IGDITC_Aula Prof. Arnaldo Cardim - IGDITCC - 2007

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Importância da gestão, do desempenho e da

inovação tecnológica na construção civil

Desempenho e inovações

tecnológicas dos materiais

de construção

Prof. Dr. Arnaldo Cardim

MATERIAIS

podem ser

definidos comoas substânciasde ue al o

https://reader015.{domain}/reader015/html5/0707/5b4082369bf0b/5b408239403c1.jpg. Acessado em 15/03/05

está compostoou feito


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Ciência e Engenharia dos Materiais

• nc a os ma er a s se e ca pr nc pa men e

a busca de conhecimentos básicos sobre a

estrutura interna, propriedades e

processamento dos materiais;

• Engenharia dos materiais está relacionada

• nc a os ma er a s se e ca pr nc pa men e

a busca de conhecimentos básicos sobre a

estrutura interna, propriedades e

processamento dos materiais;

• Engenharia dos materiais está relacionada

fundamental e aplicado dos materiais, com o

objetivo de converte-los em produtos

necessários ou requeridos pela sociedade.

fundamental e aplicado dos materiais, com o

objetivo de converte-los em produtos

necessários ou requeridos pela sociedade.

Conhecimentobásico dos

Conhecimentobásico dos

Conhecimentoaplicado dos

Conhecimentoaplicado dos

Ciência dos materiais Engenharia dos materiais

ma era sma era s

Conhecimento resultanteda estrutura,

Conhecimento resultanteda estrutura,

ma era sma era s

Ciência e Engenharia dosmateriais

propre a es,processamento e

comportamento dosmateriais de engenharia

propre a es,processamento e

comportamento dosmateriais de engenharia


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Ciências Apl icadas

Engenharias

Medicina

Mecânica

Química

CiênciasBásicasMecânica

Física

Química

Matemáticas

iência e

Engenharia

dos Materiais

Ciênciasda Vida

Ciênciasda Terra Polimeros

Cerâmica

as CiênciasBásicas e as

Disci linas daGeólogia e

Engenharia de Minas

Aeroespacial

Nuclear Engenharia

Smith, Willian F. Ciência e Ingeniería de

Materiales, 3ª Ed: Madrid, McGrawHill, 2004

Grupos de materiais

inorgânicas que estão compostos de um

ou mais elementos metálicos, podendotambém conter alguns elementos não

metálicos. Exemplos de elementos

inorgânicas que estão compostos de um

ou mais elementos metálicos, podendotambém conter alguns elementos não

metálicos. Exemplos de elementos

metálicos: ferro, cobre, aluminio, níquel e

titânio; elementos não metálicos: carbono,

nitrogênio e oxigênio.

metálicos: ferro, cobre, aluminio, níquel e

titânio; elementos não metálicos: carbono,

nitrogênio e oxigênio.


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Grupos de materiais

• Materiais Cerâmicos são materiais• Materiais Cerâmicos são materiaisinorgânicos compostos de elementos

metálicos e não metálicos combinados

químicamente.

inorgânicos compostos de elementos

metálicos e não metálicos combinados

químicamente.

• são formados por longas cadeias e redesde moléculas orgânicas. (hidrocarbonetos)

• são formados por longas cadeias e redesde moléculas orgânicas. (hidrocarbonetos)

Objetivos• Melhor compressão

• Base científica

• Avaliação das propriedades

• Desenvolvimento

Ao longo do tempo

Durabilidadefadiga

deformação lenta


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Principio básico

O comportamento do material de ende da

O comportamento do material de ende da

MICROESTUTURAMICROESTUTURA

Níveis de estudo

• Sub-atômico (Å)• Sub-atômico (Å)• Estudo do átomo

• Microscópia Eletrônica de Tunelamento

• Estudo do átomo

• Microscópia Eletrônica de Tunelamento

• Atômico (nm - µm)• Atômico (nm - µm)

