Post on 24-Dec-2018
1
Faculdade de Engenharia da Universidade do
Porto
Incertezas na Engenharia Civil
Propriedades materiais das construções
Projeto FEUP - 2015/2016 - Mestrado Integrado em Engenharia
Civil
Equipa 11MC02_01:
Supervisor: Professor Xavier Romão Monitor: Márcio Oliveira
Ana Sofia Oliveira Daniel Ferreira
Ana Luísa Sousa Bernardo Antunes
Ana Catarina Oliveira Carlos Silva
2
Resumo
O seguinte relatório foi realizado no âmbito da unidade curricular
Projeto FEUP e teve como objetivo a integração dos novos alunos na
comunidade da Faculdade de Engenharia. Desta forma promoveu-se não
só o trabalho em equipa, mas também a imp ortância da comunicação.
Uma vez que a incerteza na Engenharia civil é um tema tão
abrangente decidimos focar o nosso trabalho na questão „O que
desconhecemos acerca das propriedades materiais nas
construções‟.
A incerteza é apresentada como uma das peças essenciais na forma
como uma construção é pensada e projetada, tendo em conta todas as
possibilidades de erro.
3
Agradecimentos
Primeiramente, gostaríamos de agradecer a certos membros da
comunidade FEUP, nomeadamente ao nosso supervisor Professor Xavier
Romão e ao nosso monitor Márcio Oliveira pelo apoio e disponibilidade
dispensados durante a realização deste projeto.
Não poderíamos deixar de agradecer a todos os professores
participantes nas palestras da semana “FEUP Orienta-te!” assim como à
própria Faculdade, uma vez que desempenharam um papel fulcral na
concretização deste trabalho.
4
Índice
RESUMO 2
AGRADECIMENTOS 3
LISTA DE FIGURAS 5
INTRODUÇÃO 6
O QUE É E COMO SE AVALIA UMA INCERTEZA 7
NORMAS 8
PROPRIEDADES DOS MATERIAIS 9
PROPRIEDADES FISICO-QUÍMICAS
PROPRIEDADES GERAIS
OUTRAS PROPRIEDADES
ENVELHECIMENTO 14
SELEÇÃO E CONTROLO DE QUALIDADE DOS MATERIAIS 15
CONCLUSÃO 17
BIBLIOGRAFIA 18
5
Lista de Figuras
Figura 1 - Classificação das propriedades dos materiais (Fonte:
Figura 1.1.1 de Propriedades dos materiais e sistemas de fachada, 2005)
6
Introdução
O relatório aqui apresentado pretende abordar o tema „O que
desconhecemos acerca das propriedades dos materiais‟, tentando
assim informar o público em geral sobre a importância das incertezas nas
construções de estruturas.
As incertezas afetam todo o processo de uma obra, desde os
cálculos relativos à construção, à durabilidade dos materiais utilizados e a
sua resistência face a certas adversidades. Nesse sentido, pretendemos
debruçar-nos nas normas relacionadas com os materiais de construção,
as suas propriedades fisico-químicas, custos económicos e impacto
ambiental.
No seguinte relatório tencionamos clarificar as consequências que
determinados fenómenos provocam quando exercídos sobre um projeto.
Assim, exploramos as propriedades dos materiais baseando-nos numa
tese de Doutoramento, numa compilação de textos e outros documentos
relevantes.
Em suma, apresentam-se as conclusões tiradas acerca das
propriedades dos materiais, o que desconhecemos e como influenciam o
resultado final.
7
O que é e como se avalia uma incerteza
Uma Incerteza é “s. f. falta de certeza; dúvida; indecisão;
perplexidade; contingência; fis.”(Dicionário da Língua Portuguesa, J. Almeida e A.
Sampaio, 1975). A definição de incerteza não é concreta nem ideal, mas
todas convergem para o essencial.
Existem diversas fontes causadoras de incerteza, podendo destacar
entre elas: o erro humano, aleatoriedade, limites de modelo e condições
climáticas.
As Incertezas desempenham assim um papel fundamental na
segurança das pessoas envolvidas na construção de uma estrutura e
previamente do público beneficiador da construções.
“Existem diversos tipo de incertezas:
- Aleatórias; (desastres naturais, mudanças climáticas)
- Conhecimento condicionado. (falta de informação relativa a
solos,etc)” (Basics of structural reliability and links with structural design codes, B.
Sudret, 2013)
Dentro das incertezas aleatórias, para além das referidas
anteriormente, podemos também considerar, como incerteza, a
variabilidade das propriedades dos materiais.
