2”. 
Esses conceitos de energia superficial e tensão superficial são particularmente 
importantes para nós, engenheiros, por atuarem diretamente na modificação de 
propriedades dos materiais.
UNIDADE 1 | PROPRIEDADES DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL
22
Neste ponto, é conveniente incorporar dois conceitos relacionados à 
equação 1.1, que explicam os fenômenos associados às superfícies: os efeitos 
tensoativos e os eletrocinéticos. O primeiro está relacionado à tendência de 
minimização das tensões a partir da redução da área superficial ou dissolução de 
outros átomos ou moléculas e está associado à adsorção. O segundo se relaciona 
aos efeitos cinéticos do material que fazem com que as superfícies minimizem a 
sua energia superficial (AGUILAR, 2008).
2 – Fenômenos de Superfície
Fenômenos como molhamento, capilaridade, permeabilidade, estabilização de 
coloides, aditivos e obtenção de compostos estruturais são associados aos efeitos 
tensoativos e eletrocinéticos das imperfeições superficiais (ADAMSON; GAST, 
1997; AGUILAR, 2008).
a) Molhamento: Fenômeno associado às tensões superficiais, que envolve 
a interação entre sólidos e líquidos. Dependendo das tensões envolvidas, 
os sólidos podem variar de molháveis a repelentes. O molhamento é 
particularmente importante no desenvolvimento de tintas, pois determina a 
facilidade de espalhamento sobre um substrato. Suas características podem ser 
alteradas por adsorção (segregação de componentes em ou contra a direção da 
superfície, aumentando a energia de ligação dos átomos superficiais).
b) Capilaridade e Permeabilidade: Também associado a tensões superficiais, o 
fenômeno da capilaridade (efeito observado em tubos estreitos de dimensões 
milimétricas que permite, contrariando a teoria dos vasos comunicantes, 
que um líquido ascenda ao tubo em alturas superiores à base), é importante 
para explicar o porquê de a umidade atingir alturas elevadas em paredes de 
alvenaria e estruturas de concreto, entre outros fatores.
c) Dispersão de Coloides: A estabilidade das soluções coloidais e suspensões 
está associada aos efeitos eletrocinéticos que envolvem os átomos (íons) 
superficiais, derivados da formação de uma camada dupla (região que circunda 
uma interface carregada eletricamente quando um sólido é imerso em alguma 
solução de constituição química distinta). Na engenharia civil, o estudo dos 
efeitos eletrocinéticos é importante, pois, ao trabalharmos com os concretos, 
nos deparamos com dois tipos específicos de dispersão: as soluções coloidais e 
as suspensões.
Vamos aqui abrir um parêntesis para relembrá-lo acerca do que são as 
dispersões e sua classificação. As dispersões podem ser definidas como misturas 
(homogêneas ou heterogêneas) compostas por dispersante e disperso (assim 
como os solventes e solutos formando uma solução sólida), onde as partículas 
dispersas aparecem em pequena quantidade, “espalhadas” pelo dispersante. 
As dispersões se diferenciam em função do tamanho das partículas dispersas: 
soluções verdadeiras (<1nm), dispersões ou soluções coloidais (1–1000nm) e 
suspensões (>1000nm). 
As soluções você já estudou anteriormente e são misturas homogêneas 
que não podem ser separadas por processos de filtração. 
TÓPICO 1 | NOÇÕES DE MICROESTRUTURA DOS MATERIAIS
23
Já as soluções coloidais são sistemas com maior tamanho de partícula, 
formando misturas heterogêneas, cuja fase dispersa não segrega com a gravidade, 
tampouco pode ser separada por filtração. As suspensões também são misturas 
heterogêneas, cujo tamanho das partículas dispersas pode permitir a visualização 
a olho nu, com separação via filtração. 
Como exemplo de dispersões importantes para o nosso estudo em 
desenvolvimento, destacam-se o silicato de cálcio hidratado (C-S_H) na pasta de 
cimento hidratado, as suspensões de água de argila usada em pasta de cimentos 
e, por fim, as emulsões betuminosas, que serão objeto de estudos posteriores 
em outras disciplinas. O entendimento sobre como o processo de ionização das 
partículas e a formação da camada dupla supracitada contribuem para que não 
haja a precipitação das partículas coloidais é fundamental para a compreensão 
das propriedades do concreto, a partir da análise de sua microestrutura.
