Argamassas

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  1. 1. INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS CONCEITOS BÁSICOS Prof. Belarmino B. Lira
  2. 2. Classificação dos Materias Metais (Combinações de elementos metálicos) Cerâmicos (Elementos metálicos e não metálicos) Polímeros (Ex. Plásticos e borracha) Compósitos (Fibra de vidro com polímero )  - Resistência do vidro e a flexibilidade do polímero Semicondutores  -Propriedades elétricas intermediária (cond. e isolantes) – Circuitos integrados Biomateriais  - Implantes nos corpos humanos
  3. 3. Materiais avançados Ex. Materiais usados em laser, circuitos integrados, fibra opticaMecessidade de Materiais Modernos
  4. 4. Importância dos recursos minerais A evolução da humanidade: Idades da pedra, do bronze, do ferro, etc. Nenhuma civilização pode prescindir do uso dos bens minerais, principalmente quando se pensa em qualidade de vida, uma vez que as necessidades básicas do ser humano - alimentação, moradia e vestuário - são atendidas essencialmente por estes recursos. Uma pessoa consome direta ou indiretamente cerca de 10 toneladas/ano de produtos do reino mineral, abrangendo 350 espécies minerais distintas. A construção de uma residência é um exemplo desta diversidade.
  5. 5. Sua casa vem da mineração
  6. 6. Realização de uma obra de engenharia, estão envolvido - projeto - materiais - execução conhecimento das materiais e minerais@pr.gov.br suas propriedades é de fundamental importância para uma construção bem sucedida:Uso adequado dos materiais!
  7. 7. Elemento construtivo Principais substâncias minerais utilizadastijolo argilabloco areia, brita, calcáriofiação elétrica cobre, petróleolâmpada quartzo, tungstênio, alumíniofundações de concreto areia, brita, calcário, ferroferragens ferro, alumínio, cobre, zinco, níquelvidro areia, calcário, feldspatolouça sanitária caulim, calcário, feldspato, talcoazulejo caulim, calcário, feldspato, talcopiso cerâmico argila, caulim, calcário, feldspato, talcoisolante - lã de vidro quartzo e feldspatoisolante - agregado micapintura - tinta calcário, talco, caulim, titânio, óxidos metálicoscaixa de água calcário, argila, gipsita, amianto, petróleoimpermeabilizante - betume folhelho pirobetuminoso, petróleopias mármore, granito, ferro, níquel, cobaltoencanamento metálico ferro ou cobre
  8. 8. forro de gesso gipsita esquadrias alumínio ou ligas de ferro-manganês piso pedra ardósia, granito, mármore calha ligas de zinco-níquel-cobre ou fibro-amianto telha cerâmica argila telha fibro-amianto calcário, argila, gipsita, amianto pregos e parafusos ferro, níquel e outros equipamentos e bens que nos garantem qualidade de vida também lápis, papel, louças, martelo, automóvel,alimentos - corretivo de solo, medicamento, borracha, talheres, serra, avião, fertilizante, defensivo agrícola perfumaria giz panelas torno barco rodovia, hidroelétrica, computador, fogão, combustível água ferrovia termoelétrica televisão geladeira
  9. 9. Desenvolvimento social e econômico A atividade mineral => recursos minerais essenciais ao seu desenvolvimento A intensidade de aproveitamento dos recursos um indicador social.Ex. O consumo per capita de agregados para a construção civil (areia + brita), este reflete a real intensidade estrutural de uma sociedade, pois está associado diretamente às vias de escoamento de produção, obras de arte, como viadutos e pontes, saneamento básico, hospitais, escolas, moradias, edifícios, energia elétrica e toda sorte de elementos intrínsecos ao desenvolvimento econômico e social de um povo.O crescimento sócio-econômico implica em maior consumo de bens minerais, O caráter pioneiro da mineração resulta em novas fronteiras econômicas e geográficas, abrindo espaço para o desenvolvimento e gerando oportunidades econômicas
