Aula 10 Construção Civil

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Materiais para Construção Civil PMT - 2200 Prof. Samuel M. Toffoli Prof. Antonio Carlos Vieira Coelho Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP 2 Introdução Há mais de 100.000 anos: madeira, argila e pedra Podem ser agrupados em 4 grupos fundamentais:
Materiais Cerâmicos e Minerais








Materiais Orgânicos





areia pedra tijolos e telhas cerâmicos revestimento (piso, azulejo, pastilhas) louça sanitária gesso vidro cimento madeiras betumes e asfaltos papel plásticos borracha adesivos e acabamento superficial (tintas, esmaltes e vernizes)
Compósitos 
Materiais Metálicos
ferro e suas
alumínio e suas ligas
cobre e suas ligas Combinação de pelo menos 2 materiais diferentes visando explorar algumas boas propriedades de todos
argamassa
concreto
concreto armado
fibro-cimento
vidro laminado
"fiberglass" Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 1 3 Materiais Cerâmicos e Minerais
Rochas ou minerais argilosos e os materiais fabricados com eles
Antigos
Duráveis
Rocha e pedra sempre associados à durabilidade
Cerâmica: antes de 8.000 A.C.
Rígidos
Peso relativamente elevado
Frágeis ⇒ não recomendados para tração, mas muito bons para compressão
Brasil: Cerâmica Estrutural + Revestimento = 4,2 bilhões de US$/ano (Associação Brasileira de Cerâmica)
Minerais  Areia  Argila (~barro)  Pedra Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 4 Materiais Cerâmicos e Minerais
Cerâmicas  Cerâmica Vermelha ou Estrutural
Tijolos cerâmicos
Telhas cerâmicas
Manilhas  Cerâmica Branca (louça, porcelana, grês, etc)
Revestimento (piso, azulejo, pastilhas)
Louça Sanitária  Vidros
Vidro Plano – Recozido – Temperado – Laminado
Tijolos de vidro (bloco transparente e oco)
Lã isolante, de vidro ou de rocha (mantas de fibras)  Agregado leve  Gesso  Cimento Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 2 5 Materiais Cerâmicos e Minerais
Processo Genérico de Fabricação de Materiais Cerâmicos Prensagem: tijolos e material de revestimento (pisos e azulejos) Extrusão: tijolos, telhas, etc. Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 6 Materiais Cerâmicos e Minerais
Processo Genérico de Fabricação de Materiais Cerâmicos Colagem: louças sanitárias e produtos ocos Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 3 7 Materiais Cerâmicos e Minerais Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 8 Materiais Cerâmicos e Minerais
Concreto Armado Esforços de tração na face inferior Estrutura em repouso Estrutura sem reforço Estrutura com reforço de aço A resistência mecânica à tração das cerâmicas e compósitos de matriz cerâmica é cerca de 10 vezes menor do que sua resistência à compressão, devido à fácil propagação de trincas a partir da superfície sob esforços de tração. Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 4 9 Materiais Cerâmicos e Minerais
Vidros: Modos de fratura Vidro Recozido Vidro Laminado Vidro Temperado Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 10 Materiais Cerâmicos e Minerais
Vidro Recozido: chapa de vidro comum sem tensões internas
Vidro Temperado: chapa de vidro que recebeu aquecimento até perto da temperatura de amolecimento (~550ºC) e posterior resfriamento repentino e por igual, formando um “envelope de compressão” no vidro. A Têmpera torna a superfície da chapa de 3 a 5 vezes mais resistente a impactos. Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 5 11 Materiais Cerâmicos e Minerais
Vidro Laminado: sanduíche composto por 2 folhas de vidro (geralmente recozido) com uma película de PVB - poli (vinil butiral) no meio.  Indicado para Construção Civil onde se requeira segurança (evita quedas de objetos e pessoas de dentro para fora e evita vandalismo), e  Por lei, equipa os parabrisas de todos os veículos novos. Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 12 Materiais Cerâmicos e Minerais
Montagem de parabrisas laminados para veículos: Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 6 13 Madeiras
Quimicamente: polímero termofixo constituído de 3 componentes, celulose, hemicelulose e lignina.