• Moléculas, cristais

• Difração de raio X

• Microscopia eletrônica de varredura

• Moléculas, cristais

• Difração de raio X

• Microscopia eletrônica de varredura


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Níveis de estudo• Microscópico (µm – mm)• Microscópico (µm – mm)• Fases, partículas

• Microscópicos ótico e de varredura

• Ensaios físicos

• Fases, partículas

• Microscópicos ótico e de varredura

• Ensaios físicos

••

• Todo o material

• Ensaios Mecânicos

• Todo o material

• Ensaios Mecânicos

Microscópico eletrônico de

tunelamento


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Microscopia eletrônica de tunelamento


http://www.chemsoc.org/timeline/graphic/1981_stm.jpg. Acessado em 20.03.2005


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Microscopia otica

nsa os


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Resistência à Compressão

Resistência à Tração


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Resistência à Tração

Durômetro RockwellE ui amento

Durômetro Rockwell

Aparelho para medir adureza do materialatravés da profundiade de penetração de umcone de diamante ouuma esfera de aço nasuperfície da amostra


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Máquina Charpy (Impacto)

qu pamen o

Máquina de EnsaioCharpy

Aparelho usado paramedir à resitência ao

.O corpo de prova écolocado de modo queo pêndulo golpeie aamostra

Tipos de Deformações

Deformações elásticas: Ocorre quando o materialé capaz de absorver e armazenar toda energia resultantedo esforço deformante, e o mesmo recuperará a

deformação sofrida após a retirada do esforço externo.

Deformações plásticas: Ocorre quando o material

deformante, e o mesmo não recuperará a deformaçãosofrida após a retirada do esforço externo, resultado umadeformação permanente.


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Curva Tensão x DeformaçãoEntre as várias formas de analisar o comportamento mecânico de um material, aanálise da curva tensão x deformação apresenta-se como uma das mais adequadas,principalmente se o material for utilizado sob carregamento estático ( tração oucompressão)

Tensão

Tensão máxima

Tensão de ruptura

Tensão de escoamento0A – Deformação elástica

EscoamentoZona Plástica

Deformação

AC – Deformação PlásticaOB – Deformação final

OC – Alongamento na ruptura

0 A BC

Zona Elástica

Curva Tensão x Deformação

Tensão Resiliência é a capacidade do material deabsorver energia durante a deformação elástica

Maleabilidade

Resiliência

TmáxTR TE

Maleabilidade é acapacidade do

Deformação0 A BC

Resilência + Maleabilidade = Tenacidade

material de absorverenergia durante adeformação plástica


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Tensão


5 - Rígido-Tenaz

4 - Rígido-forte

3 - Rígido-frágil 2 -Dúctil-Tenaz

MATERIAL MÓDULO TENSÃO DEESCOAMENTO

TENSÃOMÁXIMA

DUCTILIDADE

DÚCTIL/FRACO BAIXO BAIXA BAIXA MODERADA

DÚCTIL/TENAZ

BAIXO BAIXAMODERADA/

ALTAELEVADA

RÍGIDO/FRÁGIL

ELEVADO INEXISTE ELEVADA BAIXA

Deformação

1 - Dúctil-fracoFORTE

ELEVADO ELEVADA ELEVADA MODERADA

RÍGIDO/TENAZ

ELEVADO ELEVADA ELEVADA ELEVADA

seguinte


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1


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seguinte


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os ó i os

Sólidos Cristalinos

1. A estrutura física dos materiais sólidos de importânciana engenharia depende principalmente da disposiçãodos átomos, ions e moléculas que constituem o sólido edas forças da ligação entre eles;

2. Se os átomos e ions de um sólido estão ordenadossegundo uma forma que se repete no espaço, formamum sólido CRISTALINO ou Material Cristalino

3. O ordenamento atômico de sólidos cristalinos formamuma rede espacial representado por átomoslocalizados nos pontos de intersserção de um espaçotridimensional.


