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Faculdade de Engenharia da Universidade do

Porto

Incertezas na Engenharia Civil

Propriedades materiais das construções

Projeto FEUP - 2015/2016 - Mestrado Integrado em Engenharia

Civil

Equipa 11MC02_01:

Supervisor: Professor Xavier Romão Monitor: Márcio Oliveira

Ana Sofia Oliveira Daniel Ferreira

Ana Luísa Sousa Bernardo Antunes

Ana Catarina Oliveira Carlos Silva

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Resumo

O seguinte relatório foi realizado no âmbito da unidade curricular

Projeto FEUP e teve como objetivo a integração dos novos alunos na

comunidade da Faculdade de Engenharia. Desta forma promoveu-se não

só o trabalho em equipa, mas também a imp ortância da comunicação.

Uma vez que a incerteza na Engenharia civil é um tema tão

abrangente decidimos focar o nosso trabalho na questão „O que

desconhecemos acerca das propriedades materiais nas

construções‟.

A incerteza é apresentada como uma das peças essenciais na forma

como uma construção é pensada e projetada, tendo em conta todas as

possibilidades de erro.

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Agradecimentos

Primeiramente, gostaríamos de agradecer a certos membros da

comunidade FEUP, nomeadamente ao nosso supervisor Professor Xavier

Romão e ao nosso monitor Márcio Oliveira pelo apoio e disponibilidade

dispensados durante a realização deste projeto.

Não poderíamos deixar de agradecer a todos os professores

participantes nas palestras da semana “FEUP Orienta-te!” assim como à

própria Faculdade, uma vez que desempenharam um papel fulcral na

concretização deste trabalho.

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Índice

RESUMO 2

AGRADECIMENTOS 3

LISTA DE FIGURAS 5

INTRODUÇÃO 6

O QUE É E COMO SE AVALIA UMA INCERTEZA 7

NORMAS 8

PROPRIEDADES DOS MATERIAIS 9

PROPRIEDADES FISICO-QUÍMICAS

PROPRIEDADES GERAIS

OUTRAS PROPRIEDADES

ENVELHECIMENTO 14

SELEÇÃO E CONTROLO DE QUALIDADE DOS MATERIAIS 15

CONCLUSÃO 17

BIBLIOGRAFIA 18

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Lista de Figuras

Figura 1 - Classificação das propriedades dos materiais (Fonte:

Figura 1.1.1 de Propriedades dos materiais e sistemas de fachada, 2005)

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Introdução

O relatório aqui apresentado pretende abordar o tema „O que

desconhecemos acerca das propriedades dos materiais‟, tentando

assim informar o público em geral sobre a importância das incertezas nas

construções de estruturas.

As incertezas afetam todo o processo de uma obra, desde os

cálculos relativos à construção, à durabilidade dos materiais utilizados e a

sua resistência face a certas adversidades. Nesse sentido, pretendemos

debruçar-nos nas normas relacionadas com os materiais de construção,

as suas propriedades fisico-químicas, custos económicos e impacto

ambiental.

No seguinte relatório tencionamos clarificar as consequências que

determinados fenómenos provocam quando exercídos sobre um projeto.

Assim, exploramos as propriedades dos materiais baseando-nos numa

tese de Doutoramento, numa compilação de textos e outros documentos

relevantes.

Em suma, apresentam-se as conclusões tiradas acerca das

propriedades dos materiais, o que desconhecemos e como influenciam o

resultado final.

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O que é e como se avalia uma incerteza

Uma Incerteza é “s. f. falta de certeza; dúvida; indecisão;

perplexidade; contingência; fis.”(Dicionário da Língua Portuguesa, J. Almeida e A.

Sampaio, 1975). A definição de incerteza não é concreta nem ideal, mas

todas convergem para o essencial.

Existem diversas fontes causadoras de incerteza, podendo destacar

entre elas: o erro humano, aleatoriedade, limites de modelo e condições

climáticas.

As Incertezas desempenham assim um papel fundamental na

segurança das pessoas envolvidas na construção de uma estrutura e

previamente do público beneficiador da construções.

“Existem diversos tipo de incertezas:

- Aleatórias; (desastres naturais, mudanças climáticas)

- Conhecimento condicionado. (falta de informação relativa a

solos,etc)” (Basics of structural reliability and links with structural design codes, B.

Sudret, 2013)

Dentro das incertezas aleatórias, para além das referidas

anteriormente, podemos também considerar, como incerteza, a

variabilidade das propriedades dos materiais.

