Objetivos. Classificação dos materiais Ciência dos Materiais. Leitura complementar. Materiais de construção x Ciência dos Materiais

(1)

Microestrutura dos materiais

Noções básicas

Objetivos

melhor compreensão

base científica

avaliação das propriedades

desenvolvimento

ao longo do tempo durabilidade fadiga

deformação lenta

ISAIA, G. C. (editor) Materiais de Construção Civil e Princípios de ciência e Engenharia de Materiais.

IBRACON. Vol. 1, capítulos 6 e 7.

Leitura complementar Classificação dos materiais

metais(ferrosos e não ferrosos) cerâmica(vidro, concreto e cerâmica) condutores e supercondutores

polímeros(madeira, betumes, resinas, plásticos, borrachas) compósitos(fibra + polímero, fibra + matriz cimentícia) biomateriais

materiais especiais(alto desempenho)

Ciência dos Materiais

14. cerâmica vermelha

15. cerâmica para acabamentos e aparelhos (ex.

louças)

16. materiais para alvenaria estrutural

17. materiais refratários e abrasivos

18. vidro

19. madeira para acabamentos

20. madeira como material estrutural 21. plásticos

1. metais não estruturais (alumínio, cobre, entre outros)

2. aço para concreto armado e alvenaria estrutural

3. aço para estruturas metálicas

4. solo como material de construção (ex.

terra crua, solo-cimento, solo-cal)

5. rocha para revestimento (mármore e granito)

Materiais de constru Materiais de construç ção ão

15. cerâmica para acabamentos e aparelhos (ex.

louças)

16. materiais para alvenaria estrutural

17. materiais refratários e abrasivos

18. vidro

19. madeira para acabamentos

20. madeira como material estrutural 21. plásticos

4. solo como material de construção (ex.

terra crua, solo-cimento, solo-cal)

Materiais de construção x Ciência dos Materiais

Materiais Metálicos Materiais Cerâmicos

(2)

Sistemas Sistemas

Sistemas de vedações verticais (paredes)

Sistemas de vedações horizontais (forros e coberturas)

Sistemas de revestimentos e acabamentos

Sistemas estruturais

Sistemas de pintura e proteção

Sistemas de impermeabilização

Sistemas de isolamento térmico e acústico

Sistemas de instalações prediais

...

Classificação dos materiais

(Eng. de materiais)

materiais para vedações

materiais para revestimentos

materiais para cobertura

materiais estruturais

materiais para pintura e proteção

materiais para impermeabilização

...

Aplicação

Microestrutura

Forma como os componentes internos dos materiais se arranjam.

Várias formas/níveis de estudo da

estrutura do material em função do que se pretende analisar.

Objetivos: entender e obter propriedades desejadas.

Princípio básico

O comportamento do material depende da microestrutura O comportamento comportamento do material

depende da microestrutura

Níveis de estudo

Sub-atômico (Å)

átomo

microscopia eletrônica de tunelamento

Atômico(ηm -µm)

moléculas, cristais

Difração de raios X

Microscopia eletrônica de varredura

Níveis de estudo

Microscópico (mm-mm)

fases, partículas

microscópios ótico e de varredura

ensaios físicos

Macroscópico (>mm)

todo o material

ensaios mecânicos

(3)

Propriedades x nível de estudo

Sub-atômico (condutividade elétrica e propriedades térmicas)

Atômico (ligações interatômicas e estado de agregação da matéria)

Microscópico(caracterísitica do material em função do arranjo)

Macroscópico(medida de propriedades médias do material)

Massa esta concentrada no núcleo.

Núcleo ocupa pequena parte do volume total do átomo!

Eletrosfera ocupa maior parte do volume.

Eletrosfera tem pouca massa!

Estrutura do átomo

núcleo

nuvem de elétrons

Forças interatômicas

atração+repulsão ligação

atração

Força repulsão distância interatômica (α) 0

Fr

Fa

0 α'

Átomo x esforços mecânicos

Eletrosfera deformável

Compressão aproxima os núcleos

Tração afasta os núcleos

Elasticidade

Ligações

iônica

atração eletrostática perda de elétrons + ganho de elétrons - não direcional

(4)

Ligações

covalente

elétrons

compartilhados nos orbitais

direcional

exemplo: polímeros

metálica

elétrons livres

não direcional

+ compacta

propriedades plásticas

condutores

exemplo: metais

Forças de Van der Waals

ligações secundárias

aglutinam molécula

efeitos dipolo

moléculas polarizadas por indução ou permanentes

efeitos de dispersão

oscilação de pares de elétrons

Exemplo: pontes de hidrogênio

Energia de ligação

(energia mínima para criar ou quebrar ligações)

