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INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS


                 CONCEITOS
                   BÁSICOS

             Prof. Belarmino B. Lira
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
Materiais avançados
 Ex. Materiais usados em laser, circuitos
  integrados, fibra optica


Mecessidade de Materiais Modernos
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.
Sua casa vem da mineração
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!
Elemento construtivo         Principais substâncias minerais utilizadas

tijolo                       argila


bloco                        areia, brita, calcário


fiação elétrica              cobre, petróleo


lâmpada                      quartzo, tungstênio, alumínio


fundações de concreto        areia, brita, calcário, ferro


ferragens                    ferro, alumínio, cobre, zinco, níquel


vidro                        areia, calcário, feldspato


louça sanitária              caulim, calcário, feldspato, talco


azulejo                      caulim, calcário, feldspato, talco


piso cerâmico                argila, caulim, calcário, feldspato, talco


isolante - lã de vidro       quartzo e feldspato


isolante - agregado          mica


pintura - tinta              calcário, talco, caulim, titânio, óxidos metálicos


caixa de água                calcário, argila, gipsita, amianto, petróleo


impermeabilizante - betume   folhelho pirobetuminoso, petróleo


pias                         mármore, granito, ferro, níquel, cobalto


encanamento metálico         ferro ou cobre
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
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
(Trilhões de Btu)
Consumo de Energia
                                                           Industrial Energy Intensity vs. Energy Consumption
                                        1000

                                                                     Energy-Intensive Industries


                                                                                                                                     Petroleum


                                          100
Energy 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
Mineral
É um corpo natural sólido e cristalino formado em
resultado da interacção de processos físico-químicos em
ambientes geológicos. Cada mineral é classificado e
denominado não apenas com base na sua composição
química, mas também na estrutura cristalina dos materiais
que o compõem.

Materiais com a mesma composição química podem
constituir minerais totalmente distintos em resultado de
meras diferenças estruturais na forma como os seus
átomos ou moléculas se arranjam espacialmente (como
por exemplo a grafite e o diamante).
Rochas
 É um agregado natural composto de alguns
 minerais ou de um único mineral.
Origem dos Materiais
Conceitos de Mineração

                        Superfície




         Corpo
         Mineralizado

                                     Esc:
                                     1km
Mineração - Lavra



         Céu aberto
                      Bancada
Lavra a céu aberto
Petróleo
Processamento Mineral
Fluxograma - Britagem, Moagem e Classificação

                                                Refugo da moagem
Liberação - Cominuição
Metodos físicos de Conentração :
Gravimetrica, Eletrostática, Magnética; Flotação e Flocução Seletiva
Construções devem apresentar:
                       Segurança


                     Servicibilidade

                      Durabilidade

Servicibilidade: comportamento adequado=> envolvendo
pequenas deformações, aparência, conforto, etc

                 Fator fundamental:

                         Custo
No trabalho; na produção e na estrutura da
 Segurança             construção


No 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 .
Segurança        Sob o ponto de vista estrutural:


   assegurar que a construção não se torne
    imprópria causando danos
Segurança      Sob o ponto de vista da geologia


   assegurar que a localização da    construção
    seja adequada e não cause danos
Servicibilidade
  Comportamento adequado para a construção
Conforto
O conforto deve ser previsto pelo projetista
da obra e assegurado por uma boa
manutenção.
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.
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 aparência
e certos detalhes (cor, forma, textura e outros
detalhes artísticos) mostram isso claramente.
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!
Aspecto econômico

A boa engenharia é aquela que proporciona
a associação mais adequada de segurança,
durabilidade, conforto e arte com o menor
custo possível.