  10. 10. (Trilhões de Btu)Consumo de Energia Industrial Energy Intensity vs. Energy Consumption 1000 Energy-Intensive Industries Petroleum 100Energy Intensity (Thousand Btu/$ GDP) Primary Metals Paper Chemicals Mining Minerals Textiles/Apparel Wood 10 Food Processing Tobacco/Beverages Plastics/ Fabricated Metals Furniture Rubber Transportation Leather Printing Machinery and Computers Miscellaneous Electrical 1 10 100 1000 10000 Energy Consumption (Trillion Btu) Sources: EIA 2001, 1998 Manufacturing Energy Consumption Survey; U.S. DOE 2002, Energy and Environmental Profile of the U.S. Mining Industry
  11. 11. MineralÉ um corpo natural sólido e cristalino formado emresultado da interacção de processos físico-químicos emambientes geológicos. Cada mineral é classificado edenominado não apenas com base na sua composiçãoquímica, mas também na estrutura cristalina dos materiaisque o compõem.Materiais com a mesma composição química podemconstituir minerais totalmente distintos em resultado demeras diferenças estruturais na forma como os seusátomos ou moléculas se arranjam espacialmente (comopor exemplo a grafite e o diamante).
  12. 12. Rochas É um agregado natural composto de alguns minerais ou de um único mineral.
  13. 13. Origem dos MateriaisConceitos de Mineração Superfície Corpo Mineralizado Esc: 1km
  14. 14. Mineração - Lavra Céu aberto Bancada
  15. 15. Lavra a céu aberto
  16. 16. Petróleo
  17. 17. Processamento Mineral
  18. 18. Fluxograma - Britagem, Moagem e Classificação Refugo da moagem
  19. 19. Liberação - Cominuição
  20. 20. Metodos físicos de Conentração :Gravimetrica, Eletrostática, Magnética; Flotação e Flocução Seletiva
  21. 21. Construções devem apresentar: Segurança Servicibilidade DurabilidadeServicibilidade: comportamento adequado=> envolvendopequenas deformações, aparência, conforto, etc Fator fundamental: Custo
  22. 22. No trabalho; na produção e na estrutura da Segurança construçãoNo trabalho: Pessoa qualificada (Engenheiro) presente no canteiro de obras. Obrigatoriedade do uso de capacetes, luvas, botas, cintos de segurança. Conscientização dos trabalhadores a fim de evitar acidentes .
  23. 23. Segurança Sob o ponto de vista estrutural:  assegurar que a construção não se torne imprópria causando danos
  24. 24. Segurança Sob o ponto de vista da geologia  assegurar que a localização da construção seja adequada e não cause danos
  25. 25. Servicibilidade Comportamento adequado para a construção
  26. 26. ConfortoO conforto deve ser previsto pelo projetistada obra e assegurado por uma boamanutenção.Exemplos de previsão de conforto: Eliminação de vibração em pontes. Controle da deformabilidade excessiva. Eliminação de ruídos. Previsão de boa iluminação. Projeto de refrigeração e/ou aquecimento. Velocidade e estabilidade de elevadores.
  27. 27. Aparência A aparência de uma obra deve ser de tal modo que não cause impacto negativo sobre o meio ambiente.O conforto está diretamente ligado à aparênciae certos detalhes (cor, forma, textura e outrosdetalhes artísticos) mostram isso claramente.
  28. 28. Durabilidade Capacidade de a construção se manter em condições normais de utilização ao longo da sua vida É importante lembrar que nada é eterno e por melhor que seja a obra, seu tempo de vida está ligado à sua manutenção.Necessidade de conhecer bem os materiais a serem utilizados!
  29. 29. Aspecto econômicoA boa engenharia é aquela que proporcionaa associação mais adequada de segurança,durabilidade, conforto e arte com o menorcusto possível.Ou seja, a economia é um ponto relevanteque põe em conjunto todos os outrosaspectos, formando com isso, um projetobem sucedido.
