introduÇÃo a materiais de construÇÃo civil
TRANSCRIPT
INTRODUÇÃO A MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL
� Perspectiva Histórica
� Os primeiros seres humanos tiveram acesso a apenas um número limitado de
materiais:
o Pedra, madeira, argila, peles,...
� Com o tempo eles descobriram técnicas para a produção de materiais que tinham
propriedades superiores às dos produtos naturais:
o Cerâmica e vários metais.
� Foi descoberto que as propriedades de um material poderiam ser alteradas
através de tratamento térmicos e pela adição de outras substâncias.
� Em tempos recentes (últimos 60 anos) os cientistas compreenderam as relações
entre os elementos estruturais dos materiais e as suas propriedades.
� Molda-se em grande parte as características dos materiais.
� Dezenas de milhares de materiais diferentes foram desenvolvidos, atendendo as
necessidades de nossa moderna e complexa
sociedade:
o Metais, plásticos, vidros e fibras.
� Ciência e Engenharia dos Materiais
• A ciência dos materiais envolve a investigação das relações entre as propriedades e as
estruturas dos materiais.
• A ESTRUTURA de um material está geralmente relacionada ao arranjo de seus
componentes internos.
• ESTRUTURA SUB-ATÔMICA: envolve elétrons no interior dos átomos individuais
e as interações com seus núcleos;
• ESTRUTURA ATÔMICA: engloba a organização dos átomos ou moléculas em
relação uns aos outros;
• ESTRUTURA MICROSCÓPICA: contém grandes grupos de átomos normalmente
conglomerados;
• ESTRUTURA MACROSCÓPICA: pode ser vista a olho nu.Propriedade é uma
peculiaridade do material em termos do tipo e da intensidade da resposta a um
estímulo específico que lhe é imposto.
• PROPRIEDADE: é uma peculiaridade do material em termos do tipo e da intensidade
da resposta a um estímulo específico que lhe é imposto. As definições das
propriedades são feitas de maneira independente da forma e do tamanho do material.
• MECÂNICA: relaciona deformação com uma carga ou força aplicada;
• ELÉTRICA: o estímulo é um campo elétrico;
• TÉRMICA: capacidade calorífica e condutividade térmica;
• MAGNÉTICA: demonstram a resposta de um material à aplicação de um campo
magnético;
• ÓTICA: o estímulo é a radiação eletromagnética ou a luminosa;
• DETERIORATIVA: indica a reatividade química dos materiais.
• Dois outros componentes importantes estão envolvidos na ciência e na engenharia
dos materiais:
• Processamento e desempenho
• A estrutura de um material irá depender da maneira como ele é processado.
• A inter-relação entre processamento, estrutura, propriedades e desempenho é
linear:
� Processamento: conjunto de técnicas para obtenção de materiais com formas
e propriedades específicas.
� Desempenho: resposta do material a um estímulo externo, presente nas
condições reais de utilização.
Exemplo : três amostras (de óxido de alumínio) processadas por diferentes rotas
� Por que estudar Ciência e Engenharia dos Materiais?
� Todo engenheiro:
o Mecânico, Civil, Eletricista ou de outra especialidade
� Está virtualmente interessado nos materiais que lhe são disponíveis.
� Seja qual for o produto:
o Uma ponte, um computador, um veículo espacial ou
um automóvel...
� O engenheiro deve ter conhecimento das propriedades
características e do comportamento dos materiais que vai
usar.
Monocristal (transparente)
Policristal denso
(translúcido)
Policristal poroso (opaco)
São muitas perguntas...
...a serem feitas em cada caso!
� As propriedades dos materiais definem:
o o desempenho de um determinado componente e o processo de fabricação do
mesmo.
� O número de materiais cresceu muito nas últimas décadas e a tendência é de se
proliferarem mais num futuro próximo
� Desenvolvimento e aperfeiçoamento dos métodos de extração de materiais da
natureza
� Modificação de materiais naturais
� Combinação de materiais conhecidos para a formação de novos materiais
� QUANTOS MATERIAIS DIFERENTES EXISTEM ?