Ou seja, a economia é um ponto relevante
que põe em conjunto todos os outros
aspectos, formando com isso, um projeto
bem sucedido.
Ciências ligadas aos Materiais

A fim de se realizar uma construção, é
preciso se conhecer a priori as ações
externas atuantes como: peso próprio,
cargas temporárias ou acidentais, ações do
vento, temperatura, efeitos de terremotos,
etc.
É nesse contexto que a interação de diversas
ciências (Física, Mecânica, Química,
Metalurgia, Mineração e Geologia etc) ocorre.
Normalização
Normas técnicas: existem para regulamentar os ensaios
que permitam avaliação da qualidade, classificação e o
emprego dos diversos materiais.
Ao redor de todo o mundo diversas entidades estão
responsáveis pelas normas:

Brasil: ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)

Estados Unidos: ASTM (American Society for Testing
Materials)

Europa: CEN (Comitê Europeu de Normalização)

Mundo: ISO (International Standard Organization)
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.
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.
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
 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
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 equilíbrio
sistema de forças      devido a suas forças
externas.              internas.
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 tensão
depende da orientação do plano considerado.
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 significa
que a maiores profundidades maiores esforços são necessários para
produzir a mesma deformação.
(b) Temperatura: facilita a deformação, tornando os materiais mais
dúcteis, principalmente quando a pressão confinante e a temperatura
somam seus efeitos. O limite da resistência, o esforço máximo e o limite de
elasticidade, diminuem com o aumento de temperatura, isto significa que a
mesma deformação é causada poresforços, tanto menores, quanto maior for
a temperatura. A temperatura age contrariamente em relação à pressão
confinante.
(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 a
deformação.
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 incompetentes
são relacionadas à deformação concomitante, com absorção de esforços
                            em curtas distâncias.
Resistência
 Capacidade de o material resistir a tensões
 Resistência: medida em ensaios padronizados
  para os diversos materiais
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
Relação Tensão x Deformação
Lei constitutiva de um material: permite
caracterização do comportamento de um
sólido através de uma relação entre as
grandezas tensão e deformação.

Cada material apresenta comportamento de
tensão x deformação diferente.
Comportamentos Tensão x
Deformação
Módulo de Elasticidade




   Módulo de elasticidade inicial: inclinação do
   trecho inicial do diagrama tensão-deformação
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.
Elasticidade
A maioria dos materiais sólidos tem um
comportamento misto, apresentando uma
relação linear-elástica para baixos níveis de
tensão e perdendo a elasticidade quando
alcança tensões elevadas.


                              •Deformação elástica:
                              recuperável quando
                              cessada a tensão


   Curva tensão x deformação para um material com
          comportamento não-linear elástico
Plasticidade
É a propriedade que um corpo sólido
apresenta de se deformar, mudando
substancialmente sua forma sem, no entanto,
se romper



                             •Deformação plástica: não
                             recuperável (residual)


  Relação tensão x deformação para um material linear
            elástico perfeitamente plástico.
Plasticidade
Vale ressaltar que existem materiais com
comportamento plástico não-perfeito.




   Curva tensão x deformação para um material com
     comportamento não-linear com plastificação.
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
Tenacidade

É a quantidade de energia total (em regime
elástico e plástico) que o material pode
absorver. Graficamente,é representada pela
área sob a curva tensão x deformação.




        Representação gráfica da tenacidade
Ductibilidade e Maleabilidade
Estão relacionados com a           capacidade   de
deformação plástica do material.

Maleabilidade se refere à capacidade do material
se deformar sem se romper, quando submetido a
esforços de compressão, e a ductibilidade a
esforços de tração.

Todos os materiais dúcteis são maleáveis, mas
nem todos os materiais maleáveis são dúcteis. Isso
ocorre pois o material maleável pode ter pouca
resistência e romper facilmente quando submetido
à esforços de tração.
Ductilidade
Em termos práticos, a ductilidade é expressa em
termos do alongamento percentual em um
ensaio de tração até a ruptura.




 Alongamento percentual em um ensaio de tração:
              ε = (Lu-Lo)/Lo x100
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
material dúctil
Rompe com grandes
deformações: aço, borracha,
fibras vegetais...

grandes deformações para
construções: mais de 1 %


Materiais dúcteis:
desejáveis para a
Engenharia=>
dão pré-aviso da ruptura
Material frágil
- Rompe com pequenas deformações
- ruptura sem aviso prévio: cerâmicas, vidro,
  pedras, concreto.
 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
Fluência
É o aumento contínuo de deformação ao
longo do tempo, com o material submetido a
um estado constante de tensão.




