REVISÃO

PROPRIEDADES MECÂNICAS
DOS MATERIAIS
PROPRIEDADES MECÂNICAS

• As propriedades de um material associadas com a capacidade que ele tem de

resistir as forças mecânicas são denominadas de propriedades mecânicas. São
exemplos de propriedades mecânicas a resistência, elasticidade, ductibilidade,
fluência, dureza e tenacidade.

• A determinação e/ou conhecimento destas propriedades é muito importante

para que se possa escolher o tipo de material para cada aplicação, bem como
para o projeto e fabricação de componentes utilizados na construção civil.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
• A determinação das propriedades mecânicas é feita através de ensaios
mecânicos.

• Utiliza-se normalmente corpos de prova (amostra representativa do material)

para o ensaio mecânico, já que por razões técnicas e econômicas não é
praticável realizar o ensaio na própria peça, que seria o ideal.

• Geralmente, usa-se normas técnicas (ASTM e ABNT) para o procedimento das

medidas e confecção do corpo de prova para garantir que os resultados sejam
comparáveis.

• Para entendermos melhor esse assunto precisamos relembrar os conceitos de

TENSÃO e DEFORMAÇÃO.
TENSÃO → carga por unidade de área

• TRAÇÃO

• COMPRESSÃO

• CISALHAMENTO

𝑭
𝝈=
𝑨
DEFORMAÇÃO → variação do comprimento pelo comprimento inicial
∆𝑳
𝜺=
𝑳 • ELÁSTICA

• PLÁSTICA
RESISTÊNCIA
• Pode ser definida como a capacidade de um material ou
componente suportar cargas sem romper ou apresentar excessiva
deformação plástica.
• Os materiais são normalmente testados de maneira a simular sua
operação na construção, embora as tensões “in situ” sejam
frequentemente complexas. As principais formas de teste são
compressão, tração, flexão e cisalhamento.
RESISTÊNCIA
• Resistência a compressão: as forças de compressão em mateiras agem de uma
mesma forma que a ligação atômica, forçando os átomos a se aproximarem e
esta ação não causa ruptura. Entretanto, compressão induz a esforços de
cisalhamento que conduzem a tração por efeito do coeficiente de Poisson.

Na imagem: cubo de
gesso sendo ensaiado a
compressão.

Na figura: tensões de cisalhamento e tração induzidas por tensões

de compressão
RESISTÊNCIA
• Resistência a tração direta: testes de tração são utilizados em componentes
metálicos ou fibrosos projetados para trabalhar sob tensões de tração. Estes
testes são ocasionalmente utilizados para materiais como concreto, quando
alguma performance à tração é requerida.

Nas imagens: ensaio de

tração direta.
RESISTÊNCIA
• Resistência a tração na flexão: no ensaio de flexão as cargas são aplicadas
através de roletes que devem se alinhar com a superfície do corpo de prova.

Na imagem: ensaio de tração na flexão em peça de madeira

Na imagem: ensaio de tração na flexão em concreto.
RIGIDEZ
• A rigidez pode ser definida como a
capacidade de um material ou
componente resistir a deformação
quando submetido a tensão. A
rigidez é medida pelo módulo de
elasticidade que é a relação entre a
tensão aplicada no componente e a
deformação resultante desta tensão.

𝜎
𝐸= Modo de elasticidade, exemplos:
𝜀 Concreto: 15 ~ 40 GPa
Aço: 210 GPa
Fibra de carbono: 200 ~ 450 GPa
 TENACIDADE
• A tenacidade de um material reflete sua
capacidade de absorver energia de
impacto.
• Entende-se como impacto a um
carregamento de curta duração (duração
instantânea).
• A tenacidade pode ser facilmente medida
por uma máquina tipo pêndulo, como o
pêndulo de Charpy.
Na imagem: pêndulo de Charpy
RESILIÊNCIA
• Esta propriedade é similar a tenacidade e está relacionada a absorção de
energia. Entretanto, neste caso, a energia deve ser absorvida elasticamente. A
resiliência pode ser medida de maneira similar a tenacidade, exceto que o
pêndulo não deve quebrar a amostra, mas se chocar e retornar.