8
Normas
As normas são documentos disponibilizados ao público, onde são
estabelecidos parâmetros para o cumprimento de certos objetivos, tais
como:
- Cálculos rigorosos;
- Caraterísticas dos materiais e como as controlar;
- Procedimentos pormenorizados de ensaios;
- Estabelecer dimensões e tolerâncias dos materiais;
- Criação de terminologia técnica específica e atribuição convenções
simbólicas em desenhos;
- Definição de classes de materiais.
Em todos os países existem organismos responsáveis pela
realização de normas. Entre estas, podemos destacar:
- NP - Normas Portuguesas - Instituto Português da Qualidade
- ASTM - American Society for Testing Material
- PCA - Portland Cement Association
- BS - British Standards Institution
- AFNOR - Associação Francesa de Normalização
- DIN - Deutsche Normeunausschuss
- CEN - Comissão Europeia de Normalização
- ISO - Organização Internacional de Normalização
9
Propriedades dos Materiais
O conhecimento das propriedades dos materiais, os seus processos
de transformação e/ou obtenção são informações indispensáveis ao uso
racional dos mesmos. Apenas assim, de entre as inúmeras opções, será
possível selecionar o material mais adequado à situação em questão, uma
vez que todos estes fatores condicionam a sua durabilidade.
Assim, é necessário agrupar as propriedades: fisico-químicas, custos
económicos e ambientais.
Propriedades fisico-químicas
Independentemente do projeto de edifícios em que estamos a
trabalhar, é fundamental estarmos informados acerca das propriedades
físicas dos materiais de modo a podermos escolher um em detrimento de
outro. Existem três principais propriedades químicas:
● Resistência aos agentes químicos
● Resistência e comportamento ao fogo
● Durabilidade
Estas propriedades são importantes pois através delas conseguimos
averiguar a resistência de um determinado material à ação de certos
agentes exteriores como por exemplo humidade, poluição, etc. Além
disso, o conhecimento destas propriedades pode prevenir a mudança da
qualidade do ar interior do edifício em questão e evitar o contacto de
materiais que possam, eventualmente, reagir entre si e alterar as suas
propriedades físicas, afetar a sua durabilidade e/ou libertar gases ou
outras substâncias prejudiciais.
10
Figura 1 - Classificação das propriedades dos materiais (Fonte: Figura
1.1.1 de Propriedades dos materiais e sistemas de fachada)
11
12
Propriedades gerais
“A relação entre a massa e o volume dos materias permite
caraterizar objetivamente alguns materiais.”(Propriedades dos materiais, Maria de
Lurdes Belgas Costa Reis e Anabela Mendes Moreira, 2008/2009)
A massa, por definição, é a quantidade de matéria contida num corpo e a
sua unidade no Sistema Internacional é o quilograma (kg). Por outro lado,
existe o peso, que pode ser quantificada por a medida quilograma força
(kgf) , que varia consoante a sua localização geográfica. O peso de um
corpo equivale à força com que a sua matéria é atraída para o centro da
Terra.
Outras propriedades
Além das propriedades físico-químicas existem outras
propriedades que não se podem agrupar neste grupo mas que podem ser
relacionadas e são geralmente denominadas como custos, como a
densidade, por exemplo. Podemos ainda considerar dois grupos dentro
dos custos: os custos económicos e o custos ambientais (energéticos,
impactos ambientais, ecossistemas, etc.). Nos dias de hoje, os custos
económicos são os de maior importância e são pensados de modo a
tornar viável a comercialização da construção. Por outro lado, os custos
ambientais são mais subjetivos uma vez que dependem diretamente da
consciência de quem projeta.
13
Baseando-nos nestes duas propriedades podemos definir outras
grandezas como, por exemplo:
- Volume aparente (V) - “Na quantificação do volume aparente de um
corpo considera-se o volume da matéria e o volume dos vazios
neles encerrados:
V=VR+VV
Em que: V Volume aparente (m3)
Vr Volume absoluto (m3)
VV Volume de vazios (m3)
- Volume absoluto (Vr) - Corresponde ao volume ocupado pela
matéria, não se considerando o volume de vazios desse corpo;
- Massa volúmica aparente (kg/dm3) - Corresponde à massa de um
corpo por unidade de volume aparente desse corpo;
- Massa volúmica absoluta (kg/dm3) - É a relação entre a massa de
um corpo e o volume absoluto (real) desse corpo;
- Peso volúmico (kgf/dm3) - É o peso de um corpo por unidade de
volume aparente desse corpo;
- Densidade - Relaciona a massa de um corpo com a massa de igual
volume de água a uma temperatura de 4ºC;
- Porosidade (%) - Corresponde ao quociente entre o volume de
vazios e o volume aparente.” (Propriedades dos materiais, Maria de
Lurdes Belgas Costa Reis e Anabela Mendes Moreira, 2008/2009)
- Condutibilidade térmica (λ) - Corresponde à quantidade de calor
que atravessa um metro quadrado de um certo material com uma
espessura de um metro durante uma hora com uma diferença de 1ºC
entre as superfícies opostas.