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Os átomos no sólidocristalino ocupam os vérticesdo reticulado trimensional –modelo das esfera rígidas



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São sete (7) as formas das células unitárias dos sistemas cristalinos:

1.Cúbico

2.Hexagonal

3.Tetragonal

4.Romboédrico

Todas os sete sistemas de células unitáriassão variações da unidade célular abaixo:

. rtorr m co

6.Monoclínico

7.Triclínico


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Sólidos CristalinosSistemas Cristalinos Relações axiais Ângulos interaxiais

bico = = γ =

Hexagonal a = b ≠ c = = 90º e γ = 120º

Tetragonal a = b ≠ c = = γ = 90º

Romboédrico a = b = c = = γ ≠ 90º

Ortorrômbico a ≠ b ≠ c = = γ = 90º

Monoclinico a ≠ b ≠ c = γ = 90º ≠

Triclínico a ≠ b ≠ c ≠ ≠ γ ≠ 90º

l i n a s

C r i s t

R e d e


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5

l i n a s

C r i s t

R e d e

l i n a s

C r i s t

R e d e


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l i n a s

C r i s t

R e d e

Sólidos CristalinosCúbica de corpo centrado (CCC)

Estruturas Cúbicas

Cúbica de face centrada (CFC)


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Sólidos CristalinosOs planos de base e topo dohexagonal são formados por 6 átomosnos vértices que formam o hexagono

Estrutura Hexagonal Compacta (HC)perfeito e um único átomo centradonos planos basais.


Estruturas Tetragonais

a = b ≠ c

= = γ = 90º


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Sólidos CristalinosEstruturas Romboédricas

a = b = c

α= = γ ≠ 90º


Estruturas Ortorrômbicas

a ≠ b ≠ c

α= = γ = 90º


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Sólidos CristalinosEstruturas Monoclínicas

a ≠ b ≠ c

α= γ = 90º ≠


Estrutura Triclínicas

a ≠ b ≠ c

α ≠ ≠ γ ≠ 90º


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Planos Cristalinos e Indíces

de Miller do Cristal Cúbico

Planos Cristalinos e Indíces de Miller do

Cristal Cúbico

A Figura ao lado nos mostra o

atómos dos vertices da unidadecelular (cristal cúbico)

A Figura ao lado nos mostra oplano(B) cortando os quatroatómos dos vertices e o atómo docentro da unidade celular (cristalcúbico)


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Planos Cristalinos e indíces de Miller do

Cristal Cúbico

A Figura ao lado nos mostra o

dos vertices da unidade celular(cristal cúbico)

Portanto é importante adotar umanotação ao sistema para identificaros diversos planos cristalinos daestrutura do cristal:

Indice de Miller


Cristal Cúbico

O Indíce de Miller de um lano cristalinose define como as coordenadas do planocristalino que cortam os três eixoscristalógraficos x, y, z e as três arestasna paralelas de uma unidade celular

.

O Indíce de Miller é usado paraidentificar e representar os planoscristalinos. (hkl )


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Cristal Cúbico

(021)

seguinte


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Exigencias do usuário do produto da construção civilExigencias do usuário do produto da construção civil

SEGURANÇA ESTRUTURAL;

Ciência dos Materiais aplicados à construção civilCiência dos Materiais aplicados à construção civil

;

SEGURANÇA A UTILIZAÇÃO;

ESTANQUEIDADE;

CONFORTO HIGROTÉRMICO;

EXIGÊNCIAS ATMOSFÉRICAS;

CONFORTO VISUAL, ACÚSTICO E TÁTIL; CONFORTO ANTROPODINÂMICO;

HIGIENE

DURABILIDADE e ECONOMIA

Características exigidas dos materiais usados na EngenhariaCaracterísticas exigidas dos materiais usados na Engenharia

PROPRIEDADES MECÂNICAS;


PROPRIEDADES TÉRMICAS;

PROPRIEDADES ELÉTRICAS;

PROPRIEDADES QUÍMICAS;

PROPRIEDADES ÓPTICAS;

