CURSO DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO

Prof. Khosrow Ghavami-PUC-Rio

Prof. Normando Perazzo Barbosa - UFPB

CONCEITOS BÁSICOS SOBRE COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS

IntroduçãoRealização de uma obra de engenharia, estão envolvidos: - projeto

- materiais - execução

Importância da disciplina

Materiais de Construção: conhecimento das propriedades dos materiais é de fundamental importância para uma construção bem sucedida: uso adequedo!

Construções devem apresentar:

Custo

Servicibilidade

Durabilidade

Segurança

Servicibilidade: comportamento adequado=> envolvendo pequenas deformações, aparência, conforto, etc

Fator importante:

Segurança

No trabalho:• Pessoa qualificada

(Engenheiro) presente no canteiro de obras.

• Obrigatoriedade do uso de capacetes, luvas, botas, cintos de segurança.

• Conscientização dos trabalhadores a fim de evitar acidentes .

no trabalho; na estrutura da construção

SegurançaSob o ponto de vista estrutural:• assegurar que a construção não se torne

imprópria causando danos

Servicibilidade

comportamento adequado para a construção

ConfortoO conforto deve ser previsto pelo projetista da obra e assegurado por uma boa manutenção.

Exemplos de previsão de conforto:– Eliminação de vibração em pontes.– Controle da deformabilidade excessiva.– Eliminação de ruídos.– Previsão de boa iluminação.– Projeto de refrigeração e/ou aquecimento.– Velocidade e estabilidade de elevadores.

Aparência

A aparência de uma obra deve ser de tal modo que não cause impacto negativo sobre o meio ambiente.

O conforto está diretamente ligado à aparência e certos detalhes (cor, forma, textura e outros detalhes artísticos), mostram isso claramente.

DurabilidadeCapacidade de a construção se manter em condições normais de utilização ao longo da sua vida

necessidade de conhecer mais a fundo os materiais!

Durabilidade

É importante lembrar que nada é eterno e por melhor que seja a obra, seu tempo de vida está ligado à sua manutenção.

Aspecto econômico

A boa engenharia é aquela que proporciona a associação mais adequada de segurança, durabilidade, conforto e arte com o menor custo possível.

Ou seja, a economia é um ponto relevante que põe em conjunto todos os outros aspectos, formando com isso, um projeto bem sucedido.

Ciência ligadas a Materiais de Construção

A fim de se realizar uma construção, é preciso se conhecer a priori as ações externas atuantes como: peso próprio, cargas temporárias ou acidentais, ações do vento, temperatura, efeitos de terremotos, etc.

É nesse contexto que a interação de diversas ciências (Física, Mecânica, Química, , Metalurgia, Geologia, etc) ocorre.

NormalizaçãoNormas técnicas: existem para regulamentar os ensaios que permitam avaliação da qualidade, classificação e o emprego dos diversos materiais.

A normalização contribui para eliminar muitos desentedimentos no recebimento de materiais, fixando parâmetros de qualidade e até mesmo a forma de medição das propriedades dos materiais.Ao redor de todo o mundo diversas entidades estão responsáveis pelas normas:

Brasil: ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) Estados Unidos: ASTM (American Socity for Testing

Materials) Europa: CEN (Comitê Europeu de Normalização) Mundo: ISO (International Standart Organization)

Propriedades dos materiais sólidos

Por serem os materiais mais importantes para a indústria da construção civil, as propriedades dos corpos sólidos devem ser estudadas de modo a permitir o conhecimento do comportamento em serviço da construção.

Conceito de tensão em um ponto

Para que um corpo esteja em equilíbrio, qualquer de suas partes (corpo livre) deve estar em equilíbrio.

Corpo submetido a um sistema de forças externas.

Corpo em equilíbrio devido a suas forças internas.

Tensão em um ponto

Tensão:

S

fS 0lim

S

f n

S

n

0lim

S

f t

S

t

0lim

Tensão Normal:

Tensão Tangencial:

Portanto, é possível verificar que o valor da tensão, depende orientação do plano considerado.

• Unidade de tensão:

unidade de força (N)/unidade de área (m2):

Pascal: Pa = N/m2

• Em engenharia: Pascal unidade muito pequena: usa-se megapascal: MPa

• 1 MPa =1N/mm2 =1000kN/m2 = 0,1kN/cm2

• 1MPa = 10 kgf/cm2 = 100 tf/m2

Resistência

• Capacidade de o material resistir a tensões

• Resistência: medida em ensaios padronizados para os diversos materiais

Deformação

A grandeza deformação é definida como a taxa de variação do deslocamento (u e v) em relação à coordenada espacial (x e/ou y)

Elemento plano sofrendo deformação

Relação Tensão x Deformação

Lei constitutiva de um material: permite caracterização do comportamento de um sólido através de uma relação entre as grandezas tensão e deformação.

Cada material apresenta comportamento de tensão x deformação diferente.

