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ABSTRACT 
 
 
Geopolymers are cementing materials that depict a number of advantages compared to 
Portland cement. Contrary to the latter, geopolymers are synthesized at room temperature, 
thus significantly reducing the emission of CO2 to the atmosphere. Moreover, the composition 
and synthesis reactions can be tailored to adjust the setting time of the material as well as its 
compressive mechanical strength. It is then possible to produce geopolymeric cements with 
short setting times and high compressive strength, although relatively brittle. The objective of 
the present study was to produce and characterize composite materials by reinforcing fast-
setting geopolymeric matrixes with polypropylene geosynthetics (geomats and geotextiles) in 
an attempt to improve the toughness and tensile strength of the cementing material. 
Geosynthetics have been increasingly used to reinforce engineering structures, providing 
higher strength and better toughness. In particular, polypropylene nonwoven and geomats 
depict other attractive properties such as low density, durability, impact absorption and 
resistance to abrasion. Fast-setting geopolymers were then synthesized and reinforced with 
polypropylene nonwoven and geomats. The mechanical strength of the materials, reinforced 
or not, was characterized. The results showed that relatively short setting times and adequate 
flowing behavior were achieved by adjusting the composition of the geopolymer. In addition, 
it is possible to improve the fracture resistance of geopolymeric cements by adding 
polypropylene geosynthetics. The best results were achieved by reinforcing geopolymer with 
polypropylene TNT. 
 
Keywords: geopolymers, fast-setting, geomat, nonwoven. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO I 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
 
Estudos têm sido realizados para o desenvolvimento de novos materiais para o uso na 
construção civil. Entre eles, a ativação com soluções alcalinas de aluminossilicatos, tais como 
o metacaulim, obtendo-se os denominados geopolímeros (SILVA; THAUMATURGO, 2002). 
A ativação alcalina de resíduos, especialmente aqueles oriundos de atividades industriais ou 
de mineração tem se tornado uma importante área de pesquisa. O atrativo é a possibilidade de 
se usar esses materiais para sintetizar cimentos economicamente mais viáveis e 
ecologicamente corretos, assim abrem-se novas oportunidades para a produção de cimentos 
especiais com propriedades diferentes daquelas apresentadas pelo Portland comum. 
Os geopolímeros foram inicialmente estudados por Davidovits, que desenvolveu um 
programa experimental de investigação que levou à formulação de compostos inorgânicos de 
base polimérica, obtendo produtos com boas propriedades cimentícias, redução de tempo de 
pega e elevada estabilidade, entre outros aspectos (DAVIDOVITS, 1988). 
O cimento geopolimérico possui inúmeras vantagens em relação ao cimento Portland. 
A principal é a redução da emissão de dióxido de carbono (CO2) para a atmosfera na fase de 
produção. A composição e a síntese de geopolímeros determinam suas características de pega, 
bem como seu comportamento mecânico final. Em especial, alguns geopolímeros apresentam 
características de pega rápida ou instantânea (SILVA, 2000). A pega inicial que ocorre 
durante o endurecimento da pasta, proporciona um aumento de sua resistência à compressão. 
A taxa de endurecimento ou pega de geopolímeros depende do tipo de meio básico utilizado. 
O controle do tempo de pega por meio de diversas razões molares ativadoras permite a 
utilização dos geopolímeros em aplicações diversas. 
Um dos passos mais importantes na elaboração de um projeto de engenharia é a 
seleção de um material adequado que tenha acima de tudo propriedades mecânicas adequadas 
e durabilidade. Segundo a norma ASTM D3878-95, um compósito é formado por dois ou 
mais materiais, insolúveis entre si, que são combinados para formar um com propriedades que 
não se encontram isoladamente. As matrizes mais empregadas na construção civil são frágeis, 
ou seja, não apresentam deformações plásticas e incluem, argamassa, concreto de cimento 
Portland ou outro aglomerante (cal ou gesso). 
Nos dias de hoje, são bastante empregados na construção civil os compósitos à base de 
cimento: pastas, argamassas e concretos fibrosos. As matrizes desses compósitos são frágeis e 
 