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Normas

As normas são documentos disponibilizados ao público, onde são

estabelecidos parâmetros para o cumprimento de certos objetivos, tais

como:

- Cálculos rigorosos;

- Caraterísticas dos materiais e como as controlar;

- Procedimentos pormenorizados de ensaios;

- Estabelecer dimensões e tolerâncias dos materiais;

- Criação de terminologia técnica específica e atribuição convenções

simbólicas em desenhos;

- Definição de classes de materiais.

Em todos os países existem organismos responsáveis pela

realização de normas. Entre estas, podemos destacar:

- NP - Normas Portuguesas - Instituto Português da Qualidade

- ASTM - American Society for Testing Material

- PCA - Portland Cement Association

- BS - British Standards Institution

- AFNOR - Associação Francesa de Normalização

- DIN - Deutsche Normeunausschuss

- CEN - Comissão Europeia de Normalização

- ISO - Organização Internacional de Normalização

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Propriedades dos Materiais

O conhecimento das propriedades dos materiais, os seus processos

de transformação e/ou obtenção são informações indispensáveis ao uso

racional dos mesmos. Apenas assim, de entre as inúmeras opções, será

possível selecionar o material mais adequado à situação em questão, uma

vez que todos estes fatores condicionam a sua durabilidade.

Assim, é necessário agrupar as propriedades: fisico-químicas, custos

económicos e ambientais.

Propriedades fisico-químicas

Independentemente do projeto de edifícios em que estamos a

trabalhar, é fundamental estarmos informados acerca das propriedades

físicas dos materiais de modo a podermos escolher um em detrimento de

outro. Existem três principais propriedades químicas:

● Resistência aos agentes químicos

● Resistência e comportamento ao fogo

● Durabilidade

Estas propriedades são importantes pois através delas conseguimos

averiguar a resistência de um determinado material à ação de certos

agentes exteriores como por exemplo humidade, poluição, etc. Além

disso, o conhecimento destas propriedades pode prevenir a mudança da

qualidade do ar interior do edifício em questão e evitar o contacto de

materiais que possam, eventualmente, reagir entre si e alterar as suas

propriedades físicas, afetar a sua durabilidade e/ou libertar gases ou

outras substâncias prejudiciais.

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Figura 1 - Classificação das propriedades dos materiais (Fonte: Figura

1.1.1 de Propriedades dos materiais e sistemas de fachada)

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Propriedades gerais

“A relação entre a massa e o volume dos materias permite

caraterizar objetivamente alguns materiais.”(Propriedades dos materiais, Maria de

Lurdes Belgas Costa Reis e Anabela Mendes Moreira, 2008/2009)

A massa, por definição, é a quantidade de matéria contida num corpo e a

sua unidade no Sistema Internacional é o quilograma (kg). Por outro lado,

existe o peso, que pode ser quantificada por a medida quilograma força

(kgf) , que varia consoante a sua localização geográfica. O peso de um

corpo equivale à força com que a sua matéria é atraída para o centro da

Terra.

Outras propriedades

Além das propriedades físico-químicas existem outras

propriedades que não se podem agrupar neste grupo mas que podem ser

relacionadas e são geralmente denominadas como custos, como a

densidade, por exemplo. Podemos ainda considerar dois grupos dentro

dos custos: os custos económicos e o custos ambientais (energéticos,

impactos ambientais, ecossistemas, etc.). Nos dias de hoje, os custos

económicos são os de maior importância e são pensados de modo a

tornar viável a comercialização da construção. Por outro lado, os custos

ambientais são mais subjetivos uma vez que dependem diretamente da

consciência de quem projeta.

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Baseando-nos nestes duas propriedades podemos definir outras

grandezas como, por exemplo:

- Volume aparente (V) - “Na quantificação do volume aparente de um

corpo considera-se o volume da matéria e o volume dos vazios

neles encerrados:

V=VR+VV

Em que: V Volume aparente (m3)

Vr Volume absoluto (m3)

VV Volume de vazios (m3)

- Volume absoluto (Vr) - Corresponde ao volume ocupado pela

matéria, não se considerando o volume de vazios desse corpo;

- Massa volúmica aparente (kg/dm3) - Corresponde à massa de um

corpo por unidade de volume aparente desse corpo;

- Massa volúmica absoluta (kg/dm3) - É a relação entre a massa de

um corpo e o volume absoluto (real) desse corpo;

- Peso volúmico (kgf/dm3) - É o peso de um corpo por unidade de

volume aparente desse corpo;

- Densidade - Relaciona a massa de um corpo com a massa de igual

volume de água a uma temperatura de 4ºC;

- Porosidade (%) - Corresponde ao quociente entre o volume de

vazios e o volume aparente.” (Propriedades dos materiais, Maria de

Lurdes Belgas Costa Reis e Anabela Mendes Moreira, 2008/2009)

- Condutibilidade térmica (λ) - Corresponde à quantidade de calor

que atravessa um metro quadrado de um certo material com uma

espessura de um metro durante uma hora com uma diferença de 1ºC

entre as superfícies opostas.