� Entre 40000 e 80000 diferentes, contando as variantes de tratamento térmico e
composição de cada material
� COMO ESCOLHER ??
� Como definir qual o melhor material para um determinado fim?
Exemplo: Copo
� Vidro
� Cerâmica
� Plástico
� Madeira
� Metal
� Papel
� Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre
tantos outros?
� Em primeiro lugar, o engenheiro deve caracterizar quais as condições de operação que
será submetido o referido material e levantar as propriedades requeridas para tal
aplicação, saber como esses valores foram determinados e quais as limitações e
restrições quanto ao uso dos mesmos.
� A segunda consideração na escolha do material refere-se ao levantamento sobre o
tipo de degradação que o material sofrerá em serviço.
� Custo
� Tempo de vida ou Durabilidade
� Aparência
� Finalidade: Natureza do líquido
� (ex: copo de metal e papel
não pode ser usado para café)
o Por exemplo, elevadas temperaturas e ambientes corrosivos diminuem
consideravelmente a resistência mecânica.
� Finalmente, a consideração talvez mais convincente é provavelmente a econômica:
� Qual o custo do produto acabado???
� Um material pode reunir um conjunto ideal de propriedades, porém com custo
elevadíssimo.
� CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
� A classificação tradicional dos materiais é geralmente baseada na estrutura atômica e
química destes.
� METAIS: são normalmente combinações de elementos metálicos.
• Possuem grande número de elétrons não-localizados, ou seja, não estão ligados
a qualquer átomo em particular.
• Propriedades:
• Condutores de eletricidade e calor;
• Não transparentes à luz visível;
• Têm aparência lustrosa quando polidos;
• Geralmente são resistentes e deformáveis;
• São muito utilizados para aplicações
estruturais.
� CERÂMICOS: compostos entre os elementos metálicos e não-metálicos.
• são freqüentemente óxidos, nitretos e carbetos.
Propriedades:
• Isolantes de eletricidade e calor;
• Resistentes à alta temperatura e ambientes
abrasivos (mais que metais e polímeros);
• Duros, porém muito quebradiços.
� POLÍMEROS: compreendem os materiais comuns de plástico e borracha.
• Muitos deles são compostos orgânicos que tem sua química baseada no
carbono, no hidrogênio e em outros elementos não-metálicos;
• além disso, possuem estruturas moleculares muito grandes.
• Propriedades:
• Alta flexibilidade;
• Baixa densidade.
• Baixo isolamento térmico e elétrico
• Alta dureza e baixo coeficiente de expansão
� COMPÓSITOS:
• são constituídos de mais de um tipo de material
insolúveis entre si;
• são “desenhados” para apresentarem a combinação das
melhores características de cada material constituinte;
• muitos dos recentes desenvolvimento 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 associado a flexibilidade do
polímero.
� SEMICONDUTORES:
• apresentam propriedades elétricas que são intermediárias entre metais e
isolantes;
• as características elétricas são extremamente sensíveis à presença de pequenas
quantidades de impurezas, cuja concentração pode ser controlada em
pequenas regiões do material;
• os semicondutores tornaram possível o advento do circuito integrado que
revolucionou as indústrias de eletrônica e computadores.
“wafer”de Si para chips de computador Micro sistemas eletro-mecânicos (MEMS)
• Os compostos semicondutores são formados por elementos das colunas III e V ou II e VI.
� BIOMATERIAIS:
• são empregados em componentes para implantes de partes em seres humanos;
• esses materiais não devem produzir substâncias tóxicas e devem ser
compatíveis com o tecido humano (isto é, não deve causar rejeição);
• metais, cerâmicos, compósitos e polímeros podem ser usados como
biomateriais.
� MATERIAIS AVANÇADOS
• São materiais utilizados em aplicações de tecnologia de ponta, ou seja, são
materias utilizados para a fabricação de dispositivos ou componentes que
funcionam ou operam usando princípios sofiscados
• 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.
� NECESSIDADE DOS MATERIAIS MODERNOS
� Materias 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