se rompem com pequena deformação sob esforços de tração. Apesar da boa resistência aos 
esforços de compressão, não suportam grandes solicitações de tração e cargas dinâmicas. Para 
compensar essa deficiência, outros materiais são empregados como reforço dos materiais a 
base de cimento. 
Uma grande vantagem de o compósito ter matriz cimentícia é o fato de ser um 
material de construção simples, barato, pode ser produzido com uso de equipamentos simples, 
ser moldado adquirindo qualquer forma, sendo um material de boa resistência e vida útil 
(AZIZ; PARAMASIVAM; LEE, 1981). Sabe-se que a qualidade dos componentes das 
matrizes cimentícias não é mais caracterizada apenas pela resistência que apresentam 
(MEHTA; MONTEIRO, 1994), mas deve refletir outras propriedades que influenciam o 
desempenho global do material, tanto no estado fresco quanto no estado endurecido tais como 
trabalhabilidade e durabilidade. 
Materiais geopoliméricos podem apresentar menor fragilidade devido ao seu 
comportamento elástico não-linear, provocado pela relaxação e redistribuição de tensões antes 
da ruptura (PEREIRA; SILVA; THAUMATURGO, 2005). Os reforços utilizados em 
compósitos poliméricos geralmente são de origem sintética como os geotêxteis de 
polipropileno. Com a crescente utilização dos geossintéticos em obras de engenharia e 
considerando-se que seus projetos devem ser feitos para uma vida útil bastante longa, surge a 
preocupação com a continuidade da eficiência desses materiais com o passar do tempo, 
levantando-se questões quanto ao seu desempenho e durabilidade. 
Um dos benefícios da utilização de reforços em matrizes cimentícias é claramente 
observado no comportamento pós - fissuração do compósito. Ele não apresenta ruptura frágil, 
passando a apresentar, eventualmente, maiores deformações até a ruptura, levando a um 
aumento da tenacidade e resistência ao impacto. Ou seja, o compósito apresenta um 
comportamento mais dúctil ao invés da ruptura brusca que ocorre em cimentos não 
reforçados. A presença de fissuras na superfície de uma estrutura aumenta os cuidados, os 
custos de manutenção e diminui a qualidade funcional do local. O reforço de TNT e a 
geomanta de polipropileno devem ser incorporados a matriz cimentícia em situações onde 
existam riscos de ocorrer fissuras de retração, exsudação ou segregação. Eles ampliam a 
resistência de carga na matriz, possibilitando assim uma maior deformação. O emprego de 
materiais sintéticos na construção civil vem crescendo nas últimas décadas e são diversos os 
tipos existentes no mercado, com as mais diferentes características e funções. 
O uso de fibras ou filamentos poliméricos tem se tornado atrativo para reforçar 
materiais como cimento e argamassas, especialmente nas últimas décadas (BENTUR; 
 
MINDESS, 1990; BALAGURU; SLATTUM, 1995). A escolha do polipropileno para os 
reforços do cimento geopolimérico foi motivada por sua natureza termoplástica e custo 
inferior em relação a outras resinas de larga produção. Além disso, o polipropileno ainda 
apresenta baixa densidade, boa tenacidade, bom equilíbrio de propriedades térmicas, químicas 
e elétricas, durabilidade, baixa permeabilidade, alta resistência mecânica, absorção de energia 
por impacto e resistência à abrasão. 
Quanto ao ataque de álcalis (substâncias que produzem íons hidróxidos, OH-, ao 
dissolver-se em água) do cimento que degradam as fibras, tanto a geomanta como o TNT de 
polipropileno não sofre degradação, resistem a ataques químicos e não são afetadospor 
soluções aquosas de sais inorgânicos ou ácidos e bases minerais (PEREIRA, 2006). 
Contudo, apesar da grande gama de reforços sintéticos já utilizados na construção 
civil, neste trabalho, optou-se pela empregabilidade de geossintéticos (TNT e geomanta de 
polipropileno) para reforço de cimentos geopoliméricos de pega rápida a fim de prevenir 
fissuras em estruturas aplicadas em pavimentações, pisos aeroportuários, plataformas, entre 
outros. Várias comparações têm sido feitas entre os termoplásticos e outros materiais. Até 
hoje os fatores mais considerados têm sido o peso e a facilidade de transformação. Nesse 
estudo, ensaios experimentais de cimentos geopoliméricos de pega rápida com reforços de 
polipropileno (geossintéticos - geotêxtil e geomanta) foram realizados a fim de contribuir para 
a elaboração de leis confiáveis que se ajustem à literatura científica e às recomendações de 
normas internacionais para a aplicação do cimento geopolimérico de baixa densidade na 
construção civil. 
O presente trabalho teve como principal objetivo formular e caracterizar compósitos 
com reforço de geossintéticos. Para isso utilizou-se um cimento geopolimérico inorgânico à 
base de metacaulim de pega rápida, alta resistência inicial e curável a temperatura ambiente. 
Além da síntese e ajuste da formulação do cimento geopolimérico de pega rápida, estudou-se 
a produção de compósitos desse cimento com reforço de TNT e geomanta de polipropileno. 
Foi analisada a resistência mecânica e o comportamento de fratura desses compósitos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO II 
 