  Curva deformação x tempo representativa da fluência
Fadiga
 Diminuição da resistência de um material
quando submetido a tensões cíclicas.




   Tensão ao longo do tempo num ensaio de fadiga

    Importante em pontes, estruturas industriais etc
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
Dureza
Capacidade de um material resistir à abrasão
superficial, ou seja, é a resistência que o material
oferece ao ser riscado.
A dureza relativa dos materiais é constatada através da
escala de Mooh.




                              Equipamento para corte de concreto:
                              extremidade com diamante.
Propriedades físicas
 Peso específico

   É a relação entre o peso e o volume da
   amostra do material.
                    peso
              pe =
                   volume

Massa específica
  É a relação entre a massa e o volume da
  amostra do material.
                   massa
              me =
                   volume
Densidade

É a relação entre a massa da amostra e a
massa do mesmo volume de água destilada
a 4º C.
Ex. aço: 7,85
     concreto: 2,3 a 2,4
Conductibilidade térmica
É a capacidade do material de permitir a
propagação de calor através de seu meio.
Esta capacidade é medida através de um
coeficiente de conductibilidade térmica K.




    Fluxo de calor através de uma parede
desejável: menor conductibilidade
             térmica: terra => melhor que concreto!




Estudo do comportamento térmico de
paredes de terra crua (UFGG)
Conductibilidade elétrica:

É a capacidade que o material tem de permitir
que seus elétrons de valência (elétrons do nível
de energia mais externo do átomo) se desloquem
e 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.
Bibliografia Recomendada:


BAUER; Falcão - Materiais de Construção
VERÇOSA; Enio José - Materiais de Construção Civil. Vol I
PETRUCCI; E. G. R. - Materiais de Construção
                     - Concreto do Cimento Portland
ALVES; José Dafico - Materiais de Construção. Vol I
SILVA, Moema Ribas - Materiais de Construção
SCANDIUZZA, Luércio ANDRIOLO, Francisco R. - Concreto e seus
Materiais: Propriedades e Ensaios
MEHTA, P. Kumar MONTEIRO, Paulo J. M. - Concreto: Estrutura,
Propriedade e Materiais.
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Introdução aos materiais