  30. 30. Ciências ligadas aos MateriaisA fim de se realizar uma construção, épreciso se conhecer a priori as açõesexternas atuantes como: peso próprio,cargas temporárias ou acidentais, ações dovento, temperatura, efeitos de terremotos,etc.É nesse contexto que a interação de diversasciências (Física, Mecânica, Química,Metalurgia, Mineração e Geologia etc) ocorre.
  31. 31. NormalizaçãoNormas técnicas: existem para regulamentar os ensaiosque permitam avaliação da qualidade, classificação e oemprego dos diversos materiais.Ao redor de todo o mundo diversas entidades estãoresponsáveis pelas normas:Brasil: ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)Estados Unidos: ASTM (American Society for TestingMaterials)Europa: CEN (Comitê Europeu de Normalização)Mundo: ISO (International Standard Organization)
  32. 32. Propriedades dos materiais sólidos Por serem os materiais mais importantes para a indústria da construção civil, as propriedades dos corpos sólidos devem ser estudadas de modo a permitir o conhecimento do comportamento em serviço da construção.
  33. 33. CONCEITOS STRESS E STRAIN•Stress significa “tensão“, que tem por medida força/área (N/m2 ). A tensão é a força/área necessária para produzir deformação (aplicando-se um stress em um corpo será gerado um strain).• Strain significa “deformação". É uma grandeza escalar medida somente pelo comprimento. Tensor é quantitativo matemático usado para descrever a propriedade física de um material. Tanto o stress quanto o strain são materializados por elipsóides utilizados para representação espacial da tensão e da deformação, cujos eixos são inversamente proporcionais.
  34. 34. Elipsóide de deformação (strain)Eixos são representados pelas letras “x","y","z“, onde x>y>z representam uma ordem decrescente de deformação. O elipsóide de tensão é inversamente proporcional ao elipsóide dedeformação. Numa comparação aproximada: σ1 Z /σ2 Y /σ3 X Os eixos dos elipsóides variam de acordo com o stress aplicado na superfície rochosa. Desta forma os eixos podem sofrer: Estiramento/Encurtamento/Encurtamento Estiramento/Encurtamento/Estiramento Encurtamento/Estiramento/Estiramento
  35. 35.  Unidade de Tensão:Unidade de força (N)/unidade de área (m 2): Pascal: Pa = N/m2 Em engenharia: Pascal unidade muito pequena: usa-se megapascal: MPa 1 MPa =1N/mm2 =1000kN/m2 = 0,1kN/cm2 1MPa = 10 kgf/cm2 = 100 tf/m2
  36. 36. Conceito de tensão em um ponto Para que um corpo esteja em equilíbrio, qualquer de suas partes (corpo livre) deve estar em equilíbrio.Corpo submetido a um Corpo em equilíbriosistema de forças devido a suas forçasexternas. internas.
  37. 37. Tensão em um ponto  ∆f  Tensão: σ = lim  ∆S →0 ∆S     ∆f n  Tensão Normal: σ n = σ = lim   ∆S →0 ∆S    ∆f t  Tensão Tangencial: σ t = τ = lim   ∆S →0 ∆S  Portanto, é possível verificar que o valor da tensãodepende da orientação do plano considerado.
  38. 38. Fatores extrínsecos(a) Pressão confinante: materiais friáveis tornam-se mais dúcteis,quanto maior a pressão confinante (PC). Os limites de elasticidade,resistência e esforço máximo se elevam com o aumento da PC, isto significaque a maiores profundidades maiores esforços são necessários paraproduzir a mesma deformação.(b) Temperatura: facilita a deformação, tornando os materiais maisdúcteis, principalmente quando a pressão confinante e a temperaturasomam seus efeitos. O limite da resistência, o esforço máximo e o limite deelasticidade, diminuem com o aumento de temperatura, isto significa que amesma deformação é causada poresforços, tanto menores, quanto maior fora temperatura. A temperatura age contrariamente em relação à pressãoconfinante.(c) Tempo de Aplicação do Esforço: se faz lentamente e com pausas -fenômeno comum na natureza – através de acréscimos infinitesimais.Quanto maior o tempo de aplicação do esforço mais dúctil será adeformação.