 
2 COMPÓSITOS 
 
 
Os materiais de engenharia podem ser amplamente classificados em metais, polímeros, 
cerâmicos e compósitos. Segundo Beaumont (1989), observa-se que dentre as diversas 
maneiras de avaliação do padrão de vida de um país ou de uma sociedade, o consumo de 
materiais de engenharia por indivíduo, disponíveis na forma de bens e serviços, pode ser uma 
das mais explícitas. Os bens manufaturados que sejam de consumo ou de produção são 
obtidos por meio de conversão dos materiais de engenharia adicionando-lhes valor. 
A história tem demonstrado que quanto mais eficientemente os sistemas de produção 
são capazes de realizar esta conversão, maior é o padrão de vida da sociedade. Historicamente 
a concepção de fibras como reforço é muito antiga. Existem registros de argila reforçada com 
palha para tijolos no Antigo Egito, barras de ferro em formato cilíndrico que foram usadas 
para reforço de alvenaria no século 19, direcionado para o desenvolvimento do concreto 
reforçado com aço. Resinas fenólicas reforçadas com fibras de amianto começaram a ser 
utilizadas no século 20. 
O primeiro barco construído com fibra de vidro foi em 1942. Plásticos reforçados 
também foram usados em aeronaves e componentes elétricos nesta época. Filamentos 
bobinados foram inventados em 1946 e incorporados em aplicações de mísseis em 1950. A 
primeira utilização do boro e fibras de carbono de alta resistência foi próxima de 1960, com 
aplicações de compósitos avançados para componentes de aeronaves em 1968 
(BITTENCOURT, 2001). 
Em 1970, introduziu-se o compósito com matriz de metal tal como boro/alumínio. A 
Dupont desenvolveu a fibra Kevlar (ou aramida) em 1973. Ao final dos anos 70 as aplicações 
dos materiais compósitos começaram a expandir-se com aplicações em aeronaves, em 
automóveis, bem como nos esportes e nas indústrias biomédicas. Os anos 80 foram marcados 
por um aumento significativo da utilização de fibras com altos módulos de Young. 
Aplicações diversas, incluindo tubos subterrâneos e recipientes, embarcações, veículos 
de solo, aeronaves e estruturas aeroespaciais, componentes automobilísticos, equipamentos 
esportivos, produtos biomédicos e muitos outros estão sendo projetados para apresentarem 
elevado desempenho mecânico e/ou estabilidade associadas ao baixo peso. 
Os materiais compósitos podem surgir de combinações entre metais, material 
cimentício, cerâmicas, polímeros e outros. As possíveis combinações dependem das 
 
condições de processamento e do adequado ajuste das prováveis incompatibilidades entre os 
componentes. 
Segundo a norma ASTM D3878-95, um compósito é constituído de dois ou mais 
materiais, insolúveis entre si, que são combinados para formar um de engenharia útil com 
certas propriedades que não se encontram isoladamente. 
Um compósito estrutural é constituído de duas ou mais fases na escala macroscópica, 
cujo desempenho mecânico e propriedades são escolhidos para que os materiais constituintes 
atuem independentemente. Uma destas fases normalmente é descontínua, rígida e mais 
resistente, chamada de reforço, enquanto que a fase menos resistente é contínua, chamada de 
matriz. Algumas vezes, por causa da interação química ou outros efeitos de processo, uma 
fase adicional, chamada interface, existe entre o reforço e a matriz (Figura 2.1). 
Os materiais compósitos estão sendo empregados cada vez mais em substituição aos 
materiais tradicionais, monolíticos, cujas características individuais não atendem às crescentes 
exigências de melhor desempenho, segurança, economia e durabilidade. Os compósitos de 
matrizes metálica, polimérica e cerâmica ocupam posições de destaque no campo dos 
materiais avançados, incentivando cada vez mais a concentração de esforços em pesquisas 
nesta área. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.1 Composição de um compósito (MANO, 1991). 
 
