PROPRIEDADES DOS MATERIAIS
INTRODUÇÃO
A escolha de um material de construção requer do engenheiro um conhecimento amplo de
sua constituição, propriedades e características. A indústria da construção civil sempre foi
considerada, de modo generalizado, como sendo uma indústria artesanal, onde a falta de
habilitação de seus funcionários juntamente com a não observância das especificações dos
materiais e a ausência de critérios técnicos e de aplicação dos mesmos, quando existem,
contribuem para a redução da qualidade das obras, desperdício acentuado dos materiais e
aumento significativo do custo final.
No mundo atual onde a concorrência entre empreendedores aliada à necessidade de se
oferecer a população residências de custo mais acessíveis, passando até por critérios até
então relegados a um segundo plano, ou seja, a preocupação com os aspectos ecológicos
que nos alerta para o uso racional dos materiais cuja matéria prima não é renovável ou
reciclável, agravado pela ausência de locais destinados ao armazenamento do entulho, nos
obriga a refletir e considerar como essencial o estudo de “Materiais de Construção” e
consequentemente sua utilização racional.
Profissionais com larga experiência no uso e aplicação dos materiais são unânimes em
afirmar:
- “Uma obra executada com materiais de baixa qualidade, onde não se considera aspecto
técnicos, econômicos e estéticos, juntamente com a ausência quase que absoluta de
critérios racionais e metodológicos na sua aplicação, geralmente fica mais cara que uma
obra onde os materiais são adquiridos a um custo maior. Neste último caso o profissional
que os utiliza, e detém o conhecimento de suas característica e propriedades, emprega esse
saber na aplicação racional dos mesmo, eliminando desperdícios, não conformidades e
defeitos que exigem reparos imediatos ou futuros, reduzindo o custo final e aumentando
significativamente a durabilidade de nossas construções”.
1. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
1.1. Classificação quanto a origem
Com relação a origem os materiais podem ser classificados como: naturais ou artificiais:
Naturais:
Consideramos como naturais aqueles que são extraídos da natureza e empregados
isoladamente ou em conjunto com outros, sem terem sofrido transformações ou
modificações na sua composição original.
Ex.: areia, cascalho, argila, pedra, madeira.
Obs.: Com relação a pedra britada alguns autores a classificam como artificial. Discordamos
dessa colocação considerando que o fato da pedra ter sofrido alterações na sua dimensão
não modifica ou transforma sua composição original.
Artificial:
Materiais obtidos através de alterações na sua composição original ou em mistura com
outros se transforma em um terceiro.
Ex. Cimento: composto basicamente por três materiais de origem natural: calcário, argila e
gesso. A moagem do clinquer, resultante da calcinação do calcário e argila, com gesso
resulta no cimento Portland.
Outros exemplos de materiais de origem artificial: Tintas e vernizes, plásticos, aço, alumínio,
materiais cerâmicos, etc.
2. CONDIÇÕES DE EMPREGO
2.1. Condições Técnicas
As condições técnicas dizem respeito à organização física e química dos materiais. Dentre
as várias características abordaremos as seguintes:
Resistência
Um material é resistente quando é capaz de suportar os vários tipos de solicitações físicas,
químicas e mecânicas. Exemplo: concreto armado.
Trabalhabilidade
É a facilidade que o material oferece ao ser manuseado.
Durabilidade
Um material é considerado durável quando resiste ao meio ambiente no qual foi aplicado.
Ex. alumínio.
Higiene
As condições relativas a higiene exigem que o material se comporte favoravelmente a saúde
do homem: bem estar físico, mental e social. Ex. materiais isolantes (térmico, acústico,
impermeabilizante).
