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SISTEMAS ESTRUTURAIS II
01 Propriedades e Características
dos Materiais
Prof. Eduardo Giugliani 2014/01
Concreto e Aço
Quais os critérios que devemos adotar para selecionar um material entre tantos outros?
} Em raras ocasiões um material reúne uma combinação ideal de propriedades, ou seja, muitas vezes é necessário reduzir uma em benefício da outra.
} Um exemplo clássico são resistência e ductilidade, geralmente um material de alta resistência apresenta ductilidade limitada. Este tipo de circunstância exige que se estabeleça um compromisso razoável entre duas ou mais propriedades.
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PROPRIEDADE DOS CORPOS SÓLIDOS DUCTIBILIDADE
capacidade dos corpos de reduzirem-se a fios, sem romperem
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
} A classificação tradicional dos materiais é geralmente baseada na estrutura atômica e química destes.
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
} Metais } Cerâmicas } Polímeros } Compósitos
Classificação tradicional
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
} Metais } Geralmente são uma
combinação de elementos metálicos.
} Excelentes condutores de eletricidade e calor
} Têm aparência lustrosa quando polidos
} Geralmente são resistentes e deformáveis
} São muito utilizados para aplicações estruturais
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
} Cerâmicas } Geralmente são uma
combinação de elementos metálicos e não-metálicos.
} Isolantes de calor e eletricidade } São mais resistêntes à altas
temperaturas e à ambientes severos que do os metais e polímeros.
} Com relação às propriedades mecânicas, as cerâmicas são duras, porém frágeis
} Em geral são leves.
ALUMINA
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
} Vidros
} Materiais antigos – usados desde 4000 a.c –vidros decorativos no Egito
} A sílica é o elemento principal na composição do vidro
} 100% reciclável } Retornável } Reutilizável
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CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
} Polímeros Podem ser: } Sintéticos – plásticos e
borrachas. } Naturais – borracha, seda
algodão e lã. } São constituídos de moléculas
muito grandes (macro-moléculas) } Tipicamente, esses materiais são
leves, isolantes elétricos e térmicos, flexíveis e apresentam baixa resistência ao calor.
} Matérias-primas – petróleo e gás natural.
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
} Compósitos } Materiais compósitos são constituídos
de mais de um tipo de material insolúveis entre si.
} Os compósitos são “desenhados” para apresentarem a combinação das melhores características de cada material constituinte.
} Muitos dos recentes desenvolvimentos em materiais envolvem materiais compósitos.
} Um exemplo clássico é o compósito de matriz polimérica com fibra de vidro. O material compósito apresenta a resistência da fibra de vidro associada à flexibilidade do polímero.
} Outro exemplo é o concreto: Agregado graúdo+agregado miúdo
+cimento+água
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PESOS ESPECÍFICOS COMPARAÇÃO BÁSICA
METAIS CERÂMICAS POLÍMEROS VIDROS COMPÓSITOS
aço tijolo plástico vidros concreto
80 14-18 21 26 24-25 KN/m3
1 KN/m3 = 100 Kg/m3
MATERIAIS AVANÇADOS
} São materiais utilizados em aplicações de tecnologia “de ponta”, ou seja, são materiais utilizados para a fabricação de dispositivos ou componentes que funcionam ou operam usando princípios sofisticados.
} Exemplos destas aplicações incluem: equipamentos eletrônicos (CD players, DVDs), computadores, sistemas de fibra óptica, foguetes e mísseis militares, detectores, lasers, displays de cristal líquido, indústria aeroespacial, etc.
} Estes materiais são geralmente materiais tradicionais cujas propriedades são otimizadas ou materiais novos de alto desempenho.
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ALGUMAS CONSIDERAÇÕES SOBRE A NECESSIDADE DE MATERIAIS MODERNOS
} Materiais que apresentem: - Alto desempenho - Baixo peso e alta resistência - Resistência à altas temperaturas - Desenvolvimento de materiais que sejam menos
danosos ao meio ambiente e mais fáceis de serem reciclados ou regenerados
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PROPRIEDADES MECÂNICAS POR QUÊ ESTUDAR? } A determinação e/ou conhecimento das propriedades
mecânicas é muito importante para a escolha do material para uma determinada aplicação, bem como para o projeto e fabricação do componente.
} As propriedades mecânicas definem o comportamento do material quando sujeitos à esforços mecânicos, pois estas estão relacionadas à capacidade do material de resistir ou transmitir estes esforços aplicados sem romper e sem se deformar de maneira incontrolável.
