Propriedades dos Propriedades dos materiais sólidosmateriais sólidos

Por serem as rocha formado de Por serem as rocha formado de materiais sólidos, as propriedades materiais sólidos, as propriedades dos corpos sólidos devem ser dos corpos sólidos devem ser estudadas de modo a permitir o estudadas de modo a permitir o conhecimento do comportamento conhecimento do comportamento dos locais de construção. dos locais de construção.

Conceito de tensão em um Conceito de tensão em um pontoponto

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

Corpo submetido a um sistema de forças externas.

Corpo em equilíbrio devido a suas forças internas.

Tensão em um pontoTensão em um pontoTensão: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 da orientação do plano considerado.

Unidade de tensão: Unidade de tensão:

unidade de força (N)/unidade de área unidade de força (N)/unidade de área (m(m22): ):

Pascal: Pa = N/mPascal: Pa = N/m22

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

1 MPa =1N/mm1 MPa =1N/mm2 2 =1000kN/m=1000kN/m22 = = 0,1kN/cm0,1kN/cm22

1MPa = 10 kgf/cm1MPa = 10 kgf/cm22 = 100 tf/m = 100 tf/m22

ResistênciaResistência

Capacidade de o material resistir a tensõesCapacidade de o material resistir a tensões Resistência: medida em ensaios Resistência: medida em ensaios

padronizados para os diversos materiaispadronizados para os diversos materiais

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

Elemento plano sofrendo deformação

Relação Tensão x Relação Tensão x DeformaçãoDeformação

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

Cada material apresenta Cada material apresenta comportamento de tensão x comportamento de tensão x deformação diferente.deformação diferente.

Comportamentos Tensão x Comportamentos Tensão x DeformaçãoDeformação

Módulo de ElasticidadeMódulo de Elasticidade

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

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

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

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

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

•Deformação elástica: recuperável quando cessada a tensão

PlasticidadePlasticidade

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

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

•Deformação plástica: não recuperável (residual)

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

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

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

Representação gráfica da resiliência

TenacidadeTenacidade

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

Representação gráfica da tenacidade

Ductibilidade e MaleabilidadeDuctibilidade e MaleabilidadeEstão relacionados com a capacidade de Estão relacionados com a capacidade de deformação plástica do material. deformação plástica do material. Maleabilidade se refere à capacidade do Maleabilidade se refere à capacidade do material se deformar sem se romper, quando material se deformar sem se romper, quando submetido a esforços de compressão, e a submetido a esforços de compressão, e a ductibilidade a esforços de tração. Todos os ductibilidade a esforços de tração. Todos os materiais dúcteis são maleáveis, mas nem materiais dúcteis são maleáveis, mas nem todos os materiais maleáveis são dúcteis. Isso todos os materiais maleáveis são dúcteis. Isso ocorre pois o material maleável pode ter ocorre pois o material maleável pode ter pouca resistência e romper facilmente quando pouca resistência e romper facilmente quando submetido à esforços de tração.submetido à esforços de tração.

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

Alongamento percentual em um ensaio de tração:

ε = (Lu-Lo)/Lo x100

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

Parâmetro de ductibilidade numa curva tensão x deformação

Ex:

aço: 8% a 20 %

concreto: 0,3%-0,4%

material dúctilmaterial dúctil

rompe com grandes rompe com grandes deformações: Granito, deformações: Granito, calcáreo, fibrascalcáreo, fibras

grandes deformações para construções: mais de 1 %

Materiais dúcteis: desejáveis para a Engenharia=>dão pré-aviso da ruptura

materialmaterial frágilfrágil

- rompe com pequenas deformações- rompe com pequenas deformações

- ruptura sem aviso prévio: cerâmicas, - ruptura sem aviso prévio: cerâmicas, vidro, mica.vidro, mica.

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

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

aço

concreto simples

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

Curva deformação x tempo representativa da fluência

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

Tensão ao longo do tempo num ensaio de fadigaImportante em pontes, estruturas industriais etc

FadigaFadiga

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

Curva resistência x nº de ciclos num ensaio de fadiga

DurezaDureza

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

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

Equipamento para corte de concreto: extremidade com diamante

Peso específicoPeso específico

É a relação entre o peso e o É a relação entre o peso e o volume da amostra do materialvolume da amostra do material

volume

pesope

Massa específicaMassa específica

volume

massame

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

Propriedades físicas

DensidadeDensidade

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

Ex. aço: 7,85Ex. aço: 7,85

concreto: 2,3 a 2,4concreto: 2,3 a 2,4

ConductibilidadeConductibilidade térmicatérmica

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

Fluxo de calor através de uma parede

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

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

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

Os materiais podem ser de 3 tipos:Os materiais podem ser de 3 tipos: Supercondutores: Permitem o fluxo de corrente Supercondutores: Permitem o fluxo de corrente

elétrica quase que indefinidamente.elétrica quase que indefinidamente. Isolantes: Os elétrons de valência estão firmemente Isolantes: Os elétrons de valência estão firmemente

retidos em orbitais fixos.retidos em orbitais fixos. Semicondutores: Onde a condução elétrica é devido Semicondutores: Onde a condução elétrica é devido

ao fluxo combinado de elétrons de valência e íons ao fluxo combinado de elétrons de valência e íons positivos.positivos.