2.2. Condições econômicas
As condições econômicas constituem requisitos de maior importância na escolha dos
materiais. Para que um material possa ser aplicado é indispensável que seja examinado
quanto às despesas de aquisição e de utilização. É condição essencial que os materiais
sejam adquiridos e utilizados com o máximo de aproveitamento possível e com o mínimo de
custo, considerando-se eficiente o material que satisfazendo as condições técnicas e
estéticas, quando exigidas, é o de custo mais vantajoso. A qualidade influi, portanto, sobre a
economia, concluindo-se que um material só poderá ser considerado econômico se for de
boa qualidade.
Fabricação
Alguns materiais podem ser fabricados na obra ou adquiridos de terceiros outros só podem
ser adquiridos prontos e, neste caso, devemos analisar a idoneidade do fabricante.
Aquisição
Esta etapa requer uma pesquisa de preços criteriosa no mercado fornecedor e, nos casos
onde é possível fabricá-los na obra, comparar os custos de cada opção, incluindo todos os
itens que formam uma planilha de custo, tais como: aquisição de insumos, estocagem,
perdas, mão-de-obra, equipamentos, controle tecnológico, produtividade, etc.
Outro item muito importante deve ser considerado quando da aquisição de um material, sua
qualidade. A qualidade de um material influi significativamente na durabilidade e custo final
de uma obra.
Se tomarmos como exemplo o cimento veremos que no Brasil são fabricados quase que
exclusivamente cimentos de classe 32 e 40, o cimento de classe 40 geralmente é
comercializado por um preço de 4% a 5% mais caro que o de classe 32, entretanto um
estudo criterioso de dosagem do concreto nos atesta que o uso do cimento de classe 40 nos
permite uma redução de 10% a 12% no consumo total de cimento, sem comprometimento
de sua resistência mecânica.
2
Transporte
Devemos observar a distância de transporte do material até o local da obra. Considerando
não só o custo do frete mas também problemas decorrentes de abastecimento. Os termos
FOB e CIF indicam custo do material na origem e no destino final, respectivamente.
Atualmente, nos grandes centros, está ficando cada vez mais difícil adquirir areia de boa
qualidade devido ao esgotamento e/ou contaminação das jazidas existentes, o que nos
obriga a adquirir o insumo em locais cuja distância pode chegar a 150 km. Nestes casos o
preço do frete chega a superar o preço do material.
Armazenamento
Cada material exige um critério para estocagem, de acordo com suas características físicas
e químicas. Ex.: aço, cimento, cal, areia, brita, etc.
O custo e, principalmente, a disponibilidade de área de estocagem deve ser considerada na
aquisição do material. Exemplo: o concreto virado em obra costuma apresentar custo
ligeiramente inferior ao concreto pré-misturado porém o reduzido espaço físico necessário
para estocagem de cimento, areia, brita e equipamentos pode inviabilizar a primeira opção.
Aplicação
Todo material requer uma aplicação específica, definida através de processos e técnicas
racionais, com mão-de-obra treinada e consciente das características e propriedades dos
mesmos. Esses fatores são responsáveis pela produtividade, qualidade e custo final
(eliminação de desperdício e necessidade de recuperações e correções de trabalhos já
executados). Exemplo:
. azulejos (azulejista)
. instalação elétrica (eletricista)
. pintura (pintor)
. armadura, aço (armador)
. instalação hidráulica (bombeiro)
. alvenaria (pedreiro)
Manutenção
Os materiais devem ser de boa qualidade e aplicados corretamente. Mesmo assim estão
sujeitos aos agentes agressivos: intemperismo (sol, chuva, vento, congelamento e degelo),
óleos, ácidos, desgaste superficial, deformações, fadiga, infiltrações, corrosão, etc. Daí a
necessidade de manutenções periódicas.
2.3. Condições Estéticas
São características definidas pelos materiais que melhor reproduzem os projetos
arquitetônicos, tais como: cor, textura, padrão, dimensão. Todos estes itens bem ordenados,
com sucessão agradável de tons e coerência na disposição dos materiais, dão estilo à obra.