• Materiais resilientes podem ter um longo trecho elástico – a borracha é um bom

exemplo. Aços de alta resistência são resilientes, apesar de poderem apresentar
ruptura frágil se super tensionados.

• Link vídeo “MATERIAIS RESILIENTES”: https://youtu.be/VDLd0ubR1Ks

FLUÊNCIA
• A fluência é definida como a deformação com o tempo, resultado de aplicações
prolongadas de tensão. A fluência é considerada de produção muito lenta. A
fluência ocorre principalmente em três tipos de material.
FLUÊNCIA
1. Materiais submetidos a tensão sob temperaturas próximas ao ponto de fusão.
Quando metais estão submetidos a temperaturas bem abaixo do ponto de
fusão, como o aço a temperatura ambiente, a fluência não será problema.
2. Materiais susceptíveis a umidade que, por exemplo, expandem com a
umidade, são passíveis de exibir fluência relacionada com o escoamento da
umidade do material. Muitas cerâmicas porosas, como o concreto, estão
sujeitos a fluência. A madeira é outro material que se enquadra nesta categoria;
flechas em vigas de madeira aumentam progressivamente com a idade.
3. Materiais fibrosos. A fluência nestes materiais pode resultar do
escorregamento da fibra da matriz. A madeira pode se enquadrar nesta
categoria.
FADIGA
• Rupturas por fadiga resultam de aplicações repetidas de tensão. A ruptura em
muitos materiais ocorre abaixo da tensão de ruptura se o carregamento for
aplicado repetidamente.
• A resistência a fadiga pode ser medida. Em materiais como madeira e concreto,
os testes são normalmente feitos com carregamento repetido em vigas.
Rupturas por fadiga são raras em construções, porém em alguns componentes
este tipo de ruptura é comum, como, por exemplo, em componentes metálicos,
como dobradiças.
• Projetos de estruturas sujeitas ao tráfego veicular, como as estradas e pontes,
devem levar em conta o efeito da fadiga.
FADIGA

Marcas de praia na zona escura onde houve a

propagação da fissura por fadiga em braço de
eixo manivela de alumínio. Parte clara
ruptura final catastrófica.
DUREZA
• Pode ser definida como a resistência ao entalho (risco). A dureza indica o
quanto a superfície resiste a danos localizados, causados por tensão ou impacto.
Teste para determinar a dureza normalmente envolvem a medida do diâmetro
da depressão permanente causada pela penetração de uma esfera dura na
superfície do material com uma carga padrão.

• Testes de dureza são muito relevantes na avaliação da performance de materiais

para paredes e pisos. A dureza de muitos materiais pode ser aumentada com
tratamento na camada superficial – técnica largamente empregada para
aumentar a performance de muitas superfícies sujeitas a abrasão.
RESISTÊNCIA A ABRASÃO

• É definida como a capacidade de uma superfície resistir ao

desgaste devido ao atrito com objetos ou materiais em
movimento.
• Superfícies duras geralmente são resistentes à abrasão, mas a
resistência à abrasão de superfícies moles pode também ser
aumentada com tratamentos – a resistência ao desgaste requerida
depende do tipo de tráfego.
RESISTÊNCIA A ABRASÃO
• A cavitação é um fenômeno relacionado com o desgaste e é causado pela
formação e colapso de vazios em líquidos com escoamento rápido. Tensões
locais muito altas podem produzir descascamento, especialmente em materiais
como o concreto. A utilização de superfícies duras e resistentes é a melhor
maneira de aumentar a vida útil de um material em contato com líquidos
escoando com alta velocidade.
PROPRIEDADES FÍSICAS E TÉRMICAS
DOS MATERIAIS
DENSIDADE
• A densidade aparente é a relação entre a massa do material e o
volume total (incluindo o volume de poros)
• A densidade real é a relação entre a massa do material e o volume
do material (não incluindo o volume de poros).
• Link vídeo “Densidade Real, Aparente, Absoluta e Relativa”
https://youtu.be/FcESwh6JYvc
POROSIDADE
• Pode ser definida como
a relação entre o volume
de poros do material
(vazios) e o volume
total do material
(incluindo o volume de
poros).
PERMEABILIDADE
• A permeabilidade do material está relacionada a passagem de
gases ou líquidos através dos poros do material e resulta da
interconexão entre os poros.
• A permeabilidade depende do estado físico (gás ou líquido) do
fluido e de suas propriedades moleculares.
• A permeabilidade do material tem influência na sua durabilidade,
porém outros fatores estão envolvidos.
CALOR E TEMPERATURA
• É extremamente importante a distinção entre calor e temperatura. Temperatura
é um nível de atividade térmica enquanto que calor é a energia térmica.