Mais recentemente, um outro tipo de substância que permite a dispersão 
de partículas sólidas em meio aquoso, são os aditivos para concreto que atuam 
como agentes plastificantes, podendo agir também como agentes tensoativos 
(surfactantes), reduzindo a tensão superficial da água (AGUILAR, 2008). 
d) Compósitos para Fins Estruturais: Já vimos na definição de compósitos que eles são 
materiais heterogêneos, que possuem dois ou mais tipos de materiais que mantêm 
as suas características originais, e são constituídos de uma fase matriz e outra carga. 
Estas fases são, portanto, separadas por interfaces, cujas propriedades se relacionam 
aos seus efeitos de tensão superficial. As interfaces nos compósitos tanto transmitem 
os esforços para os reforços, quanto permitem a introdução de substâncias nocivas 
ao material, tendo um papel preponderante para o seu desempenho. 
5 TÉCNICAS DE ANÁLISE DE MICROESTRUTURAS
O entendimento mais aprofundado do comportamento dos materiais 
requer o conhecimento dos elementos estruturais dos materiais, seus defeitos 
e imperfeições. O estabelecimento das propriedades dos materiais é melhor 
compreendido ao analisarmos as relações estabelecidas entre a estrutura e a 
propriedade. Existem várias técnicas que permitem auxiliar a análise da estrutura 
dos materiais. Dentre as mais utilizadas destacam-se a difração de raios-x e a 
microscopia, embora haja outras igualmente importantes, como análise térmica, 
granulometria por difração a laser, espectroscopia Raman, por absorção atômica, 
de infravermelho, entre outras, que não serão abordadas aqui. 
5.1 DIFRAÇÃO DE RAIOS X
A difração de raios-x é uma técnica experimental utilizada na análise 
de estruturas cristalinas dos materiais, que permite identificar e quantificar 
parâmetros das células unitárias, fases e composição química. 
UNIDADE 1 | PROPRIEDADES DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL
24
Vimos que a geometria das células unitárias é caracterizada pelos 
parâmetros de rede (arestas e ângulos entre os eixos cristalográficos). Estes, 
porém, não são os únicos parâmetros que permitem diferenciar as estruturas 
dos materiais. Os materiais cristalinos possuem uma estrutura reticulada de 
longo alcance e é frequente fazermos distinções entre posições, direções, planos 
cristalinos. Isto porque várias propriedades dos materiais não possuem a mesma 
magnitude conforme se analisam distintas direções (os materiais que possuem 
estas características são denominados anisotrópicos). Para especificar estes 
parâmetros foram estabelecidos alguns índices, cuja base de determinação é a 
célula unitária, os quais recordaremos a seguir, antes de prosseguirmos com o 
estudo da técnica de difração. 
A posição atômica é definida, tomando como base a célula unitária e seus 
eixos formadores (x, y e z) e é representada em termos de unidade de distância 
ao longo dos eixos. A direção cristalográfica é definida como um vetor que une 
dois pontos tomando como origem o vértice de origem das coordenadas, ou seja, 
a posição (0 0 0). A projeção do vetor formado sobre os eixos é medida em termos 
dos parâmetros de rede da célula unitária (a, b e c). Os índices de direção são 
apresentados como conjuntos de inteiros obtidos tomando-se as menores posições 
inteiras, sem separação por vírgulas e entre colchetes: [u v w] (Figura 15). 
FIGURA 15 – DIREÇÕES CRISTALINAS
FONTE: A autora
De forma semelhante podem ser descritos os planos cristalinos ou 
cristalográficos. Considerando novamente os eixos cristalográficos das células 
unitárias, podem ser observados diferentes arranjos atômicos ao contemplarmos 
diferentes planos cristalinos. Estes planos possuem diferentes densidades e 
fatores de empacotamento que variam com o arranjo atômico, o qual depende