Universidade Nove de Julho
Dep. de Ciências Exatas
Engenharia Civil
Materiais de Construção Civil I
Prof.ª Fádia Lima
Considerações Iniciais
O engenheiro, quer seja civil, mecânico,
químico ou eletrônico, em alguma ocasião se
depararão com a necessidade de escolher um material
apropriado para determinada aplicação ou enfrentará
algum problema de engenharia que envolva a
avaliação de desempenho ou propriedades de algum
material em condições de uso.
Quais os critérios que um engenheiro deve
adotar para selecionar um material entre muitos
outros?
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Considerações Iniciais
 Caracterização das condições de operação e
levantamento das propriedades requeridas do
material;
 Verificação do tipo de degradação que o material
sofrerá;
 Qual o custo do produto acabado.
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Propriedades Gerais dos Corpos
 EXTENSÃO: É a propriedade que possuem os corpos de




ocupar um lugar no espaço
IMPENETRABILIDADE: É a propriedade que indica não
ser possível que dois corpos ocupem o mesmo lugar no
espaço.
INÉRCIA: É a propriedade que impede os corpos de
modificarem, por si mesmos, seu estado inicial de repouso ou
movimento.
ATRAÇÃO: É a propriedade da matéria atrair a outra, de
acordo com a lei de atração das massas.
POROSIADE: É a propriedade que tem a matéria de não ser
contínua, havendo espaço entre as massas.
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Propriedades Gerais dos Corpos
 DIVISIBILIDADE: É a propriedade que os corpos tem de
se dividirem em fragmentos cada vez menores.
 INDESTRUTIBILIDADE: É a propriedade que a matéria
tem de ser indestrutível.
 PERMEABILIDADE: É definida como a propriedade que
governa a taxa de fluxo de um fluido para o interior de um
sólido poroso.
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Propriedades Mecânicas
 DURUZA: É definida pela resistência da superfície do
material à penetração. Como se pode esperar, a dureza e a
tração estão intimamente relacionadas.
 TENACIDADE: É a resistência que opõem ao choque ou
percussão; é a medida da energia necessária para romper o
material. Difere pois da resistência à tração, que é a medida
da tensão necessária para romper o material. Um material
dúctil com a mesma resistência de um material frágil irá
requerer maior energia para ser rompido e portanto é mais
tenaz (tem maior tenacidade).
 MALEABILIDADE
OU PLASTICIDADE: É a
capacidade que têm os corpos de se adelgaçarem até
formarem lâminas sem, no entanto, se romperem.
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Propriedades Mecânicas
 DUCTILIDADE: É a capacidade que têm os corpos de se
reduzirem a fios sem se romperem. Uma segunda medida da
ductilidade é a estricção imediatamente antes da ruptura. Os
materiais altamente dúcteis sofrem grande redução na área da
seção reta antes da ruptura.
 DURABILIDADE: E a capacidade que os corpos
apresentam de permanecerem inalterado por um tempo.
Admite-se que um material atingiu o fim da sua vida útil
quando as suas propriedades sob dadas condições de uso
deterioram a um tal ponto que a continuação do uso deste
material é considerada, como insegura, ou antieconômica.
 DESGASTE: É a perda de qualidade ou de dimensões com
o uso continuo. (Durabilidade e desgaste não são
necessariamente inversos.)
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Propriedades Mecânicas
 ELASTICIDADE: É a tendência que os corpos apresentam a




retoma à forma primitiva após a aplicação de um esforço.
RESISTÊNCIA: É definida como a capacidade de um material
resistir à tensão sem ruptura.
TENSÃO: É definida como a força por unidade de área. A
tensão é calculada simplesmente dividindo-se a força pela área
na qual atua.
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA: É uma deformação reversível,
sofrida pelo material quando sujeito a esforços, desaparece
quando a tensão é removida.
DEFORMAÇÀO PLÁSTICA: É uma deformação permanente
provocada por tensões que ultrapassam o limite de elasticidade,
portanto, não desaparece quando a tensão removida. A
deformação plástica é o resultado de um deslocamento
permanente dos átomos que constituem o material e, portanto,
difere da deformação elástica em que os átomos mantêm suas
posições relativas.