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Principais Propriedades dos Corpos
} Extensão: dimensões geométricas
} Impenetrabilidade: 2 corpos não ocupam o mesmo lugar
} Inércia: impedimento à deformação
} Atração: atração das massas – matéria atrai matéria
Principais Propriedades dos Corpos
} Porosidade: ocorrência de espaço entre as massas
} Divisibilidade: característica de se fragmentar
} Indestrutibilidade: ser indestrutível
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Propriedades dos Corpos Sólidos
} Dureza: resistência dos corpos a serem riscados
} Tenacidade: resistência ao choque ou percussão
} Plasticidade (maleabilidade): capacidade dos corpos se adelgarem, sem romperem
} Ductibilidade: capacidade dos corpos se reduzirem a fios, sem romperem
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Propriedades dos Corpos Sólidos
} Durabilidade: capacidade de permanecerem inalterados com o tempo
} Desgaste: perda de qualidade ou de dimensões com o uso contínuo
} Elasticidade: tendência de retornar à forma primitiva após cessar o esforço aplicado
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Tipos de Esforços Mecânicos
que uma estrutura está sujeita
Compressão Tração Flexão Torção
Cisalhamento
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Tipos de Esforços Mecânicos
que uma estrutura esta sujeita
Compressão
Tração
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Tipos de Esforços Mecânicos
que uma estrutura esta sujeita
Flexão
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Tipos de Esforços Mecânicos
que uma estrutura esta sujeita
Torção
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Tipos de Esforços Mecânicos
que uma estrutura esta sujeita
Cisalhamento
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INTRODUÇÃO
CONCEITO GERAL MÓDULO DE ELASTICIDADE
... de cada material (MÓDULO DE YOUNG)
E (KN/cm2)
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INTRODUÇÃO
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INTRODUÇÃO
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INTRODUÇÃO
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INTRODUÇÃO
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INTRODUÇÃO
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INTRODUÇÃO
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INTRODUÇÃO
CONCRETO NBR 6118
COMPRESSÃO
TRAÇÃO
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INTRODUÇÃO
TRAÇÃO
AÇO NBR 6118
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INTRODUÇÃO
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INTRODUÇÃO
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PRINCIPAIS ENSAIOS
} Ensaio de Tração } Ensaio de Compressão } Ensaio de Cisalhamento } Ensaio de Dureza } Ensaio de Flexão } Ensaio de Fluência } Ensaio de Impacto } Ensaio de Fadiga
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PRINCIPAIS ENSAIOS
} Ensaio de Tração } Ensaio de Compressão } Ensaio de Cisalhamento } Ensaio de Dureza } Ensaio de Flexão } Ensaio de Fluência } Ensaio de Impacto } Ensaio de Fadiga
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ENSAIO DE TRAÇÃO
} É medida submetendo-se o material à uma carga ou força de TRAÇÃO, que promove um ALONGAMENTO no corpo de prova submetido a este teste.
Conceito de Tensão (σ)
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Conceito de Deformação (ε)
ENSAIO DE TRAÇÃO
} O ensaio de TRAÇÃO, revela duas fases distintas: ELÁSTICA e PLÁSTICA
Na fase ELÁSTICA um dos principais parâmetros que o ensaio de TRAÇÃO permite revelar é o
MÓDULO DE ELASTICIDADE do material.
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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
ENSAIO DE TRAÇÃO
CURVA TENSÃO (σ) X Deformação (ε) DEFORMAÇÃO ELÁSTICA } Prescede à deformação plástica } É reversível } Desaparece quando a tensão é
removida } É praticamente proporcional à tensão
aplicada (obedece a lei de Hooke)
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
} É provocada por tensões que ultrapassam o limite de elasticidade
} É irreversível porque é resultado do deslocamento permanente dos átomos e portanto não desaparece quando a tensão é removida
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PRINCIPAIS ENSAIOS
} Ensaio de Tração } Ensaio de Compressão } Ensaio de Cisalhamento } Ensaio de Dureza } Ensaio de Flexão } Ensaio de Fluência } Ensaio de Impacto } Ensaio de Fadiga
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ENSAIO DE COMPRESSÃO
} É medida submetendo-se o material à uma carga ou força de COMPRESSÃO, que promove um ENCURTAMENTO no corpo de prova submetido a este teste.
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ENSAIO DE COMPRESSÃO
Este ensaio é utilizado principalmente para avaliar as resistências de tijolos, blocos e concreto.
