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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
Microscopia eletrônica de tunelamento
http://www.chemsoc.org/timeline/graphic/1981_stm.jpg. Acessado em 20.03.2005
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Microscopia eletrônica de tunelamento
http://www.chemsoc.org/timeline/graphic/1981_stm.jpg. Acessado em 20.03.2005
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
Curva Tensão x Deformação
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
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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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Sólidos Cristalinos
Os átomos no sólidocristalino ocupam os vérticesdo reticulado trimensional –modelo das esfera rígidas
Sólidos Cristalinos
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Sólidos Cristalinos
Sólidos Cristalinos
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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C r i s t
R e d e
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C r i s t
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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.
Sólidos Cristalinos
Estruturas Tetragonais
a = b ≠ c
= = γ = 90º
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Sólidos CristalinosEstruturas Romboédricas
a = b = c
α= = γ ≠ 90º
Sólidos Cristalinos
Estruturas Ortorrômbicas
a ≠ b ≠ c
α= = γ = 90º
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Sólidos CristalinosEstruturas Monoclínicas
a ≠ b ≠ c
α= γ = 90º ≠
Sólidos Cristalinos
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
Planos Cristalinos e Indíces de Miller do
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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Planos Cristalinos e Indíces de Miller do
Cristal Cúbico
(021)
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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;
Ciência dos Materiais aplicados à construção civilCiência dos Materiais aplicados à construção civil
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
Ciência dos Materiais aplicados à construção civilCiência dos Materiais aplicados à construção civil
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
=
Ciência dos Materiais aplicados à construção civilCiência dos Materiais aplicados à construção civil
COMPRESSÃOP P
FLEXÃO
TRAÇÃOT T
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y(1) Tração (2) Compressão
εy εy
Ciência dos Materiais aplicados à construção civilCiência dos Materiais aplicados à construção civil
x
εx εx
(3) Sem deformação
εx
εy
ν = -Coefic iente de POISSON →
εx
εy
ν = -Coefic iente de POISSON →
Ciência dos Materiais aplicados à construção civilCiência dos Materiais aplicados à construção civil
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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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
Curva Tensão x Deformação
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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Ciência dos Materiais aplicados à construção civilCiência dos Materiais aplicados à construção civil
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
Ciência dos Materiais aplicados à construção civilCiência dos Materiais aplicados à construção civil
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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Ciência dos Materiais aplicados à construção civilCiência dos Materiais aplicados à construção civil
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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Ciência dos Materiais aplicados à construção civilCiência dos Materiais aplicados à construção civil
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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Príncipios de Ciência dos MateriaisPríncipios de Ciência dos Materiais
Príncipios de Ciência dos MateriaisPríncipios de Ciência dos Materiais
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Príncipios de Ciência dos MateriaisPríncipios de Ciência dos Materiais
Príncipios de Ciência dos MateriaisPríncipios de Ciência dos Materiais
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Príncipios de Ciência dos MateriaisPríncipios de Ciência dos Materiais
Príncipios de Ciência dos MateriaisPríncipios de Ciência dos Materiais
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