• Para qualquer componente químico de um material, o ponto de fusão e o ponto

de ebulição são temperaturas importantes pois correspondem à transição entre
diferentes arranjos estruturais dos átomos no material.

• Pontos importantes dentro desse assunto são: dilatação térmica e transferência

de calor entre os sólidos.
 26

CIMENTO
 CONCEITO
• O cimento é um aglomerante hidráulico
produzido a partir de uma mistura de
rocha calcária e argila.

• A calcinação dessa mistura dá origem ao

clínquer, um produto de natureza
granulosa, cuja composição química é
constituída essencialmente de silicatos
hidráulicos de cálcio, com certa
proporção de outras substâncias que
modificam suas propriedades ou
facilitam seu emprego.
 Assista aos vídeos:
https://youtu.be/YlydLfMICU4
PRODUÇÃO https://youtu.be/6pVmq4x-n7k
 COMPOSIÇÃO
• Entre os constituintes fundamentais do
cimento (95 a 96%) podemos citar:
→Cal (CaO);
→Sílica (SiO2);
→Alumina (Al2O3)
→Óxido de Ferro (Fe2O3)
→Magnésia (MgO) – em proporção máxima de
5%
→Impurezas
• A mistura dessas matérias-primas e a
exposição à temperatura de fusão dão
origem ao clínquer.
*20 µm = 0,02 mm
COMPOSIÇÃO
COMPOSIÇÃO
COMPOSIÇÃO
 COMPOSIÇÃO
• O cimento pode ser composto por outros materiais além do clínquer.
Esses materiais, chamados de adições, são produtos geralmente de
baixo custo que melhoram algumas propriedades do cimento, além
de baratear o custo de produção.
• Após o resfriamento são feitas as adições necessárias ao clínquer e
essa nova mistura de materiais é encaminhada ao processo de
moagem, onde o material é transformado em pó.
• O cimento resultante da moagem é avaliado segundo alguns critérios
de qualidade e após essa avaliação está pronto para a
comercialização.
 Produção X Propriedades
• O processo de produção tem influência sobre algumas propriedades físicas
e químicas do cimento que explicam o comportamento do produto quando
de sua aplicação.
• Entre as principais caraterísticas físicas do cimento está a finura, que
corresponde ao tamanho dos grãos ou superfície específica do cimento.
• Em resumo, a finura é uma propriedade que influencia diretamente a
velocidade da reação de hidratação do cimento, pois a hidratação ocorre
em função do contato do cimento com a água.
• Quanto maior a finura, menor será o tamanho do grão do cimento, maior
será a superfície exposta e, portanto, maior a velocidade de reação.
Produção X Propriedades

SUPERFÍCIE
Se liga aí!!!
ESPECÍFICA

• É a soma das superfícies

de todas as partículas
contidas na unidade de
volume (ou de peso) de
um material.
• Quanto mais fino o
material, maior sua
superfície específica.
 Produção X Propriedades