3. PROPRIEDADE DOS MATERIAIS
3.1. Propriedades Físicas
•
Maleabilidade:
São consideradas maleáveis as substâncias que podem ser
transformadas em lâminas (chumbo, ferro, alumínio).
•
Ductilidade:
São considerados dúcteis as substâncias que podem ser
transformadas em fios.
Exemplo: (cobre – fios elétricos).
•
Densidade:
Relação entre a massa e o volume de um corpo. Conhecida
também como massa específica ou densidade absoluta.
3
•
Massa Específica:
M.E. = Massa (kg)
Volume (dm3)
•
(Volume absoluto: volume de sólidos, sem vazios)
Massa Unitária:
M.U. = Massa (kg)
Volume (dm3)
•
(Volume aparente: volume de sólidos + volume de vazios)
Inchamento:
Inchamento = M.U. h x (100 + h)
100
M.U. s
Obs.:
M.U. h = massa unitária úmida
M.U. s = massa unitária seca
Umidade:
Absorção:
h = Ph - Ps x 100
Ps
A (%) = Ph - Ps x 100
Ps
3.2. Propriedades Térmicas
•
Calor Específico: Quantidade de calor necessário para aumentar em 1ºC a temperatura
de 1 grama de massa de qualquer substância.
•
Ponto de fusão:
Passagem do estado sólido para o líquido.
Ex: O minério de ferro se “funde” a temperatura próxima de 1500º C
para a obtenção do ferro.
•
Solidificação:
Passagem do estado líquido para o sólido.
Ex: A água pura no estado líquido se solidifica a temperatura de 0º C.
•
Ebulição:
Passagem do estado líquido para o gasoso.
Ex: A água puro no estado líquido entra em ebulição a temperatura de
100º C.
•
Condensação:
O vapor se condensa em gotículas.
•
Dilatação térmica: possibilita a determinação da variação dimensional de um material
com a mudança de temperatura. Exemplos:
•
•
Material
•
Coeficiente de dilatação térmica (cm/cm/ºC a 20 ºC)
•
Concreto
•
12,6 x 10-6
•
Cobre
•
16,2 x 10
•
Alumínio
•
22,5 x 10-6
-6
Condutividade térmica: possibilita a determinação da capacidade de um material de
conduzir ou transferir calor. Exemplos: Bom condutor (metais), mau
4
condutor (borracha, madeira)
Exemplos:
Material
Coeficiente de condução térmica (ºC.cm2.s a 20ºC)
Tijolo Cerâmico
0,0015
Aço
0,115
Poliestireno
0,0002
3.3. Propriedades Elétricas
•
Condutividade e resistividade elétrica: são as propriedades que definem a facilidade ou
dificuldade que certos materiais apresentam para conduzir eletricidade. Exemplo: bom
condutor (metais), mau condutor (borracha, madeira).
Material
Resistividade (ohm.cm a 20ºC)
-6
Aço
17,1 x 10
Cobre
1,7 x 10-6
Alumínio
2,9 x 10
-6
1018
Poliestireno
3.4. Propriedades Químicas
•
Solubilidade:
Alguns materiais são solúveis em presença de água.
Exemplo: Material solúvel (gesso), insolúveis (cimento, ferro).
•
Estabilidade química: capacidade que um material apresenta de não reagir
quimicamente. Esta propriedade é que garante a durabilidade do material e, depende da
composição química, do grau de cristalização e nível de defeitos, e da temperatura.
•
facilidade de um material reagir quimicamente. Para algumas
Reatividade:
situações estas propriedades são necessárias, como no caso dos aglomerantes. A
composição química, o grau de amorfização e nível de defeitos, a temperatura, os
catalizadores e a granulometria influem na reatividade dos materiais.
3.5. Propriedades Magnéticas
Magnetismo:
Propriedade de certas substâncias em atrair o ferro.