  • 1. INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS CONCEITOS BÁSICOS Prof. Belarmino B. Lira
  • 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. Materiais avançados  Ex. Materiais usados em laser, circuitos integrados, fibra optica Mecessidade de Materiais Modernos
  • 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.
  • 6. Sua casa vem da mineração
  • 7. 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!
  • 8. Elemento construtivo Principais substâncias minerais utilizadas tijolo argila bloco areia, brita, calcário fiação elétrica cobre, petróleo lâmpada quartzo, tungstênio, alumínio fundações de concreto areia, brita, calcário, ferro ferragens ferro, alumínio, cobre, zinco, níquel vidro areia, calcário, feldspato louça sanitária caulim, calcário, feldspato, talco azulejo caulim, calcário, feldspato, talco piso cerâmico argila, caulim, calcário, feldspato, talco isolante - lã de vidro quartzo e feldspato isolante - agregado mica pintura - tinta calcário, talco, caulim, titânio, óxidos metálicos caixa de água calcário, argila, gipsita, amianto, petróleo impermeabilizante - betume folhelho pirobetuminoso, petróleo pias mármore, granito, ferro, níquel, cobalto encanamento metálico ferro ou cobre
  • 9. 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
  • 10. 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
  • 11.
  • 12. (Trilhões de Btu) Consumo de Energia Industrial Energy Intensity vs. Energy Consumption 1000 Energy-Intensive Industries Petroleum 100 Energy 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
  • 13. Mineral É um corpo natural sólido e cristalino formado em resultado da interacção de processos físico-químicos em ambientes geológicos. Cada mineral é classificado e denominado não apenas com base na sua composição química, mas também na estrutura cristalina dos materiais que o compõem. Materiais com a mesma composição química podem constituir minerais totalmente distintos em resultado de meras diferenças estruturais na forma como os seus átomos ou moléculas se arranjam espacialmente (como por exemplo a grafite e o diamante).
  • 14.
  • 15. Rochas  É um agregado natural composto de alguns minerais ou de um único mineral.
  • 16. Origem dos Materiais Conceitos de Mineração Superfície Corpo Mineralizado Esc: 1km
  • 17. Mineração - Lavra Céu aberto Bancada
  • 18. Lavra a céu aberto
  • 19.
  • 22.
  • 23. Fluxograma - Britagem, Moagem e Classificação Refugo da moagem
  • 24.
  • 25.
  • 27. Metodos físicos de Conentração : Gravimetrica, Eletrostática, Magnética; Flotação e Flocução Seletiva
  • 28. Construções devem apresentar: Segurança Servicibilidade Durabilidade Servicibilidade: comportamento adequado=> envolvendo pequenas deformações, aparência, conforto, etc Fator fundamental: Custo
  • 29. No trabalho; na produção e na estrutura da Segurança construção No 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 .
  • 30. Segurança Sob o ponto de vista estrutural:  assegurar que a construção não se torne imprópria causando danos
  • 31. Segurança Sob o ponto de vista da geologia  assegurar que a localização da construção seja adequada e não cause danos
  • 32. Servicibilidade Comportamento adequado para a construção
  • 33. Conforto O conforto deve ser previsto pelo projetista da obra e assegurado por uma boa manutenção. 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.
  • 34. 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 aparência e certos detalhes (cor, forma, textura e outros detalhes artísticos) mostram isso claramente.
  • 35. 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!
  • 36. Aspecto econômico A boa engenharia é aquela que proporciona a associação mais adequada de segurança, durabilidade, conforto e arte com o menor custo possível. Ou seja, a economia é um ponto relevante que põe em conjunto todos os outros aspectos, formando com isso, um projeto bem sucedido.
  • 37. Ciências ligadas aos Materiais A fim de se realizar uma construção, é preciso se conhecer a priori as ações externas atuantes como: peso próprio, cargas temporárias ou acidentais, ações do vento, temperatura, efeitos de terremotos, etc. É nesse contexto que a interação de diversas ciências (Física, Mecânica, Química, Metalurgia, Mineração e Geologia etc) ocorre.
  • 38. Normalização Normas técnicas: existem para regulamentar os ensaios que permitam avaliação da qualidade, classificação e o emprego dos diversos materiais. Ao redor de todo o mundo diversas entidades estão responsáveis pelas normas: Brasil: ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) Estados Unidos: ASTM (American Society for Testing Materials) Europa: CEN (Comitê Europeu de Normalização) Mundo: ISO (International Standard Organization)
  • 39. 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.
  • 40. 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.
  • 41. 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
  • 42.  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
  • 43. 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 equilíbrio sistema de forças devido a suas forças externas. internas.
  • 44. 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 tensão depende da orientação do plano considerado.
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  • 46. 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 significa que a maiores profundidades maiores esforços são necessários para produzir a mesma deformação. (b) Temperatura: facilita a deformação, tornando os materiais mais dúcteis, principalmente quando a pressão confinante e a temperatura somam seus efeitos. O limite da resistência, o esforço máximo e o limite de elasticidade, diminuem com o aumento de temperatura, isto significa que a mesma deformação é causada poresforços, tanto menores, quanto maior for a temperatura. A temperatura age contrariamente em relação à pressão confinante. (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 a deformação.