Adequação economica e meio ambiental ao Adequação economica e meio ambiental ao

longo de toda sua vida útillongo de toda sua vida útil


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Resistencia Mecânica• Compressão


Elasticidade;

Ductilidade;

Fluência;

Dureza;

Tenacidade;

• raç o

Tensão: está definida como a

força por unidade de área

Se expressa em

ega asca ( a) ( mm

σ

c

S

=


COMPRESSÃOP P

FLEXÃO

TRAÇÃOT T


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3

y(1) Tração (2) Compressão

εy εy


x

εx εx

(3) Sem deformação

εx

εy

ν = -Coefic iente de POISSON →

εx

εy

ν = -Coefic iente de POISSON →


Qualquer elongação ou compressão de uma estrutura

cristalina em uma direção, causada por uma forçauniaxial, produz um ajustamento nas dimensõesperpendiculares à direção da força.

re aç o entre a e ormaç o atera e adeformação , com sinal negativo, é denominada:

COEFICIENTE DE POISSON.

ε

x

ε

y


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4

Δl/2

F A

0 Esforço de compressão

l 0l

Tensão nominal

σ

F A0

Deformação nominal

Δl/2

ε

l - l 0l 0

= Δl

l 0

Resistência à Compressão


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Tensão nominal

T

Forças de Cisalhamento e Torsão

τ F A0

T

A0

F

FCISALHAMENTO

TORSÃO

TensãoTensão

Módulos Elásticos

Módulo de elasticidade

Descarga

Módulo tangente

Módulo secanteε1

ε2

Deformação

Carga

0

0

Deformação0

0


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Curva Tensão x DeformaçãoTensão Resiliência é a capacidade do material de

absorver energia durante a deformação elástica

Maleabilidade

Resiliência

TmáxTR TE

Maleabilidade é acapacidade do

Deformação0 A BC

Resiliência + Maleabilidade = Tenacidade

material de absorverenergia durante adeformação plástica

Tensão


5 - Rígido-Tenaz

4 - Rígido-forte

3 - Rígido-frágil 2 -Dúctil-Tenaz

MATERIAL MÓDULOTENSÃO DE

ESCOAMENTOTENSÃOMÁXIMA DUCTILIDADE

DÚCTIL/FRACO BAIXO BAIXA BAIXA MODERADA

DÚCTIL/TENAZ

BAIXO BAIXAMODERADA/

ALTAELEVADA

RÍGIDO/FRÁGIL

ELEVADO INEXISTE ELEVADA BAIXA

Deformação

1 - Dúctil-fracoFORTE

ELEVADO ELEVADA ELEVADA MODERADA

RÍGIDO/TENAZ

ELEVADO ELEVADA ELEVADA ELEVADA


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A dureza é uma propriedade mecânicarepresentada pela resistência que um materialapresenta ao risco ou a formação de uma marcapermanente quando pressionado por outro material.

A área da marca superficial formada ou a

um valor numérico que representa a durezado material.

Nos métodos de ensaios mais aplicados sãoutilizados enetradores adronizados, ue a ós


pressionar a superfície do material ensaiado, sobcondições de pré-carga e carga, causa uma

deformação elástica inicialmente e em seguida umadeformação plástica.

Quanto maior a dureza maior será aresistência ao desgaste do material


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Dureza Rockwell

(2)

(1)

(3)

(4)

o s v a l o r e s

d e d u r e z a

m p a r a t

i v a s

i o s m é

t o d o

E s c a l a s c

p a r a o s v á


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Príncipios de Ciência dos MateriaisPríncipios de Ciência dos Materiais

Durômetro RockwellE ui amento

Durômetro Rockwell

Aparelho para medir adureza do materialatravés da profundiade de penetração de umcone de diamante ouuma esfera de aço nasuperfície da amostra


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Máquina Charpy (Impacto)

qu pamen o

Máquina de Ensaio

CharpyAparelho usado paramedir à resitência ao

.

O corpo de prova écolocado de modo queo pêndulo golpeie aamostra


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