3.6. Propriedades Mecânicas
•
Dureza:
Propriedade dos materiais de oferecer resistência ao risco, ou seja, à
penetração da sua superfície. A dureza é medida por escalas, obtidas a partir de
materiais de referência conforme elaboração do autor. Assim têm-se as seguintes
escalas:
Mohs: escala comparativa com materiais de referência como a unha, o vidro e o
canivete. Usada em Geologia e dá uma avaliação qualitativa do material.
Brinnel: avalia o material através da área de penetração de “bilhas” esféricas
padronizadas.
Rocwell: avalia o material através da profundidade de penetração de uma bilha
padrão.
-
-
5
Obs.: Os ensaios mais precisos são o Brinnel e o Rocwell, que avaliam o material a
partir de uma referência padronizada. Com isto a avaliação passa a ser quantitativa e
não qualitativa.
Exemplos de dureza:
Material
Dureza Brinnel
Dureza Mohs
Aço carbono
200
4–5
Latão
100
2–3
Plásticos
12
1-2
Resistência mecânica
Podemos definir resistência mecânica como sendo a relação entre o esforço aplicado a um
determinado corpo e a área da seção onde está sendo transmitido esse esforço.
A unidade de pressão, que define os valores de resistência, é o Pa (Pascal). Os valores da
resistência devem ser expressos em MPa (Mega Pascal).
1 MPa = 10 kgf/cm2
10 MPa = 1 kgf/mm2
(Em medidas de Engenharia, para facilitar os cálculos, a Norma Brasileira arredondou o
valor de 1 kgf para 10 Newton ( 1 kgf = 9,80665 Newton )
A seguir demonstraremos porque 1 kgf/mm2 = 10 MPa e 1 kgf/cm2 = 0,1 MPa
10 MPa = 1 kgf/mm2
M (mega) = 106
Pa (Pascal) = N ÷ m2 1 N = 10-1 kgf
Portanto teremos:
1 MPa = 106 x 10-1 kgf
106 mm2
Logo:
1 MPa = 106 x 10-1 kgf x 10-6
mm2
6
-7
1 MPa = 10 x 10 kgf
mm2
1 MPa = 10-1 kgf / mm2
10 MPa = 1 kgf / mm2
1 MPa = 10 kgf/cm2
M (mega) = 106
Pa (Pascal) = N ÷ m2 1 N = 10-1 kgf
6
-1
Portanto teremos:
1 MPa = 10 x 10 kgf
104 cm2
Logo:
1 MPa = 106 x 10-1 kgf x 10-4
cm2
1 MPa = 106 x 10-5 kgf
cm2
6
1 MPa = 10 kgf / cm2
Os esforços mecânicos ou solicitações simples a que um corpo pode ser submetido são:
- Compressão
-
Tração
-
Flexão
-
Torção
-
Cisalhamento
7
UNIDADES DE MEDIDA
Unidades de Base - SISTEMA INTERNACIONAL
Grandeza
Comprimento
Massa
Tempo
intensidade de corrente elétrica
temperatura termodinâmica
intensidade luminosa
quantidade de matéria
Unidade
Metro
Quilograma
Segundo
Ampère
Kelvin
candela
mol
Representação
m
kg
s
A
K
cd
mol
Unidades Derivadas- SISTEMA INTERNACIONAL
Grandeza
área
volume
velocidade
aceleração
massa específica
luminância
atividade radioativa
frequência
força
pressão
trabalho,energia
potência
carga elétrica
potencial elétrico
fluxo de indução magnética
indutância
momento de uma força
viscosidade dinâmica
capacidade térmica e entropia
calor específico
campo elétrico
Unidade
metro quadrado