Tipo predominante de

ligação x material Ligações x materiais

(5)

Estruturas dos sólidos

formas com que os átomos se organizam

molecular cristalina vítrea ou amorfa

Sólidos moleculares

Molécula

Grupos de átomos c/

forte ligação

Sólido

moléculas c/ ligação fraca

Deformação

moléculas deslizam

Exemplo:

Betumes e alguns polímeros (algumas resinas)

Podem ser

cristalinos

vítreos

Sólidos cristalinos

ordem

simetria

repetição

estáveis

planos de clivagem

Anisotrópicos

Exemplo: ferro, aço, compostos do cimento e da pasta, areia, granito)

iônicos ou covalentes

alto ponto de fusão

resistentes

duros

Exemplo: Metais

Sólidos Cristalinos

moleculares

moles

baixo ponto de fusão

> expansão térmica

polietileno

Exemplos de arranjos

cristalinos Sólidos vítreos ou amorfos

ausência de:

ordem

simetria

ponto de fusão

balanço elétrico

(6)

Sólidos vítreos ou amorfos

pozolana

Sólidos vítreos ou amorfos

escória de alto-forno

Sólidos vítreos e cristalinos

cerâmica

Estrutura dos sólidos x nível de energia

Propriedades X cristalinidade

Material mais cristalino

Material mais amorfo

Maior dureza Maior resistência Maior rigidez(polímeros)

Menor reatividade(até certo ponto)

Maior durabilidade

Maior flexibilidade Maior reatividade Maior rigidez (alumínio) Maior resistência (ligas

metálicas) Menor durabilidade

Fases, soluções e dispersões

fase:

parte homogênea

superfícies definidas

sistema heterogêneo

Ex. clínquer Portland

solução

sistema homogêneo

soluto (dissolvido)

solvente (o que dissolve)

dispersão

solução de 2 fases

gel (solução coloidal)

pasta

emulsão

substâncias imiscíveis

espumas

(7)

Materiais estruturais polifásicos

Agregados

Argamassas

Concreto

Alguns compósitos

Metais

Importância dos defeitos

porosidade

relação água/cimento

relação água/gesso

fissuras

falhas cristalinas

interfaces ⁰

0.25 0.5 0.75 1

0 5 10 15 20 25

Volume de Poros (%)

Resistência Relativa

(Neville, 1983)

Importância dos defeitos

Movimentação iônica X defeitos

Reatividade = f(nível de cristalização)

Resistência = f(nível de cristalização)

Naturais = f(resfriamento)

Induzidos ligas metálicas (Ex.: Al)

IBRACON. Vol. 1, capítulos 6.

Leitura complementar

Microestrutura dos materiais metálicos

IBRACON. Vol. 1, capítulo 10.

Leitura Complementar

(8)

Ligas ferrosas

Ligas não ferrosas

Cobre

Resistência à corrosão Não suporta tratamento térmico Ex. Latão (zinco como impureza)

Alumínio

Baixa densidade, alta condutibilidadde elétrica e térmica Resistência à corrosão

Baixa temperatura de fusão

Tratamento a frio melhora a resistência e piora a corrosão

Microestrutura dos materiais

cerâmicos

(9)

Leitura complementar

(10)

Características dos Materiais Cerâmicos

dificuldade de cristalização (estruturas cristalinas mais complexas);

alta dureza;

resistência mecânica (maior resistência à compressão do que à tração);

ruptura frágil;

estabilidade química e térmica (alto ponto de fusão), e

baixa condutibilidade elétrica e térmica.

Transdutores elétricos

Refratária, isolante elétrica e abrasiva Características elétricas e magnéticas

(11)

Material refratário e lubrificante

Ligações covalentes e iônicas

(12)

(13)

(14)

Microestrutura dos materiais

poliméricos

(15)

Leitura Complementar

(16)

Ex. Metano (CH₄)

Ex. Acetileno (C₂H₂) (C₂H₄).

(17)

Exemplos

(Butadieno estireno)

Dispersões poliméricas

Butilacrilato e estireno: modificações de ligantes hidráulicos e adesivos;

Acrílico-estireno: fabricação de tintas látex, fibras, massas de recobrimento e recobrimento de tecidos;

(18)

Aplicações de polímeros termoplásticos

Aplicações de polímeros termorígidos

Vulcanização (ligações cruzadas)

(19)

Elastômeros:propriedades e

aplicações Plásticos

Fibras

Prolipropileno

Náilon

Poliéster

Poliamida

Polietileno

Celulose

Kevlar

Cristalinidade dos polímeros

Compostos de macromoléculas, o que restringe a cristalização.