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  • 48. 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 incompetentes são relacionadas à deformação concomitante, com absorção de esforços em curtas distâncias.
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  • 50. Resistência  Capacidade de o material resistir a tensões  Resistência: medida em ensaios padronizados para os diversos materiais
  • 51. 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
  • 52. Relação Tensão x Deformação Lei constitutiva de um material: permite caracterização do comportamento de um sólido através de uma relação entre as grandezas tensão e deformação. Cada material apresenta comportamento de tensão x deformação diferente.
  • 54. Módulo de Elasticidade Módulo de elasticidade inicial: inclinação do trecho inicial do diagrama tensão-deformação
  • 55. 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.
  • 56. Elasticidade A maioria dos materiais sólidos tem um comportamento misto, apresentando uma relação linear-elástica para baixos níveis de tensão e perdendo a elasticidade quando alcança tensões elevadas. •Deformação elástica: recuperável quando cessada a tensão Curva tensão x deformação para um material com comportamento não-linear elástico
  • 57. Plasticidade É a propriedade que um corpo sólido apresenta de se deformar, mudando substancialmente sua forma sem, no entanto, se romper •Deformação plástica: não recuperável (residual) Relação tensão x deformação para um material linear elástico perfeitamente plástico.
  • 58. Plasticidade Vale ressaltar que existem materiais com comportamento plástico não-perfeito. Curva tensão x deformação para um material com comportamento não-linear com plastificação.
  • 59. 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
  • 60. Tenacidade É a quantidade de energia total (em regime elástico e plástico) que o material pode absorver. Graficamente,é representada pela área sob a curva tensão x deformação. Representação gráfica da tenacidade
  • 61. Ductibilidade e Maleabilidade Estão relacionados com a capacidade de deformação plástica do material. Maleabilidade se refere à capacidade do material se deformar sem se romper, quando submetido a esforços de compressão, e a ductibilidade a esforços de tração. Todos os materiais dúcteis são maleáveis, mas nem todos os materiais maleáveis são dúcteis. Isso ocorre pois o material maleável pode ter pouca resistência e romper facilmente quando submetido à esforços de tração.
  • 62. Ductilidade Em termos práticos, a ductilidade é expressa em termos do alongamento percentual em um ensaio de tração até a ruptura. Alongamento percentual em um ensaio de tração: ε = (Lu-Lo)/Lo x100
  • 63. 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
  • 64. material dúctil Rompe com grandes deformações: aço, borracha, fibras vegetais... grandes deformações para construções: mais de 1 % Materiais dúcteis: desejáveis para a Engenharia=> dão pré-aviso da ruptura
  • 65. Material frágil - Rompe com pequenas deformações - ruptura sem aviso prévio: cerâmicas, vidro, pedras, concreto.
  • 66.  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
  • 67. Fluência É o aumento contínuo de deformação ao longo do tempo, com o material submetido a um estado constante de tensão. Curva deformação x tempo representativa da fluência
  • 68. Fadiga Diminuição da resistência de um material quando submetido a tensões cíclicas. Tensão ao longo do tempo num ensaio de fadiga Importante em pontes, estruturas industriais etc
  • 69. 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
  • 70. Dureza Capacidade de um material resistir à abrasão superficial, ou seja, é a resistência que o material oferece ao ser riscado. A dureza relativa dos materiais é constatada através da escala de Mooh. Equipamento para corte de concreto: extremidade com diamante.
  • 71. Propriedades físicas Peso específico É a relação entre o peso e o volume da amostra do material. peso pe = volume Massa específica É a relação entre a massa e o volume da amostra do material. massa me = volume
  • 72. Densidade É a relação entre a massa da amostra e a massa do mesmo volume de água destilada a 4º C. Ex. aço: 7,85 concreto: 2,3 a 2,4
  • 73. Conductibilidade térmica É a capacidade do material de permitir a propagação de calor através de seu meio. Esta capacidade é medida através de um coeficiente de conductibilidade térmica K. Fluxo de calor através de uma parede
  • 74. desejável: menor conductibilidade térmica: terra => melhor que concreto! Estudo do comportamento térmico de paredes de terra crua (UFGG)
  • 75. Conductibilidade elétrica: É a capacidade que o material tem de permitir que seus elétrons de valência (elétrons do nível de energia mais externo do átomo) se desloquem e 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.
  • 76. Bibliografia Recomendada: BAUER; Falcão - Materiais de Construção VERÇOSA; Enio José - Materiais de Construção Civil. Vol I PETRUCCI; E. G. R. - Materiais de Construção - Concreto do Cimento Portland ALVES; José Dafico - Materiais de Construção. Vol I SILVA, Moema Ribas - Materiais de Construção SCANDIUZZA, Luércio ANDRIOLO, Francisco R. - Concreto e seus Materiais: Propriedades e Ensaios MEHTA, P. Kumar MONTEIRO, Paulo J. M. - Concreto: Estrutura, Propriedade e Materiais. Dana, Manual de Mineralogia Notações de aula Internet webmaster@webmineral.com Indicações durante as aulas