 
Interface 
Fase 
contínua 
(matriz) 
Fase 
descontínua 
(elemento 
de reforço) 
 
As construções civis empregam matrizes frágeis: pastas, argamassas e concretos. Estas 
matrizes, na sua maioria são derivadas de aglomerantes minerais, rompem-se sem deformação 
plástica e, apesar de resistentes a esforços de compressão, não suportam grandes solicitações 
de tração e cargas dinâmicas. 
Compósitos para aplicações estruturais geralmente utilizam fibras sintéticas ou 
naturais como agente de reforço. As fibras de polipropileno e de nylon são as mais usadas, 
haja vista seu baixo custo e a facilidade de uso. A vantagem dos compósitos é que eles 
normalmente exibem qualidade melhor do que a de seus constituintes e freqüentemente 
algumas qualidades que nenhum constituinte seu sozinho possui. 
Em função do tipo, da geometria e da orientação do reforço os materiais compósitos 
são classificados em: compósitos granulares, compósitos de fibras descontínuas e contínuas. 
Os primeiros são formados por partículas de vários tamanhos e formas, dispersos 
aleatoriamente na matriz. Devido a essa aleatoriedade, tais compósitos podem ser 
considerados quase-homogêneos e quase-isotrópicos se examinados numa escala maior que o 
tamanho das partículas. Os de fibras descontínuas apresentam como reforço pequenas fibras 
enquanto que os de fibras contínuas são reforçados por longas fibras contínuas e são mais 
eficientes do ponto de vista de rigidez e resistência mecânica. As fibras podem ser todas 
paralelas (unidirecional), dispostas perpendicularmente (bidirecional) ou orientadas em vários 
ângulos (multidirecional). 
Quanto ao material constituinte da matriz, os compósitos podem ser: compósitos de 
matriz polimérica, de matriz metálica e de matriz cerâmica. Os primeiros dividem-se em 
termorrígidos (epóxi, poliamida, poliéster) e termoplásticos (poli-eter-eter-cetona (PEEK), 
poli-sulfona (PSU), poli-eterimida (PEI)) reforçados com fibras de vidro, boro, carbono, 
aramida (Kevlar), usados, fundamentalmente, em aplicações a baixas temperaturas. Os de 
matriz metálica consistem em ligas metálicas (alumínio, magnésio, titânio, cobre) reforçados 
com fibras de boro, carbono ou cerâmicas e sua temperatura de serviço máxima é definida 
pela temperatura de fusão da matriz. Os de matriz cerâmica consistem de cerâmica (carbeto de 
silício, óxido de alumínio,vidro, nitreto de silício) reforçada com fibras cerâmicas. São 
indicados para aplicações a altas temperaturas. 
O compósito reforçado depende de alguns fatores considerados importantes na sua 
estrutura interna e estão relacionados à capacidade do mesmo em absorver os esforços aos 
quais foram submetidos, ou seja, da sua tenacidade e da manutenção de integridade das 
características da sua microestrutura. Essas propriedades dependem do tipo e das 
 
características da matriz, do tipo e da rigidez da fibra ou filamentos empregados, e das 
características da interação entre esses dois constituintes. 
A Figura 2.2 mostra esquematicamente uma fissura em um compósito reforçado com 
fibras na qual exibe-se um esquema ilustrativo das diversas situações em que as fibras podem 
atuar, tanto na absorção de energia como no controle de propagação de fissuras: o número (4) 
representa uma fibra rompida, o (3) representa uma fibra arrancada, o número (2) exemplifica 
um caso onde a fibra se mantém integra e no caso apresentado da fibra (1), a mesma se 
apresenta íntegra se deformando e absorvendo parcialmente a energia a qual o material está 
submetido (COUTTS, 1986). 
 
Figura 2.2 Representação esquemática de uma fissura em um compósito reforçado com 
fibras (COUTTS, 1986). 
 
Os mecanismos de transferência de tensões podem ser avaliados através dos ensaios de 
arrancamento de fibras, que simulam a ponte de transferência de tensões feita pelas mesmas e 
permitem uma avaliação da contribuição das fibras na tenacidade do compósito. 
A fratura raramente ocorre de modo catastrófico, mas tende a ser progressiva com 
falhas subcríticas dispersas através do material, o que constitui uma vantagem. Dessa forma, a 
estrutura interna dos compósitos e a interação de suas fases que, por sua vez é função da 
aderência entre fibra e matriz, influenciam de forma significativa no desempenho e na 
durabilidade. A aderência é influenciada, em grande parte, pelas características da zona de 
transição (região da pasta endurecida próxima à fibra, com espessura entre 10 µm e 100 µm, e 
 