É preciso que a estrutura das cadeias seja regular.

Muito difícil em meros complexos ou ramificados.

Polímeros cristalinos e amorfos

Microestrutura dos materiais: noções básicas

Microestrutura dos Materiais Metálicos

Microestrutura dos Materiais Cerâmicos

Teste T2, 07/07

(aulas e leitura dos cap. 6, 10, 11 e 12, duração 1,5h, individual, sem consulta)

(20)

Aula do dia 07/07

Teste

Materiais e sustentabilidade

Prova Final (14/07)

Toda a matéria

Exerc

Exercí ício 1: Leitura cio 1: Leitura Individual

Individual

(a ser realizada na (a ser realizada na semana de engenharia)

semana de engenharia)

Entregar no início da aula (28/04) resumo (máximo 5 páginas).

O que é concreto de alto desempenho?

Como ele se enquadra dentro dos desafios e tendências dos materiais de construção?

Como situar a ciência de materiais e a engenharia de materiais neste caso específico?

Exercício 2a

(17/03, até 02 alunos, 60 minutos, durante a aula)

O que é concreto de alto desempenho?

Como ele se enquadra dentro dos desafios e tendências dos materiais de construção?

Como situar a ciência de materiais e a engenharia de materiais neste caso específico?

Exercício 2b

(entrega no dia 24/03, pesquisa individual)

(21)

Pesquise e selecione 2 (duas) tendências na área de materiais de construção civil (sorteio de grupo), oferecer ênfase em aplicação de princípios de ciência dos materiais

Exercício 3

(entrega e apresentação em 10 a 15 minutos no dia 28/04, 14:00-18:00, até 02 alunos)

Aponte 2 (duas) tendências na área de materiais de construção civil em 3 (três) sistemas, dando ênfase em aplicação de

princípios de ciência dos materiais

Exercício 4

(aula do dia 05/05, individual, 40minutos)

Exercício 5a

(aula 24/03, até 2 alunos)

Conceitue e diferencie : Dutilidade, tenacidade

Materiais dúteis, materiais frágeis

Material duro, material resistente à compressão Deformações elásticas, deformações plásticas Resistência mecânica, resistência química

Exercício 5b

(aula 28/04, pesquisa individual, texto escrito)

Conceitue e diferencie : Dutilidade, tenacidade

Materiais dúteis, materiais frágeis

Material duro, material resistente à compressão Deformações elásticas, deformações plásticas Resistência mecânica, resistência química

IBRACON. Vol. 1, capítulos 4, 8, 13.

Exercício 6: Leitura Individual

ISAIA, G. C. (editor) Materiais de Construção Civil e Princípios de

Exercício 7: Leitura

Individual

(22)

AULA 19/05

Revisão de propriedades

Discussão de resultados de laboratório

Exercício 8:

Microestrutura x propriedades(Texto escrito + apresentação 15 minutos em 26/05, 14:00-18:00 (02/06, se necessário,14:00-18:00), até 2 alunos)

1. metais não estruturais (alumínio, cobre, entre outros) Simone e Lhais

2. aço para concreto armado e alvenaria estrutural Renan e Hedjaz

3. aço para estruturas metálicas Alvaro e Maxwell

4. rocha para revestimento (mármore e granito) Caio e Vinicius

5. agregados para concretos e argamassas Layla e Letícia

6. cimento PortlandFilipe e Marco

7. cimentos especiais com base mineral Luiz Fernando e Marcos

8. cal Guilherme Schulzs e Paulo Octávio

9. gesso Camila

10. argamassas Mariana e Clarice

11. concreto de cimento PortlandLucas e Marcelo

12. cerâmica vermelha e louças Julyana e Vitor

13. vidro Jaqueline e Mariana

14. madeira (acabamentos e material estrutural) Rafael e Pedro

15. plásticos Vinicius e Miguel 16. tintas, hidrofugantes e vernizes Alex e Pedro