14
Envelhecimento
As incertezas relacionam-se diretamente com a durabilidade de um
material, que por sua vez é condicionada pelo envelhecimento. “A
necessidade de avaliar a durabilidade de um material, quer na forma de
matéria prima quer de produto acabado, e de fazer um previsão rápida do
comportamento em serviço de novos produtos, em períodos de tempo
razoavelmente curtos, do comportamento em a métodos envelhecimento
artificial acelerado.” (Física e Química dos Materiais: Uma Introdução à ciência dos materiais,
Luís Eduardo Pimentel Real, 2007)
Existem determinados agentes aos quais os materiais estão sujeitos
que contribuem para o seu envelhecimento, tais como a temperatura, a
humidade, a precipitação e a iluminação.
15
Seleção e controlo de qualidade dos materiais
“A seleção de um material deve basear-se em critérios científicos
que atendam à estrutura interna e às propriedades desse material de
modo a assegurar-se uma escolha adequada para um determinado
fim.”(Propriedades dos materiais, Maria de Lurdes Belgas Costa Reis e Anabela Mendes Moreira,
2008/2009)
Na seleção de um material para um determinado fim este deve
obedecer a certos critérios, tais como a sua qualidade e custo aceitável,
sendo a primeira “uma garantia da fiabilidade e durabilidade do material
selecionado.”(Propriedades dos materiais, Maria de Lurdes Belgas Costa Reis e Anabela Mendes
Moreira, 2008/2009)
- Fiabilidade - capacidade de um material para realizar a função
desejada em condições específicas;
- Durabilidade - resistência que um material apresenta quando
subjugado a determinadas condições de uso.
É necessário avaliar as propriedades dos materiais de construção,
recorrendo-se para o efeito em ensaios de dois tipos:
- Ensaios de investigação: corresponde à pesquisa das propriedades
físicas, químicas, mecânicas, entre outras;
- Ensaios de receção: têm como objetivo determinar certas
propriedades.
Estes últimos podem ainda se dividir em destrutivos e não
destrutivos.
16
Os ensaios de receção destrutivos impossibilitam o material para
uso. Contudo, na realização destes ensaios não se determina a verdadeira
resistência do material, mas sim valores equivalentes das forças
exercidadas pelo equipamento de ensaio no material. Os valores obtidos
pelos ensaios dependem de múltiplos fatores como:
- Velocidade da realização do ensaio;
- Tipo de equipamento;
- Condições experimentais;
Os ensaios de receção não destrutivos, como o nome dá para
entender, usa métodos em que não há destruição dos materiais
ensaiados. Possui varias vantagens em relação aos ensaios destrutivos:
não se necessita de recorrer a provetes, pois podemos realizar os testes
na própria peça, possibilitando um acompanhamento mais pormenorizado
da resistência da peça ao longo do ensaio.
17
Conclusão
Com a elaboração deste trabalho foi possível não só aprofundar o
tema das incertezas na Engenharia Cívil mas também compreender as
suas causas e efeitos.
Deste modo, foi possível concluir que vivemos numa altura em que
a construção está em desenvolvimento, os materiais são cada vez mais
testados em diferentes condições de forma a se adaptarem às
necessidades da sociedade. Logo, com estes desenvolvimentos, a
avaliação das incertezas tornou-se ainda mais relevante uma vez que com
novos materiais surgem novas condicionantes.
São vários os fatores que influenciam as incertezas dos quais
podemos salientar o envelhecimento, condições climatéricas, a
variabilidade das propriedades dos materiais e o erro humano. Desta
forma, a sua avaliação torna-se imperativa para que haja que uma maior
segurança no quotidiano.
Em suma, consideramos ter atingido o objetivo proposto de alertar
para a importância e relevância das incertezas na Engenharia Civil.
18
Bibliografia
Propriedades dos materiais, Maria de Lurdes Belgas Costa Reis e Anabela
Mendes Moreira, 2008/2009
Física e Química dos Materiais: Uma Introdução à ciência dos materiais,
Luís Eduardo Pimentel Real, 2007
https://web.fe.up.pt/~lfc-scc/ensaio09.html, 12/10/2015
Propriedades dos materiais e sistemas de fachada, Paulo Jorge Figueira de
Almeida Urbano de Mendonça, 2005
Dicionário da Língua Portuguesa, J. Almeida e A. Sampaio, 1975
Uncertainty in Structural Engineering, William M. Bulleit, 2006