• No cimento, quanto menor o tamanho do grão, maior a superfície exposta,

pois há mais grãos e menos espaços vazios e quanto maior a superfície
exposta, mais rápido a água consegue entrar em contato com cada grão, o
que acelera o processo de hidratação do cimento.
• Dessa forma, o aumento da finura do cimento também contribui para o
aumento da resistência, da trabalhabilidade e da coesão de concretos e,
em função da menor quantidade de espaços vazios, aumenta a
impermeabilidade de argamassa e concreto e diminui o fenômeno de
exsudação.
 Produção X Propriedades
EXSUDAÇÃO
 Produção X Propriedades
• Entre as características químicas do cimento a que merece destaque é o calor de hidratação:
quando o cimento entra em contato com a água começam as reações de hidratação que
liberam calor.
• Quando as reações diminuem de intensidade, o calor da massa de concreto também diminui
e há uma tendência de ocorrer uma contração do volume de concreto, o que pode levar ao
aparecimento de trincas quando a variação de temperatura for muito grande.
 Produção X Propriedades
• Outra característica importante do cimento é sua resistência aos agentes
agressivos.
• Águas puras, ácidas, salgadas e provenientes de resíduos industriais podem atacar
o cimento hidratado por dissolução da cal existente e após, os silicatos e
aluminatos.
• Quanto maior a proporção de produtos calcários na composição do cimento mais
suscetível ao ataque de agentes agressivos será o produto.
• Dessa forma, cimentos contendo adições têm maior probabilidade de resistir à
ação de águas agressivas.
 ADIÇÕES
→ ESCÓRIA DE ALTO FORNO: é um
produto resultante da fabricação de ferro
gusa que se forma pela fusão das impurezas
contidas no minério de ferro dentro dos
altos-fornos, juntamente com a adição de
fundentes (calcário e dolomita) e as cinzas
do coque (combustível usado na fusão). O
resultado é um produto de natureza
granular que finamente moído adquire
propriedades cimentantes e quando
adicionado ao cimento contribui na redução
do calor de hidratação, da exsudação e da
segregação em concretos.
ADIÇÕES
• POZOLANAS: são materiais que sozinhos não
possuem a propriedade de aglomerar outros
materiais entre si, mas quando misturados a outro
aglomerante e na presença de umidade reagem,
formando compostos com propriedades
cimentantes. Como exemplos de pozolanas,
podemos citar as cinzas vulcânicas, algumas
rochas ígneas, argilas calcinadas, cinzas volantes,
entre outras. O emprego das pozolanas como
adição do cimento melhora a trabalhabilidade e
resistência do concreto, além de aumentar a
durabilidade e diminuir a vulnerabilidade aos
meios agressivos, como ambientes marítimos e
expostos a sulfatos.
COMERCIALIZAÇÃO
 Classificação quanto à composição e classe de resistência
CIMENTO TIPO I (CP I):
• Também chamado de Cimento Portland comum. É composto em sua maior parte
por clínquer, contendo uma pequena adição de gesso (aproximadamente 5%) que
age como retardador da pega.
• A NBR 5732 é a norma que trata deste tipo de cimento e estabelece 3 classes de
resistência para o mesmo: 25 Mpa, 32 Mpa e 40 Mpa. Este tipo de cimento
também pode receber adição de pequena quantidade de material pozolânico (1 –
5%), recebendo a denominação de CP I-S.
• É indicado para construções que não necessitem de condições especiais e não
apresentem exposição a agentes agressivos, como águas subterrâneas, esgotos,
água do mar e presença de sulfatos. Por utilizar muito clínquer seu custo de
produção é elevado e por isso é pouco fabricado.
 Classificação quanto à composição e classe de resistência
CIMENTO TIPO II (CP II):
• Recebe a adição de materiais de baixo custo o que confere propriedades especiais
ao cimento. A norma que trata deste tipo de cimento é NBR 11578 e as classes de
resistência em que o mesmo pode ser fabricado são 25 Mpa, 32 Mpa e 40 Mpa.
 Classificação quanto à composição e classe de resistência
CIMENTO TIPO III (CP III):
• Também chamado de Cimento Portland de alto-forno, caracteriza-se por conter adição de
escória em teores que variam de 35% a 70%.
• Este tipo de cimento confere baixo calor de hidratação, maior impermeabilidade e
durabilidade e maior resistência a sulfatos às misturas onde é empregado.
• Recomendado para obras de grande porte e sujeitas a condições de alta agressividade
(barragens, fundações, tubos para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes
industriais, concretos com agregados reativos, obras submersas, pavimentação de estradas,
pistas de aeroportos).
• Por ser recomendado para obras de grande porte e onde haverá grande consumo é
frequentemente comercializado à granel (não em sacos) e sob encomenda. A norma que
trata deste cimento é a NBR 5735, a qual estabelece três classes de resistência para este tipo
de cimento: 25 Mpa, 32 Mpa e 40 Mpa.
 Classificação quanto à composição e classe de resistência