17. sistemas de impermeabilização e isolamento térmicos Camila e Raphael

18. borrachas, mastiques e selantes Carolina e Eliza

19. materiais betuminosos Eugênio e Nathalia

21. compósitos de matriz polimérica Jonathan e Naycou

22. fibrocimento e outros produtos a base de cimento Dayane e Júlia

23. Resíduos, fibras naturais e materiais alternativos Felipe e Mateus

24 Novos materiais de construção Rubya e Júlio

Aula 26/05

Discussão de resultados de laboratório

Revisão de desempenho

Início da apresentação de trabalho

Exercício 9: Leitura Individual

Aula 02/06

Estrutura dos materiais Propriedades

Desempenho

Critérios para a seleção de materiais

Teste T1, 09/06

(aulas e leitura dos cap. 02, 04, 05, 08, 13, duração 1,5h, Início 15h, individual, sem consulta)

(23)

Exercício 10

(2 alunos, aula do dia 09/06, com consulta, início 16:40)

Levante mecanismos de deterioração e requisitos de desempenho em serviço a serem observados por ocasião da especificação e da seleção de materiais nos sistemas externos (não importa o material!!!)de um edifício residencial de Vitória

(proximidade ao mar, Tambiente = 35^oC, UR=85%, ventos, proximidade a indústrias). . Justifique.

Sistemas do Exercício 10

Sistemas de vedações verticais

Sistemas de vedações horizontais (forros e coberturas)

Sistemas de revestimentos e acabamentos

Sistemas estruturais

Sistemas de pintura e proteção

Sistemas de impermeabilização

Sistemas de isolamento térmico e acústico

Sistemas de instalações prediais

...

Materiais do exercício 10

5. agregados para concretos e argamassas

6. cimento Portland

7. cimentos especiais com base mineral

8. cal

9. gesso

10. argamassas

11. concreto de cimento Portland

13. vidro

14. madeira (acabamentos e material estrutural)

15. plásticos

16. tintas, hidrofugantes e vernizes 17. sistemas de impermeabilização e isolamento térmicos

18. borrachas, mastiques e selantes 19. materiais betuminosos

21. compósitos de matriz polimérica

22. fibrocimento e outros produtos a base de cimento

23. Resíduos, fibras naturais e materiais alternativos

24 Novos materiais de construção

Aula de 16/06 (ATENÇÃO)

14:00-15:40 –Moldagem de corpos-de-prova no LEMAC, Prof. Avancini(Alex a Eliza (T0) e de Filipe a Lucas (T1))

16:00-17:40 –Moldagem de corpos-de-prova no LEMAC, Prof. Avancini(Luiz Fernando a Pedro Pereira (T2) e Pedro Kfuri a Vitor Brandão (T3) Microestrutura (Lab. de Microestrutura, CTIII,

Prof. Flávio)T3 de 14:30-15:10 T2 de 15:15-15:55

T1 de 16:00-16:40 T0 de 16:45-17:30

Aula de 23/06 (ATENÇÃO)

14:00-15:00 – Aglomerante (LEMAC), Prof. Avancini, de Alex a Jonathan 15:00-18:00 –

Sala do CT1 (Prof.

Florindo), caracterização

Aula 25/06 (ATENÇÃO)

16:00-17:00 – Aglomerante (LEMAC),

Prof. Avancini, de Julia Nascimento a

Pedro Pereira

(24)

Aula 26/06 (ATENÇÃO)

16:00-17:00 – Aglomerante (LEMAC), Prof. Avancini, de Rafael Cosmo a Vitor

Aula 30/06 (ATENÇÃO)

14:00-15:00 – Agregados, LEMAC, de Alex a Jonathan

15:00-18:00 – Estrutura e propriedades, CT1.

Aula 02/07 (ATENÇÃO)

16:00-17:00 – Agregados, LEMAC, de Julia Nascimento a Pedro Pereira

Aula 03/07 (ATENÇÃO)

16:00-17:00 – Agregados, LEMAC, de Rafael Cosmo a Vitor

Exerc

Exercí ício 11: Leitura Individual cio 11: Leitura Individual

Microestrutura dos materiais metálicos

Exerc

Exercí ício 12: Leitura Individual cio 12: Leitura Individual

Microestrutura dos polímeros

(25)

Exerc

Exercí ício 13: Leitura Individual cio 13: Leitura Individual

Microestrutura dos materiais Cerâmicos Microestrutura dos materiais Cerâmicos

Microestrura dos materiais: noções básicas

Microestrutura dos Materiais Metálicos

Microestrutura dos Materiais Cerâmicos

Microestrutura dos polímeros

Teste T2, 07/07

(aulas e leitura dos cap. 6, 10, 11 e 12, duração 1,5h, individual, sem consulta)

Aula do dia 07/07

Teste

Materiais e sustentabilidade

Prova Final (14/07)

Toda a matéria