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Propriedades dos materiais
          sólidos
Por serem as rocha formado de materiais
sólidos, as propriedades dos corpos
sólidos devem ser estudadas de modo a
permitir    o     conhecimento      do
comportamento dos locais         de
construção.
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 = σ = lim 
                    n
                              ∆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.
   Unidade de tensão:
      unidade de força (N)/unidade de área
    (m2):
               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
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: Granito,
calcáreo, fibras
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,
   mica.
   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.
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    retidos em orbitais fixos.
   Semicondutores: Onde a condução elétrica é devido

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Defeitos nos sólidos
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Propriedades dos materias2

  • 1. Propriedades dos materiais sólidos Por serem as rocha formado de materiais sólidos, as propriedades dos corpos sólidos devem ser estudadas de modo a permitir o conhecimento do comportamento dos locais de construção.
  • 2. 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.
  • 3. Tensão em um ponto  ∆f  Tensão:σ = lim   ∆S →0 ∆S    ∆f n  Tensão Normal: σ = σ = lim  n ∆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.
  • 4. Unidade de tensão: unidade de força (N)/unidade de área (m2): 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
  • 5. Resistência  Capacidade de o material resistir a tensões  Resistência: medida em ensaios padronizados para os diversos materiais
  • 6. 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
  • 7. 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.
  • 9. Módulo de Elasticidade Módulo de elasticidade inicial: inclinação do trecho inicial do diagrama tensão-deformação
  • 10. 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.
  • 11. 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
  • 12. 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.
  • 13. Plasticidade Vale ressaltar que existem materiais com comportamento plástico não- perfeito. Curva tensão x deformação para um material com comportamento não-linear com plastificação.
  • 14. 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
  • 15. 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
  • 16. 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.
  • 17. 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
  • 18. 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
  • 19. material dúctil rompe com grandes deformações: Granito, calcáreo, fibras grandes deformações para construções: mais de 1 % Materiais dúcteis: desejáveis para a Engenharia=>dão pré- aviso da ruptura
  • 20. material frágil - rompe com pequenas deformações - ruptura sem aviso prévio: cerâmicas, vidro, mica.
  • 21. 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
  • 22. 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
  • 23. 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
  • 24. 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
  • 25. 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
  • 26. 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
  • 27. 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
  • 28. 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
  • 29. desejável: menor conductibilidade térmica: terra => melhor que concreto! Estudo do comportamento térmico de paredes de terra crua (UFGG)
  • 30. 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.