que apresenta características diferenciadas do restante da matriz) (SAVASTANO; DANTAS; 
AGOPYAN, 1994). Maior aderência pode ser conseguida através da melhora do desempenho 
da zona de transição entre o reforço e a matriz, fazendo com que as duas fases trabalhem 
solidariamente. 
Alguns fatores podem contribuir para melhor desempenho da zona de transição, 
destacando-se entre eles a morfologia e rugosidade do reforço, sua absorção e porosidade. O 
conhecimento da interação entre o reforço e a matriz é importante para o entendimento do 
mecanismo responsável pela transferência de tensões da matriz para as fibras, antes e após a 
ruptura da mesma. Com este conhecimento, estima-se a curva tensão-deformação do 
compósito ou como acontecerá a ruptura do material (GUIMARÃES, 2001). 
Segundo Nunes (1998), os principais parâmetros que interferem na interação entre a 
matriz e as fibras são: condição da matriz (se a mesma está ou não fissurada), composição da 
matriz, geometria da fibra ou filamentos, tipo de material da fase dispersa, rigidez da fibra ou 
filamento, características de sua superfície e volume de fibras no compósito ou teor de fibras. 
Quando a carga é aplicada na matriz, antes de ocorrer sua ruptura, parte da carga é 
transferida para o reforço ao longo da superfície, ou seja; ela é o principal suporte constituinte 
que governa as propriedades mecânicas do material. Propicia proteção e suporte para a fase 
dispersa. A interface, apesar de pequena em tamanho, pode apresentar importante função no 
controle dos mecanismos de falhas, tenacidade à fratura, entre outros. 
Devido à diferença entre os módulos de deformação da matriz e do reforço, tensões de 
cisalhamento desenvolvem-se ao longo da superfície do reforço. Estas tensões ajudam a 
transferir parte da carga aplicada na matriz para as fibras ou filamentos, como ilustra a Figura 
2.3 (BALAGURU; SHAH, 1992). 
 
Figura 2.3 Interação fibra-matriz em uma matriz não fissurada: a) não carregada; b) 
tracionada e c) comprimida. 
a) b) c) 
 
A transferência de tensão da matriz para a fibra ocorre por combinação de dois 
mecanismos básicos: mecanismo elástico e o mecanismo por atrito (BENTUR; MINDESS, 
1990). O mecanismo elástico é dominante enquanto as tensões de cisalhamento na interface 
fibra matriz não superam o limite de resistência ao cisalhamento, ou seja, não há 
descolamento, o que ocorre na etapa de pré-fissuração do compósito. Após a fissuração da 
matriz, o mecanismo de transferência de tensões passa gradualmente de elástico para o 
mecanismo por atrito. Até este ponto a fibra não atua como ponte de transferência de tensões 
através da fissura. 
Em função das características peculiares da zona de transição fibra-matriz, a tensão de 
cisalhamento por aderência elástica supera a resistência ao cisalhamento da interface, 
provocando o descolamento da fibra e posterior escorregamento e arrancamento da mesma. 
Há o deslocamento relativo entre a fibra e a matriz e as tensões são transferidas através do 
atrito fibra-matriz. 
A tensão de cisalhamento por atrito é uniformemente distribuída ao longo da interface 
fibra-matriz. Neste ponto, a fibra atua como ponte de transferência de tensões. O mecanismo 
de transferência por atrito é o predominante na etapa pós-fissuração, onde o gasto energético 
para o arrancamento da fibra é muito elevado, o que caracteriza a elevada tenacidade do 
compósito. 
Segundo Bentur e Mindess (1990), se a resistência da matriz for alta, provavelmente o 
desligamento ocorrerá antes da fissuração da matriz, quando a tensão de cisalhamento exceder 
a resistência de aderência fibra/matriz. Por outro lado, sob o ponto de vista destes autores, em 
concretos com baixa resistência à tração, a fissuração pode preceder o descolamento. Neste 
caso, o descolamento da fibra poderá ocorrer quando a fissura interceptar a fibra em função da 
aderência do reforço em relação a matriz. 
Após o descolamento da fibra, com a propagação da fissura, as fibras são rompidas ou 
arrancadas da matriz. Neste último caso, o mecanismo de transferência de tensões acontece 
por atrito. Propriedades como resistência última e deformações do compósito são dependentes 
deste mecanismo (GUIMARÃES, 2001). 
Foi observado que quanto maior a abertura da fissura, maior a concentração de tensões 
em suas extremidades. A concentração de tensões promove a continuidade do processo de 
aumento da abertura de fissuras (TANESI, 1999). 
À medida que se eleva o teor de fibras, a resistência residual pós-fissuração do 
compósito cresce, perdendo as características de fragilidade típicas de matrizes cimentícias. 
Isto porque o gasto de energia para a deformação plástica da fibra e arrancamento da fibra da 
 