Celulose: polisacarídeos; forma feixes de fibras longas unidos helicoidalmente formando tubos; fibras de 1-3 mm; (C6H10O5)n n=8.000-10.000. É a celulose que confere à madeira sua resistência mecânica, tenacidade e elasticidade Hemicelulose: quimicamente semelhante à celulose, mas com cadeias de ~150 unidades, sendo, portanto, gelatinosa Lignina: adesivo natural que liga as fibras entre sí
Estrutura Química da Celulose Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 14 Madeiras Estrutura interna de uma árvore Modos de cortar um tronco para obter chapas de madeira Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 7 15 Madeiras
Composições típicas Madeiras de lei* (%) Madeiras brancas**(%) "duras*" "moles**" Celulose 40-45 40-45 Hemicelulose 15-35 20 Lignina 17-25 25-35 * (dicotiledôneas) árvores que perdem as folhas no frio e possuem lenho rígido ** (coníferas) árvores com folhas perenes e lenho macio Brasil: todas dicotiledôneas, com exceção dos pinheiros Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 16 Madeiras
Fabricação de compensados:
Os compensados são prduzidos pela colagem de finas camadas (folhas) de madeira, de maneira que as fibras de uma camada sejam perpendiculares às fibras das camadas situadas imediatamente abaixo e acima dela.
Os tipos de madeira mais utilizadados são o cedro, o pinho e a imbuia
Dimensões típicas:
Espessuras: 0,6; 0,8; 1,3; 1,6 e 2,0 cm
Painel: 1,2 x 2,4 m Disposição das camadas de madeira num compensado Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 8 17 Madeiras
Densidade de alguns tipos de madeira para construção (“specific gravity” = densidade em relação à água) OBS: Densidades da água (g/cm3): a 4ºC=1,00 ; a 100ºC=0,96 ; do mar=1,03 Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 18 Madeiras OBS: 1 kgf/cm2 ≈ 0,1 MPa Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 9 19 Metais
Extraídos de minérios ⇒ mais caros que os materiais cerâmicos
Pontos fortes:  Boa resistência mecânica  Dúcteis ⇒ recomendados para tração
Ponto fraco:  Oxidam
Ex: Fe
Fe2O3
Metais mais empregados:  Ferro e suas ligas  Alumínio e suas ligas  Cobre e suas ligas Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 20 Metais
Aço  Enorme variedade de tipos, dependendo da finalidade: aços doces e duros; dúteis e frágeis; magnéticos e não magnéticos; forjados e fundidos; aços resistentes à abrasão, ao frio, ao impacto; aços inoxidáveis; etc.  O metal mais consumido em Construção Civil  Exemplos de tipos: Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 10 21 Metais
Aço: apresentações  Perfis  Canos e tubos  Vergalhões para concreto armado  Chapas e placas (onduladas ou não)  Para coberturas: telhas e placas, geralmente galvanizadas (com zinco) para aumentar resistência à corrosão atmosférica = “telhado de zinco”  Ferragens: parafusos, pregos, suportes, acessórios de acabmento (fechaduras, dobradiças, etc.), arames, etc. Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 22 Metais
Aço: propriedades mecânicas Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 11 23 Metais
Alumínio e suas ligas  Leves: cerca de 1/3 do peso do aço  Menos rígidas e maior coeficiente de expansão térmica que o aço  Resistente à água das chuvas e corrosão atmosférica (forma camada superficial passiva, de óxido de alumínio = alumina, Al2O3)  Aplicações: esquadrias
Cobre e suas ligas  Boa resistência à corrosão  Cores atraentes (puro ou em ligas)
Longa exposição ao ar dá ao cobre coloração verde típica = “pátina”, que é o óxido de cobre (Ex: coberturas e acabamentos de igrejas e catedrais)  Aplicações: coberturas, vedação e elementos decorativos  Latão: ligas de Cu + Zn  Bronzes: Cu + Sn (ou outro metal que não o Zn) Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 24 Polímeros
Peças


PVC: tubos, conexões, conduítes, etc. Polietileno de Alta Densidade (PEAD ou “HDPE”): caixas d'água ”Fiberglass": plástico (poliéster) reforçado com fibras de vidro: caixas d'água, telhas, etc.
Espumas e Isopor
Espumas de poliuterano e isopor (poliestireno expandido): empregadas em revestimento e isolamento - pouco comuns no Brasil (país tropical)
Adesivos e Acabamento Superficial
Adesivos à base de resina epóxi, resina acrílica e silicone
Tintas, esmaltes, “primers” e vernizes: polímeros dissolvidos em solventes juntamente com pigmentos e aditivos. Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 12 25 Polímeros
PVC: Poli (cloreto de vinila)  Instalações Hidráulicas

Calhas, tubos e conexões para instalações de água Instalações de esgoto sanitário  Instalações Elétricas

Fios e Cabos com isolação de PVC Eletrodutos, perfis, conexões e acessórios para instalações elétricas  Esquadrias

Janelas e Portas Venezianas e Persianas  Revestimentos

Pisos vinílicos Forros de PVC  Elementos de Vedação

Divisórias Internas Telhas Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 26 Polímeros
PVC Instalações Hidráulicas Isolação de Fios e Cabos Elétricos Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 13 27 Polímeros
Processo de fabricação de PVC Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 28 Polímeros
PVC rígido: propriedades típicas e custo comparativo (tubos) Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica - USP PMT - 2200 14