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Introdução
Como
O
objetivo
não desta
se pode
aulaesperar
não é ao química
término em
da si.
vida
A química
útil da obra
é o meio
para
para oseestudo
saber
o engenheiro
científico
acertou,
dos materiais
ensaiosde
de construção,
caracterização
e redução
da microdo
enfoque empírico.
estrutura
(composição
Através
química,
do conhecimento
porosidade, amorficidade)
da micro-estrutura
podem
do
material, teremos
substituir
algumas maior
previsões
possibilidade
de comportamento
de entender
ou mesmo
o seu
comportamento
selecionar
materiais
macroscópico
de maior durabilidade
e, conseqüentemente,
potencial. Este
o éseuo
desempenho.
princípio
básico e tema central da aula: o comportamento do
material
de sua
micro-estrutura.
Assim, não estudaremos
Com issodepende
temos uma
ferramenta
para o desenvolvimento
de novos
amateriais,
micro-estrutura
dointervenções
material se na
não
fornecer informações
através de
suanos
micro-estrutura
podemos
quanto
otimizarao seu
as comportamento
propriedades macroscópico.
do material melhorando seu
desempenho. Além disso, estes conhecimentos nos dão a
possibilidade de avaliar o comportamento do material ao longo do
tempo. Propriedades como durabilidade resistência à fadiga e
deformação lenta não são facilmente analisadas em ensaios de
execução imediata.
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Análise do Material
No nível atômico (nm – μm) procura-se avaliar a estrutura e a
composição de moléculas e cristais. Neste caso pode-se lançar mão
dos microscópios eletrônicos de varredura, que permite avaliar a
estrutura do material numa observação visual. Outro ensaio que
permite realizar a avaliação do material a nível atômico é a difração
de raios-X.
A análise microscópica já conta com larga aplicação na pesquisa e
desenvolvimento de materiais de construção a nível internacional, já
tendo alguns centros capacitados no Brasil. Através da análise
microscópica foi possível o desenvolvimento do concreto de alto
desempenho, a partir da década de 70. Utilizam-se, basicamente, os
microscópios eletrônicos de varredura e óticos, e ensaios físicos
como o porosímetro de mercúrio, que permite caracterizar a
porosidade interna do material.
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Análise do Material
Estrutura da caulinita
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Análise do Material
Como todos já devem saber,
existe um modelo para
representar
a
estrutura
atômica, que é composta por
partículas subatômicas: os
prótons (com carga positiva),
os elétrons (com carga
negativa) e os nêutrons (sem
carga).
Segundo os modelos mais aceitos o elétron não tem uma posição
definida em seu orbital, mas uma curva de probabilidade. Isto é,
existe uma região possível de se encontrar o elétron girando em
torno do núcleo que vai até uma distância de 1,5Å, sendo que a
distância de máxima probabilidade de posicionamento do elétron é
de 0,5Å em relação ao núcleo.
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Análise do Material
Atração + Repulsão = Ligação
Existe um equilíbrio de forças de repulsão e atração entre dois
átomos, as quais são função da distância entre os mesmos. A
somatória destas forças proporciona um valor médio. Para
distâncias muito pequenas há uma forte tendência de repulsão que
vai diminuindo progressivamente até atingir o valor de α’ onde se
anula. Este é o ponto de mais baixa energia e, conseqüentemente,
de equilíbrio numa ligação química.
Quando aumentada a distância interatômica, surgirá uma força de
atração que impedirá a separação dos átomos. Assim a distância
entre os dois átomos não tem um caráter estático numa ligação,
podendo ser reduzida ou ampliada, como uma mola. Este fato é a
base do comportamento elástico dos materiais.
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Ligações Químicas
 Ligação iônica: é aquela em que ocorre transferência
de elétrons de um átomo para outro. Dá origem a
cátions (+) e ânions (–) ou genericamente a íons.
Ao perder elétrons, um átomo fica com
carga positiva, e o outro átomo, o que
recebe, fica com carga negativa.
Num cristal iônico, os íons positivos e negativos
estão frente a frente. Produzindo-se uma
deformação, haverá um deslizamento dos íons e,
em algum momento, cargas do mesmo sinal ficarão
frente a frente: acontece a fratura
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Ligações Químicas
 Ligação Covalente: quando dois átomos mais
eletronegativos são iguais ou quando se encontram
unidos formando um composto ou um elemento, o
modelo de ligação iônica não é aplicável. Isso
porque os dois átomos tendem a receber elétrons e
são praticamente incapazes de cede-los.