matriz será maior, em decorrência de um maior número de fibras e da diminuição da abertura 
de fissura (TANESI; FIGUEIREDO, 2000). 
Segundo os mesmos autores, o volume crítico de fibras de baixo módulo é maior que o 
das fibras de alto módulo de elasticidade. Além disso, a eficiência das fibras de baixo módulo 
será tão maior quanto menor for o módulo de elasticidade da matriz, o que ocorre nas 
primeiras idades do compósito, diminuindo com o processo de hidratação do cimento e ganho 
de resistência e módulo de elasticidade da parte da matriz. 
As fibras de módulo de elasticidade inferior ao da matriz e de baixa resistência 
mecânica melhoram, significativamente a resistência a cargas dinâmicas (impactos) e o 
comportamento pós-fissuração (AGOPYAN; JOHN, 1994). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO III 
 
 
3 CIMENTOS DE BASE ALCALINA E 
CIMENTOS GEOPOLIMÉRICOS 
 
 
3.1 CIMENTOS DE BASE ALCALINA 
 
Os cimentos pertencem à classe de materiaisdenominados aglomerantes hidráulicos. 
Esta denominação compreende aquelas substâncias que endurecem uma vez misturadas com 
água e resistem a esta com o passar do tempo (KIHARA, 1983). 
Define-se cimento Portland como um material hidráulico constituído essencialmente 
de silicato de cálcio, obtido da pulverização de um produto chamado clínquer que por sua vez 
é obtido a partir do tratamento térmico até a fusão controlada de uma mistura de calcário e 
argila, convenientemente dosada e homogeneizada de tal forma que a cal se combine 
totalmente com os compostos argilosos (ACI Manual of Concrete Practice, 1985). 
Glukhovsky, a partir dos anos 50, propôs uma nova geração de ligantes, com base nas 
investigações que conduziu sobre cimentos antigos aos quais chamou de “solo - cimentos”, e 
cuja formação é praticamente análoga à de muitos minerais e rochas que constituem a crosta 
terrestre, onde intervêm óxidos de metais alcalinos e alcalino-ferrosos, como é o caso das 
zeólitas das micas e dos feldspatos. (DAVIDOVITS, 1991). 
O solo-cimento contém uma significativa quantidade de álcalis (sob a forma de Na2O 
e K2O, em proporções de 3 % a 20 %), que determinam suas propriedades ligantes. As 
hipóteses de formação de ligantes do tipo “solo-cimento” são bastante vastas podendo ser 
concretizadas nomeadamente a partir de: 
 
a) Compostos solúveis de metais alcalinos em conjunção com sistemas 
aluminossilicatos, sem presença de cálcio, como as cinzas vulcânicas, ou certas 
cinzas volantes, os metacaulins, as argilas calcinadas, e outros. Trata-se de sistemas 
de materiais alcalinos (ricos em SiO2 e Al2O3) com composição: Na2O-Al2O3-SiO2-
H2O; 
ou 
b) Compostos ricos em cálcio: cal, cimento Portland, cimentos aluminosos, escórias de 
alto-forno, entre outros, envolvendo materiais alcalino-terrosos com um 
 
significativo teor de cálcio com composição química do tipo: Na2O-CaO-Al2O3-
SiO2-H2O. 
Ambos os sistemas são submetidos à ativação alcalina com hidróxido de sódio ou 
potássio, reação que comprova alterações fundamentais na estrutura dos materiais 
componentes. Esta reação é do mesmo tipo da verificada nas zeólitas naturais. A possibilidade 
de obtenção de reações de pega e endurecimento mais abrangentes permitiu reformular a 
teoria dominante que só os compostos constituídos com elementos pertencentes ao grupo II A 
da tabela periódica, os chamados alcalinos terrosos (Be, Ca, Mg, Sr, Ba), poderiam sofrer 
reações de hidratação. Os compostos organizados com elementos do subgrupo I A (Li, Na, K, 
Rb e Cs), conhecidos por metais alcalinos, formando associações aos pares, com elementos 
dos subgrupos III A e IV A (alumino-silicatos), II A e IVA (silicatos alcalinos-terrosos), II A 
e III A (aluminatos alcalinos-terrosos), também apresentam reação de hidratação. 
 