metro cúbico
metro por segundo
metro por segundo ao
quadrado
quilograma por metro cúbico
candela por metro quadrado
por segundo
hertz(Hz)
newton (N)
pascal (Pa)
joule(J)
watt (W)
coulomb(C)
volt(V)
weber(Wb)
henry(H)
newton.metro
pascal.segundo
joule por kelvin
joule por kilograma.kelvin
volt por metro
8
Representação
2
m
3
m
-1
m.s
m.s-2
kg.m-3
cd.m-2
-1
s
-1
s
-2
kg.m.s
-2
N.m
-2
kg.m.s = N.m
kg.m.s-3 = J.s-1
A.s
J.C-1
V.s
-1
Wb.A
N.m
Pa.s
J.K-1
J(kg.K)-1
V.m-1
Unidades "NÃO SI "
Grandeza
Comprimento
Comprimento
Comprimento
Comprimento
Comprimento
Comprimento
Comprimento
Comprimento
Comprimento
Comprimento
Volume
Volume
Volume
volume
Massa
Massa
massa
Massa
Massa
Massa
Massa
Energia
Área
Área
Área
Área
Velocidade
aceleração
Pressão
Pressão
Pressão
Pressão
Pressão
Força
Força
trabalho e energia
trabaho e energia
Potência
Potência
Unidade
unidade astronômica (UA)
parsec(pc)
angstrom(Å)
milha marítima
micron ( )
milha terrestre (mile)
jarda (yard)
pé (foot)
palmo (span)
polegada (inch)
litro(l ou L)
barril de petróleo
galão americano
galão inglês
unidade de massa atômica(u)
tonelada(t)
quilate
dracma
libra (pound)
onça (avoirdupois)
onça ( apothecaria)
elétronvolt
are (a )
hectare(ha)
alqueire (paulista)
pé quadrado
nó
gal
bar
milimetro de mercúrio (mmHg)
torricelli (torr)
barie (b)
atmosfera normal(atm)
dyne(dyn)
quilograma-força(kgf)
erg
caloria (cal)
cavalo-vapor(CV)
horse-power
Valor (unidades SI)
1,495978 x 1011 m
3,085680 x 1016 m
-10
10 m
1852 m
-6
10 m
1 609, 3 m
0,9144 m
0,30480 m
22,86 x 10-2 m
-2
2,540 x 10 m
-3
3
10 m
3
0,159 m
-3
3
3,785 x 10 m
-3
3
4,545963 x 10 m
-27
1,66057 x 10 kg
1000 kg
2 x 10-4 kg
1,772 x 10-3 kg
0,453 kg
-3
28,35 x 10 kg
-3
31,10 x 10 kg
1,60218 x 10-19 J
102 m2
104 m2
24200 m2
9, 290304 m2
-1
1852 / 3600 m.s
-2
-2
10 m.s
5
10 Pa
103,322 Pa
103,322 Pa
0,1 Pa
101325 Pa
–5
10 N
9,80665 N
-7
10 J
4,1868 J
735,5 W
745,7 W
Bibliografia : Rozenberg, Izrael M. , "O Sistema Internacional de Unidades",
Instituto Mauá de Tecnologia, São Paulo - 1998
9
Exercícios:
1. Sabendo-se que a massa específica da argamassa é 2200 kg/m3. Calcular a massa de
800 litros de argamassa.
2. Calcular o volume absoluto de um traço de concreto de acordo com os dados a seguir:
Cimento:
Areia:
Brita:
Água:
300 kg
700 kg
1200 kg
200 L
Massa Específica:
Massa Específica:
Massa Específica:
Massa Específica:
3,05 kg/dm3
2,62 kg/dm3
2,71 kg/dm3
1,00 kg/dm3
3. Com as quantidades contidas no exercício 2 e o volume total correspondente, calcular o
volume de material necessário para uma concretagem de 150 m3.
Cimento:
Areia:
Brita:
Água:
300 kg
700 kg
1200 kg
200 L
Massa Unitária:
Massa Unitária:
Massa Unitária:
4. Calcular o peso seco de 90 kg de areia com 6% de umidade.
10
1,30 kg/dm3
1,42 kg/dm3
1,00 kg/dm3