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PRINCIPAIS ENSAIOS
} Ensaio de Tração } Ensaio de Compressão } Ensaio de Cisalhamento } Ensaio de Dureza } Ensaio de Flexão } Ensaio de Fluência } Ensaio de Impacto } Ensaio de Fadiga
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ENSAIO DE CISALHAMENTO
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CONCRETO
TIPOS DE CONCRETO: Classes
Tabela 1 - Classes de resistência do grupo I Grupo I de resistência Resistência característica à compressão (MPa)
C 15 15 C 20 20 C 25 25 C 30 30 C 35 35 C 40 40 C 45 45 C 50 50
10 Mpa = 10 MN/m2 = 1 KN/cm2
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CONCRETO
TIPOS DE CONCRETO: Classes
Tabela 2 - Classes de resistência do grupo II Grupo II de resistência Resistência característica à compressão (MPa)
C 55 55 C 60 60 C 70 70 C 80 80
10 Mpa = 10 MN/m2 = 1 KN/cm2
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CONCRETO
Resistência do Concreto Quando não for indicada a idade, as resistências referem-se à idade de 28 dias. Pode-se adotar, em caráter orientativo, os valores indicados na tabela 3 abaixo, onde fc é a resistência aos 28 dias e fcj a resistência para outras idades.
Tabela 3 – Evolução da resistência à compressão Cimento Portland
Idade (em dias) 3 7 14 28 63 91 120 240 360 720
CP III CP IV
0,46 0,68 0,85 1 1,13 1,18 1,21 1,28 1,31 1,36
CP I CP II
0,59 0,78 0,9 1 1,08 1,12 1,14 1,18 1,20 1,22
CP V 0,66 0,82 0,92 1 1,07 1,09 1,11 1,14 1,16 1,17 NOTA: CP I = cimento comum; CP II = cimento composto; CP III = cimento de alto forno;
CP IV = cimento pozolânico; CP V = cimento de alta resistência inicial
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CONCRETO
Fatores que Influem na Resistência do Concreto Qualidade dos materiais: cimento, água de amassamento, agregados e aditivos. Influência da dosagem: fator água-cimento, proporção de agregados. Influência da confecção: mistura, transporte, lançamento, vibração e cura. Influência da idade já vista anteriormente.
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AÇO
Aço Classe A Dureza natural que não sofrem tratamento algum após a laminação
Aço Classe B Encruado a frio obtidos por trefilação a partir do aço classe A com o aumento da resistência a tração à custa da grande perda de tenacidade
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AÇO
Bitolas Comerciais Armaduras são comercializadas em barras com comprimentos de 10 a 12 m e rolos dentro das seguintes bitolas: CA - 50 : CA50A à 50 = 50 KN/cm2 = fyk
φ 6,3 mm e φ 8,0 mm em rolo ou em barra. Somente em barra: φ 10,0 mm, 12,5 mm, 16,0 mm, 20,0 mm, 22 mm e 25 mm. (muito pouco utilizados φ 32,0 mm e 40,0 mm) CA - 60 : CA60B à 60 = 60 KN/cm2 = fyk comercializado em rolo ou barra: φ 3,4 mm, 4,2 mm, 4,6 mm, 5,0 mm, 6,0 mm, 6,3 mm, 7,0 mm e 8,0 mm. (muito pouco utilizados φ 3,8 mm e 10,0 mm)
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VALORES DAS RESISTÊNCIAS DE CÁLCULO - ϒm
De acordo com a NBR 6118-2007 a resistência de cálculo fd , obtida a partir da resistência característica fk é dada por:
fd = fk /ϒm CONCRETO: No caso específico da resistência de cálculo do concreto (fcd) alguns detalhes adicionais são necessários conforme a seguir descrito: quando a verificação se faz em data “j” = ou superior a 28 dias adota-se a expressão:
fcd = fck/ϒc Nesse caso o controle da resistência à compressão do concreto deve ser feita aos 28 dias, de forma a confirmar o valor de fck adotado no projeto. AÇO: No caso específico da resistência de cálculo do aço (fyd), tem-se a seguinte expressão:
fyd = fyk/ϒs
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VALORES DAS RESISTÊNCIAS DE CÁLCULO - ϒm
Fatores de minoração da resistência do concreto (ϒc) e do aço (ϒs): Os coeficientes de ponderação das resistências do concreto estão indicados na tabela a seguir: Para execução de elementos estruturais nos quais estejam previstas condições desfavoráveis, o coeficiente ϒc deve ser multiplicado por 1,1. Para elementos estruturais pré-moldados e pré-fabricados, deve ser consultada a NBR 9062. Admite-se no caso de testemunhos extraídos da estrutura dividir o valor de ϒc por 1,1.
Tabela 12.1 (NBR 6118-03) – valores dos coeficientes ϒc e ϒs Combinações Concreto (ϒc) Aço (ϒs)
Normais 1,4 1,15 Especiais ou de Construção 1,2 1,15
Excepcionais 1,2 1,0