 
3.2 ZEÓLITAS 
 
A origem da palavra zeólita deriva do grego zeo e lithos, que significa “pedra que 
ferve”. Essa denominação se deu ao verificar que, sob aquecimento, um mineral poroso 
conhecido como estilbita parecia ebulir com elevada liberação de vapor de água (LUNA; 
SCHUCHARDT, 2001). 
As zeólitas são aluminossilicatos cristalinos hidratados de metais alcalinos ou alcalino-
terrosos (principalmente sódio, potássio, magnésio ou cálcio) caracterizados por uma elevada 
superfície interna de contato e enorme capacidade de permuta de íons (cátions). 
A sua estrutura é cristalina, tridimensional, constituída por tetraedros de sílica [SiO2]
-4 
e alumina [AlO4]
-5, sob a forma de íons fortemente ligados pelos vértices, compartilhando 
todos os oxigênios. Para que se possa considerar que existe uma zeólita, a razão (Si + Al)/O 
deve ser igual a ½. A estrutura do aluminossilicato tem carga negativa e para sua 
compensação atrai cátions, por exemplo, Na+ ou K+ com os quais se ligam facilmente (Figura 
3.1). 
 
 
 
 
 
Figura 3.1 Formação das Zeólitas (COSTA, 1999). 
 
 
As características de um depósito zeolítico são decididas pela diagênese de sua 
formação. Pequenas diferenças naturais como temperatura, alcalinidade das águas, o tipo de 
cátion dominante, ou até a própria localização geográfica, implica uma composição diferente, 
uma forma distinta de organização e, portanto, propriedades únicas específicas de cada 
material ou depósito. 
O diâmetro das cavidades características das zeólitas é condicionado pelo cátion 
dominante em volta do qual se forma a matriz do alumino silicato (GRANIZO, 1998). Ao 
contrário dos outros tecto-silicatos, as zeólitas formam grandes vazios na sua estrutura que 
podem ser ocupados por cátions como sódio, potássio, bário e cálcio, e mesmo grandes 
moléculas e grupos catiônicos com água, amônia, íons-carbonatos, íons-nitratos. Nas zeólitas 
mais utilizadas, os espaços estão interligados e formam canais longos e de várias dimensões 
consoante os minerais. Estes canais permitem a fácil movimentação dos íons residentes para 
dentro e para fora da estrutura e explica o baixo peso específico desses materiais. 
As zeólitas são conhecidas pela sua capacidade de perder ou absorver água com o 
aumento da temperatura, sem qualquer modificação da sua estrutura cristalina ou, pelo 
contrário, com significativas alterações estruturais, tão depressa se alcance a temperatura de 
estabilidade. 
Sodalita 
Faujazita 
Zeólita A 
 
De fato, a perda de água pode provocar uma mudança de estrutura de uma zeólita para 
outra, uma ruptura da estrutura para uma fase amorfa, ou uma recristalização em materiais 
não-zeolíticos. Estas perdas de água críticas podem ocorrer numa gama considerável de 
temperaturas. A philipsita e a paulingita são zeólitas de baixa estabilidade, pois se 
recristalizam facilmente a temperatura de aproximadamente 250°C, enquanto que a analcita 
que aparece em porcentagens elevadas (até 40%) nos cimentos antigos, mantêm a sua 
estabilidade até perto dos 700°C (GRANIZO, 1998). Na Tabela 3.1 estão apresentadas as 
fórmulas naturais das zeólitas mais comuns. 
 
Tabela 3.1 Fórmulas naturais das zeólitas mais comuns (FLEISCHER; MANDARINO, 
1991). 
 
PRINCIPAIS ZEÓLITAS NATURAIS 
ZEÓLITAS FÓRMULA QUÍMICA 
laumontita Ca Al2 Si4 O12 . 4 H2O 
clinoptilolita (Na,K,Ca)2-3 Al3(Al,Si)2 Si13 O36 . 12 H2O 
stilbita Na Ca2 Al5 Si13 O36. 14 H2O 
phillipsita (K,Na,Ca)1-2 (Si,Al)8 . O16. 6 H2O 
erionita (K2,Ca,Na2)2 Al4 Si14 O36 . 15 H2O 
offretita (K2,Ca)5 Al10 Si26 O72 . 30.H2O 
faujazita (Na2 Ca) Al2 Si4 O12. 8 H2O 
chabasita Ca Al2 Si4 O12. 6 H2O 
natrolita Na2 Al2 Si3 O10. 2 H2O 
thomsonita Na Ca2 Al5 Si5 O20 . 6 H2O 
mordenita (Ca,Na2,K2)Al2 Si10 O24. 7 H2O 
epistilbita Ca Al2 Si6 O16. 5 H2O 
analcima Na, Al Si2 O6. H2O 
heulandita (Na,Ca)2-3 Al3 (Al,Si)2 Si13 O36 . 12 H2O 
 