  39. 39. Fatores intrínsecos (d) Presença de Fluídos O limite de plasticidade, o limite de resistência e o esforço máximo,diminuem com a presença das soluções (uma mesma deformação exige esforços menores se a rocha portar soluções). (e) Anisotropia Estrutural Corpos de provas, cortados paralelamente e perpendicularmente à xistosidade, mostram comportamentos diferentes (a orientação da anisotropia estrutural influi na deformação). (f) Heterogeneidade litológica Willis (1932) introduziu o conceito de competência: rochas competentes são aquelas que se deformam sem se romperem e transmitem os esforços por distâncias maiores; rochas incompetentessão relacionadas à deformação concomitante, com absorção de esforços em curtas distâncias.
  40. 40. Resistência Capacidade de o material resistir a tensões Resistência: medida em ensaios padronizados para os diversos materiais
  41. 41. Deformação A grandeza deformação é definida como a taxa de variação do deslocamento (u e v) em relação à coordenada espacial (x e/ou y) Elemento plano sofrendo deformação
  42. 42. Relação Tensão x DeformaçãoLei constitutiva de um material: permitecaracterização do comportamento de umsólido através de uma relação entre asgrandezas tensão e deformação.Cada material apresenta comportamento detensão x deformação diferente.
  43. 43. Comportamentos Tensão xDeformação
  44. 44. Módulo de Elasticidade Módulo de elasticidade inicial: inclinação do trecho inicial do diagrama tensão-deformação
  45. 45. Propriedades mecânicas Elasticidade: É a propriedade que um corpo sólido apresenta de retornar à forma original após cessada a aplicação de carga que o deformou. Em um gráfico Tensão x Deformação, a elasticidade do material está evidenciada pela coincidência dos caminhos de carregamento e descarregamento.
  46. 46. ElasticidadeA maioria dos materiais sólidos tem umcomportamento misto, apresentando umarelação linear-elástica para baixos níveis detensão e perdendo a elasticidade quandoalcança tensões elevadas. •Deformação elástica: recuperável quando cessada a tensão Curva tensão x deformação para um material com comportamento não-linear elástico
  47. 47. PlasticidadeÉ a propriedade que um corpo sólidoapresenta de se deformar, mudandosubstancialmente sua forma sem, no entanto,se romper •Deformação plástica: não recuperável (residual) Relação tensão x deformação para um material linear elástico perfeitamente plástico.
  48. 48. PlasticidadeVale ressaltar que existem materiais comcomportamento plástico não-perfeito. Curva tensão x deformação para um material com comportamento não-linear com plastificação.
  49. 49. Resiliência É a quantidade de energia que o material pode absorver e recuperar.Graficamente, é representada pela área sob a curva tensão x deformação no trecho de descarregamento correspondente à absorção de energia elástica. Representação gráfica da resiliência
  50. 50. TenacidadeÉ a quantidade de energia total (em regimeelástico e plástico) que o material podeabsorver. Graficamente,é representada pelaárea sob a curva tensão x deformação. Representação gráfica da tenacidade
  51. 51. Ductibilidade e MaleabilidadeEstão relacionados com a capacidade dedeformação plástica do material.Maleabilidade se refere à capacidade do materialse deformar sem se romper, quando submetido aesforços de compressão, e a ductibilidade aesforços de tração.Todos os materiais dúcteis são maleáveis, masnem todos os materiais maleáveis são dúcteis. Issoocorre pois o material maleável pode ter poucaresistência e romper facilmente quando submetidoà esforços de tração.