CIMENTO TIPO IV (CP IV):

• Também chamado de Cimento Portland pozolânico, possui adição de
pozolana em teores que variam de 15% a 50%, que conferem alta
impermeabilidade e durabilidade às misturas em que são empregados.
• É recomendado para obras expostas à ação de águas correntes e
ambientes agressivos.
• Em longo prazo, eleva a resistência mecânica de concretos, quando os
mesmo são comparados a concretos similares feitos com cimento comum.
É fabricado nas classes de resistência de 25 Mpa e 32 Mpa, de acordo com
a NBR 5736.
 Classificação quanto à composição e classe de resistência
CIMENTO TIPO V (CP V - ARI):
• Este tipo de cimento confere alta resistência inicial nas primeiras idades dos
concretos onde é aplicado. O cimento tipo ARI ou alta resistência inicial, não
possui nenhuma adição especial.
• A capacidade de desenvolver a resistência mais rápido que os demais cimentos é
resultado do processo de fabricação diferenciado, principalmente quanto à
composição do clínquer, que possui um percentual diferenciado de argila, e à
moagem do material, que é mais fina quando comparada aos demais cimentos.
Como consequência, a hidratação ocorre de maneira mais rápida.
• É indicado para obras em que seja necessária a desforma rápida do concreto, na
confecção de elementos pré-moldados, blocos, postes, tubos, entre outros. A
norma que trata deste tipo de cimento é a NBR 5733.
 Classificação quanto à composição e classe de resistência
CIMENTO RESISTENTE A SULFATOS (RS):
• Qualquer dos cimentos já estudados pode ser resistente a sulfatos, desde que se
enquadre em alguns requisitos como teor do componente químico C3A do clínquer
inferior a 8% e teor de adições carbonáticas de no máximo 5%.
• Os cimentos do tipo alto-forno também podem ser resistentes a sulfatos quando
contiverem entre 60% e 70% de escória granulada de alto-forno, em massa.
• Os cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25% e 40% de material
pozolânico em massa também apresentam comportamento satisfatório quando expostos
à ação de águas sulfatadas.
• O cimento resistente a sulfatos é recomendado para uso em redes de esgotos de águas
servidas ou industriais, água do mar e em alguns tipos de solos, ambientes onde este
agente agressivo pode estar presente.
 Classificação quanto à composição e classe de resistência

CIMENTO ALUMINOSO:
• Resulta do cozimento de uma mistura de bauxita e calcário. Este tipo de
cimento possui pega lenta, porém, alcança altas resistências em pouco
tempo (31,5 Mpa em 2 dias; 40 Mpa em 28 dias).
• A reação de hidratação é intensa e desenvolve grandes quantidades de
calor.
• Sua principal utilização é como cimento refratário, resistindo a
temperaturas superiores a 1.200ºC, podendo chegar a 1.400°C em misturas
com agregados convenientemente escolhidos. Não é fabricado no Brasil.
 Classificação quanto à composição e classe de resistência
CIMENTO BRANCO (CPB):
• Possui coloração branca em função das matérias-primas utilizadas na sua
fabricação (caulim no lugar da argila), que possuem baixos teores de óxido de
ferro e manganês. Além disso, são observadas condições especiais durante o
processo de fabricação.
• O cimento branco pode ser do tipo estrutural ou não-estrutural.
• O CPB estrutural é utilizado em concretos brancos para fins arquitetônicos e é
fabricado nas classes de resistência 25 MPa, 32 MPa e 40 Mpa.
• O CPB não estrutural é utilizado para rejuntamento de azulejos e aplicações não
estruturais.
• Em ambos os casos, o cimento pode ser associado a pigmentos, o que resulta nos
concretos coloridos.