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Envelhecimento

As incertezas relacionam-se diretamente com a durabilidade de um

material, que por sua vez é condicionada pelo envelhecimento. “A

necessidade de avaliar a durabilidade de um material, quer na forma de

matéria prima quer de produto acabado, e de fazer um previsão rápida do

comportamento em serviço de novos produtos, em períodos de tempo

razoavelmente curtos, do comportamento em a métodos envelhecimento

artificial acelerado.” (Física e Química dos Materiais: Uma Introdução à ciência dos materiais,

Luís Eduardo Pimentel Real, 2007)

Existem determinados agentes aos quais os materiais estão sujeitos

que contribuem para o seu envelhecimento, tais como a temperatura, a

humidade, a precipitação e a iluminação.

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Seleção e controlo de qualidade dos materiais

“A seleção de um material deve basear-se em critérios científicos

que atendam à estrutura interna e às propriedades desse material de

modo a assegurar-se uma escolha adequada para um determinado

fim.”(Propriedades dos materiais, Maria de Lurdes Belgas Costa Reis e Anabela Mendes Moreira,

2008/2009)

Na seleção de um material para um determinado fim este deve

obedecer a certos critérios, tais como a sua qualidade e custo aceitável,

sendo a primeira “uma garantia da fiabilidade e durabilidade do material

selecionado.”(Propriedades dos materiais, Maria de Lurdes Belgas Costa Reis e Anabela Mendes

Moreira, 2008/2009)

- Fiabilidade - capacidade de um material para realizar a função

desejada em condições específicas;

- Durabilidade - resistência que um material apresenta quando

subjugado a determinadas condições de uso.

É necessário avaliar as propriedades dos materiais de construção,

recorrendo-se para o efeito em ensaios de dois tipos:

- Ensaios de investigação: corresponde à pesquisa das propriedades

físicas, químicas, mecânicas, entre outras;

- Ensaios de receção: têm como objetivo determinar certas

propriedades.

Estes últimos podem ainda se dividir em destrutivos e não

destrutivos.

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Os ensaios de receção destrutivos impossibilitam o material para

uso. Contudo, na realização destes ensaios não se determina a verdadeira

resistência do material, mas sim valores equivalentes das forças

exercidadas pelo equipamento de ensaio no material. Os valores obtidos

pelos ensaios dependem de múltiplos fatores como:

- Velocidade da realização do ensaio;

- Tipo de equipamento;

- Condições experimentais;

Os ensaios de receção não destrutivos, como o nome dá para

entender, usa métodos em que não há destruição dos materiais

ensaiados. Possui varias vantagens em relação aos ensaios destrutivos:

não se necessita de recorrer a provetes, pois podemos realizar os testes

na própria peça, possibilitando um acompanhamento mais pormenorizado

da resistência da peça ao longo do ensaio.

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Conclusão

Com a elaboração deste trabalho foi possível não só aprofundar o

tema das incertezas na Engenharia Cívil mas também compreender as

suas causas e efeitos.

Deste modo, foi possível concluir que vivemos numa altura em que

a construção está em desenvolvimento, os materiais são cada vez mais

testados em diferentes condições de forma a se adaptarem às

necessidades da sociedade. Logo, com estes desenvolvimentos, a

avaliação das incertezas tornou-se ainda mais relevante uma vez que com

novos materiais surgem novas condicionantes.

São vários os fatores que influenciam as incertezas dos quais

podemos salientar o envelhecimento, condições climatéricas, a

variabilidade das propriedades dos materiais e o erro humano. Desta

forma, a sua avaliação torna-se imperativa para que haja que uma maior

segurança no quotidiano.

Em suma, consideramos ter atingido o objetivo proposto de alertar

para a importância e relevância das incertezas na Engenharia Civil.

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Bibliografia

Propriedades dos materiais, Maria de Lurdes Belgas Costa Reis e Anabela

Mendes Moreira, 2008/2009

Física e Química dos Materiais: Uma Introdução à ciência dos materiais,

Luís Eduardo Pimentel Real, 2007

https://web.fe.up.pt/~lfc-scc/ensaio09.html, 12/10/2015

Propriedades dos materiais e sistemas de fachada, Paulo Jorge Figueira de

Almeida Urbano de Mendonça, 2005

Dicionário da Língua Portuguesa, J. Almeida e A. Sampaio, 1975

Uncertainty in Structural Engineering, William M. Bulleit, 2006