Comportamentos Tensão x Deformação

Módulo de Elasticidade

Módulo de elasticidade inicial: inclinação do trecho inicial do diagrama tensão-deformação

Propriedades mecânicasElasticidade: É a propriedade que um corpo sólido apresenta de retornar a forma original após cessada a aplicação de carga que o deformou.

Em um gráfico Tensão x Deformação, a elasticidade do material está evidenciada pela coincidência dos caminhos de carregamento e descarregamento.

ElasticidadeA maioria dos materiais sólidos, têm um comportamento misto, apresentando uma relação linear-elástica para baixos níveis de tensão e perdendo a elasticidade quando alcança tensões elevadas.

Curva tensão x deformação para um material com comportamento não-linear elástico

Plasticidade

É a propriedade que um corpo sólido apresenta de se deformar, mudando substancialmente sua forma sem, no entanto, romper

Relação tensão x deformação para um material linear elástico perfeitamente plástico.

• Deformação elástica: recuperável quando cessada a tensão

• Deformação plástica: não recuperável (residual)

Plasticidade

Vale ressaltar que existem materiais com comportamento plástico não-perfeito.

Curva tensão x deformação para um material com comportamento não-linear com plastificação.

ResiliênciaÉ a quantidade de energia que o material pode absorver e recuperar. Graficamente, é representada pela área sob a curva tensão x deformação no trecho de descarregamento correspondente à absorção de energia elástica.

Representação gráfica da resiliência

Tenacidade

É a quantidade de energia total (em regime elástico e plástico) que o material pode absorver. Graficamente,é representada pela área sob a curva tensão x deformação.

Representação gráfica da tenacidade

Ductilidade e Maleabilidade

Estão relacionados com a capacidade de deformação plástica do material.

Maleabilidade: capacidade de o material se deformar sem romper

Ductilidade: capacidade de deformação do material antes de romper.

• Todos os materiais dúcteis são maleáveis, mas nem todos os materiais maleáveis são dúcteis.

• Isso ocorre pois o material maleável pode ter pouca resistência e romper facilmente quando submetido à esforços de tração.

Ductilidade

Em termos práticos, a ductilidade é expressa em termos do alongamento percentual em um ensaio de tração até a ruptura.

Alongamento percentual em um ensaio de tração:

ε = (Lu-Lo)/Lo x100

DuctilidadeNuma curva tensão x deformação, em tração, a ductibilidade é medida pelo nível de deformação na ruptura.

Parâmetro de ductibilidade numa curva tensão x deformação

Ex:

aço – 8% a 20 %

concreto: 0,3%-0,4%

material ductil

rompe com grandes deformações: aço, borracha, fibras vegetais...

grandes deformações para construções: mais de 1 %

Materiais dúcteis: desejáveis para a Engenharia=>

dão pré-aviso da ruptura

material frágil rompe com pequenas deformacoes

ruptura sem aviso prévio: ceramicas, vidro, pedras, concreto.

• Material ductil: rompe com grandes deformações (dá um pré-aviso da ruptura)

• Material frágil: rompe com pequenas deformações (rompe bruscamente, sem pré-aviso)

aço

concreto simples

Fluência

É o aumento contínuo de deformação ao longo do tempo, com o material submetido a um estado constante de tensão.

Curva deformação x tempo representativa da fluência

Fadiga

Diminuição da resistência de um material quando submetido a tensões cíclicas.

Tensão ao longo do tempo num ensaio de fadiga

importante em pontes, estruturas industriais, etc

FadigaSe a tensão for reduzida, o material suporta um número maior de ciclos até um ponto limite, dito limite de fadiga, onde o material suportaria, teoricamente, um número infinito de ciclos.

Curva resistência x nº de ciclos num ensaio de fadiga

Dureza

Capacidade de um material resistir à abrasão superficial, ou seja, é a resistência que o material oferece ao ser riscado.

A dureza relativa dos materiais é constatada através da escala de Mooh.

Equipamento para corte de concreto: extremindade com diamante

Peso específicoÉ a relação entre o peso e o volume da amostra do material.

volume

pesope

Massa específica

volume

massame

É a relação entre a massa e o volume da amostra do material.

Propriedades físicas

Densidade

É a relação entre a massa da amostra e a massa do mesmo volume de água destilada a 4º C.

Ex. aço: 7,85

concreto: 2,3 a 2,4

Conductibilidade térmica

É a capacidade do material de permitir a propagação de calor através de seu meio. Esta capacidade é medida através de um coeficiente de conductibilidade térmica K.

Fluxo de calor através de uma parede

Estudo do comportamento térmico de paredes de terra crua (UFGG)

desejável: menor condutibilidade térmica: terra => melhor que concreto!

Conductibilidade elétrica: É a capacidade que o material tem de permitir que seus elétrons de valência (elétrons do nível de energia mais externo do átomo) se desloquem e tornem-se livres.

Os materiais podem ser de 3 tipos:– Supercondutores: Permitem o fluxo de corrente elétrica quase que

indefinidamente.

– Isolantes: Os elétrons de valência estão firmemente retidos em orbitais fixos.

– Semicondutores: Onde a condução elétrica é devida ao fluxo combinado de elétrons de valência e íons positivos.