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Forças Intermoleculares
 Forças de Van der Waals: essas forças devem-se à
polaridade das moléculas. Agem inclusive quando
uma das moléculas presentes não é polar. A
presença de polaridade deforma a nuvem
eletrônica da molécula não-polar até criar uma
polaridade. Assim como um pedaço de ferro se
transforma em ímã em presença de um campo
magnético
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Forças Intermoleculares
 Ligações de hidrogênio: da mesma forma que as
forças de Van der Waals, as ligações de
hidrogênio se devem à polaridade da molécula.
Elas, porém, são muito mais intensas que as
forças de Van der Waals. Agem quando um dos
pólos da molécula é o hidrogênio e o outro, um
elemento bastante eletronegativo, como o
oxigênio, o nitrogênio ou o flúor. Devido a seu
pequeno tamanho, podem se aproximar muito.
As forças eletrostáticas de atração são muito
intensas, mas não tão fortes quanto uma ligação
covalente.
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Forças Intermoleculares
 Ligações metálicas: considera-se que um metal é
formado por cristais entrecruzados formados por
íons positivos. Os elétrons "banham" esses íons
movendo-se livremente por todos os cristais, como
um gás num recipiente fechado. Esses elétrons são
os chamados elétrons de valência, pouco unidos ao
núcleo nos elementos eletropositivos. Explica
também a condutividade elétrica e térmica. A
eletricidade e o calor são transmitidos pelos
elétrons livres.
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Estrutura dos Sólidos
A estrutura dos sólidos é função da forma com
que se organizam seus átomos. A classificação dos tipos
de organização em molecular, cristalina e vítrea é de
ordem didática.
Os sólidos moleculares se caracterizam por
serem formados por grupos de átomos fortemente
ligados - as moléculas - que se encontram mais ou
menos solidarizados, em função da quantidade de
forças secundárias que mantém unidos estes grupos. As
ligações “intramoleculares” são fortes e as
“intermoleculares” fracas.
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Estrutura dos Sólidos
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Redes Cristalinas
Os arranjos cristalinos podem ocorrer com
diversas conformações geométricas através das
diferentes células cristalinas passíveis de serem
encontradas na natureza. Configurações que permitam
uma maior acomodação dos íons, gera materiais mais
densos, por exemplo. Configurações com um maior
número de planos na célula cristalina apresentam
também um maior número de planos de clivagem .
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Redes Cristalinas
Os sólidos amorfos se caracterizam por não ter
uma micro-estrutura organizada, como um líquido de
elevadíssima viscosidade. Logo não possui um ponto de
fusão muito bem definido e o balanço elétrico não está
bem configurado. Com isso é um material menos estável
quimicamente que o cristalino. Por não apresentarem
planos preferenciais de ruptura, são basicamente
isotrópicos. Um exemplo de material amorfo de uso
corriqueiro na construção civil é o vidro. Outro, muito
utilizado em conjunto com o cimento são as pozolanas,
que possuem a capacidade de reagir com o hidróxido de
cálcio e a água produzindo silicatos de cálcio hidratados.
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Redes Cristalinas
Um exemplo de
pozolana é a denominada
cinza volante (em inglês fly
ash). Ela é composta por
esferas ocas que possuem,
por sua vez, outras esferas
ocas em seu interior, e
assim sucessivamente. Uma
boa forma de aumentar a reatividade deste material é
através da moagem, que aumenta sua área específica
(quanto maior a área de contato com o reagente, maior
será a velocidade da reação)
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Redes Cristalinas
Como já foi dito antes, materiais de construção são
tirados da natureza (em grande escala), logo eles vêm com
todas as imperfeições, defeitos e impurezas que têm
direito. Estas imperfeições têm grande importância nas
propriedades macroscópicas do material.
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Propriedades dos Materiais
Estabilidade química: capacidade que um material
apresenta de não reagir quimicamente.
Durabilidade = f (estabilidade química)
A estabilidade química depende de:
Composição química
Grau de cristalização e nível de defeitos
Temperatura
Reatividade: facilidade que um material tem de
reagir quimicamente.
Aplicabilidade = f (reatividade)
A reatividade depende de:
Composição química
Grau de amorfização e nível de defeitos
Temperatura
Catalisadores granulometria
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