  52. 52. DuctilidadeEm termos práticos, a ductilidade é expressa emtermos do alongamento percentual em umensaio de tração até a ruptura. Alongamento percentual em um ensaio de tração: ε = (Lu-Lo)/Lo x100
  53. 53. Ductilidade Numa curva tensão x deformação, em tração, a ductibilidade é medida pelo nível de deformação na ruptura. Ex: aço: 8% a 20 % concreto: 0,3%-0,4%Parâmetro de ductibilidade numa curva tensão x deformação
  54. 54. material dúctilRompe com grandesdeformações: aço, borracha,fibras vegetais...grandes deformações paraconstruções: mais de 1 %Materiais dúcteis:desejáveis para aEngenharia=>dão pré-aviso da ruptura
  55. 55. Material frágil- Rompe com pequenas deformações- ruptura sem aviso prévio: cerâmicas, vidro, pedras, concreto.
  56. 56.  Material dúctil: rompe com grandes deformações (dá um pré-aviso da ruptura) aço Material frágil: rompe com pequenas deformações (rompe bruscamente, sem pré- aviso) concreto simples
  57. 57. FluênciaÉ o aumento contínuo de deformação aolongo do tempo, com o material submetido aum estado constante de tensão. Curva deformação x tempo representativa da fluência
  58. 58. Fadiga Diminuição da resistência de um materialquando submetido a tensões cíclicas. Tensão ao longo do tempo num ensaio de fadiga Importante em pontes, estruturas industriais etc
  59. 59. Fadiga Se a tensão for reduzida, o material suporta um número maior de ciclos até um ponto limite, dito limite de fadiga, onde o material suportaria, teoricamente, um número infinito de ciclos. Curva resistência x nº de ciclos num ensaio de fadiga
  60. 60. DurezaCapacidade de um material resistir à abrasãosuperficial, ou seja, é a resistência que o materialoferece ao ser riscado.A dureza relativa dos materiais é constatada através daescala de Mooh. Equipamento para corte de concreto: extremidade com diamante.
  61. 61. Propriedades físicas Peso específico É a relação entre o peso e o volume da amostra do material. peso pe = volumeMassa específica É a relação entre a massa e o volume da amostra do material. massa me = volume
  62. 62. DensidadeÉ a relação entre a massa da amostra e amassa do mesmo volume de água destiladaa 4º C.Ex. aço: 7,85 concreto: 2,3 a 2,4
  63. 63. Conductibilidade térmicaÉ a capacidade do material de permitir apropagação de calor através de seu meio.Esta capacidade é medida através de umcoeficiente de conductibilidade térmica K. Fluxo de calor através de uma parede
  64. 64. desejável: menor conductibilidade térmica: terra => melhor que concreto!Estudo do comportamento térmico deparedes de terra crua (UFGG)
  65. 65. Conductibilidade elétrica:É a capacidade que o material tem de permitirque seus elétrons de valência (elétrons do nívelde energia mais externo do átomo) se desloqueme tornem-se livres. Os materiais podem ser de 3 tipos: Supercondutores: Permitem o fluxo de corrente elétrica quase que indefinidamente. Isolantes: Os elétrons de valência estão firmemente retidos em orbitais fixos. Semicondutores: Onde a condução elétrica é devido ao fluxo combinado de elétrons de valência e íons positivos.
  66. 66. Bibliografia Recomendada:BAUER; Falcão - Materiais de ConstruçãoVERÇOSA; Enio José - Materiais de Construção Civil. Vol IPETRUCCI; E. G. R. - Materiais de Construção - Concreto do Cimento PortlandALVES; José Dafico - Materiais de Construção. Vol ISILVA, Moema Ribas - Materiais de ConstruçãoSCANDIUZZA, Luércio ANDRIOLO, Francisco R. - Concreto e seusMateriais: Propriedades e EnsaiosMEHTA, P. Kumar MONTEIRO, Paulo J. M. - Concreto: Estrutura,Propriedade e Materiais.Dana, Manual de MineralogiaNotações de aulaInternetwebmaster@webmineral.comIndicações durante as aulas

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