A Figura 3.2 ilustra a estrutura básica das zeólitas. Nos dois casos, tanto o átomo de Si 
quanto o de Al se encontram no centro do tetraedro formado pelos átomos. Caso um átomo de 
Al esteja substituindo o de Si, é necessário um íon positivo para manter o balanço de carga. 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.2 Unidades estruturais básicas das zeólitas. a) Tetraedro com um átomo de silício 
(círculo cheio) no centro e átomos de oxigênio nos vértices. b) Tetraedro com átomo de Al 
substituindo o Si e ligado a um cátion monovalente para compensar a diferença de carga entre 
o Si e o Al. c) Átomo divalente para balancear as cargas entre o Al e o Si numa cadeia 
múltipla de tetraedro (CLIFTON, 1987). 
 
A estrutura das zeólitas apresenta canais e cavidades interconectadas de dimensões 
moleculares, nas quais se encontram os íons de compensação, moléculas de água ou outros 
adsorvatos e sais. Esse tipo de estrutura microporosa confere as zeólitas uma superfície 
interna muito grande quando comparada à sua superfície externa. 
A estrutura da zeólita permite a transferência de matéria entre os espaços 
intracristalinos, no entanto, essa transferência é limitada pelo diâmetro dos poros das zeólitas. 
Dessa forma, só podem ingressar ousair do espaço intracristalino aquelas moléculas cujas 
dimensões são inferiores a um certo valor crítico, que varia de uma zeólita a outra. 
(GIANNETO, 1989). 
Baseado na topologia da estrutura, Breck (CLIFTON, 1987) classificou as zeólitas em 
7 grupos (Tabela 3.2). 
 
Tabela 3.2 Grupos estruturais das zeólitas. 
 
 
 
GRUPO 
 
UNIDADE DE CONSTRUÇÃO 
SECUNDÁRIA ZEÓLITA 
1 anel simples de 4 tetraedros (S4R) analcima, phillipsita 
2 anel simples de 6 tetraedros (S6R) erionita, offretita 
3 anel duplo de 4 tetraedros (D4R) zeólitas A e P 
4 anel duplo de 6 tetraedros (D6R) faujasita, chabazita 
5 complexa 4 - 1 T5O10 natrolita,thomsonita 
6 complexa 5 - 1 T8O16 mordenita, epistilbita 
7 complexa 4 - 4 - 1 T10O20 heulandita, stilbita 
 
Fonte: US Bureau of Mines IC-9140, p. 5 (CLIFTON, 1987). 
 
A unidade primária de construção das zeólitas tem a configuração de um átomo 
central, normalmente de Si ou Al. As unidades de construção secundária (Secondary Building 
Unit- SBU) contêm até 16T - átomos, tendo-se a formação de anéis simples ou duplos de 
quatro, seis ou oito tetraedros (S4R, D4R, S6R, D6R, S8R, D8R), de acordo com a Figura 3.3. 
 
 
 
 
Figura 3.3 Unidades de construção secundária (MEIER; OLSON, 1992). 
 
Genericamente, a ativação alcalina é uma reação de hidratação de aluminossilicatos 
com substâncias do tipo alcalino ou alcalino-terroso, nomeadamente: 
 
 
• Hidróxidos [ROH, R(OH)2]; 
• Sais de ácidos fracos [R2CO3, R2S, RF]; 
• Sais de ácidos fortes [Na2SO4, CaSO4. 2H2O] 
• Sais silicatados do tipo R2. (n) SiO2. 
 
O R é um íon alcalino do tipo Na, K ou Li (PUERTAS, 1995), ou alcalino-terrosos 
como o Ca. 
Para potencializar os melhores resultados, os aluminossilicatos devem sofrer 
primeiramente um tratamento térmico, envolvendo a perda de água e alteração da 
coordenação do íon alumínio com o oxigênio. Como conseqüência destas alterações, o 
material perde grande parte de sua estrutura cristalina ficando num estado praticamente 
amorfo, de elevada entropia, o que lhe confere, como se sabe, uma grande apetência para 
combinar-se quimicamente. 
Assim, em princípio, aluminossilicatos como as escórias (obtidas, por exemplo, nos 
altos fornos), as cinzas volantes (obtidas na queima de carvão nas centrais termoelétricas), as 
cinzas vulcânicas (com tratamento térmico natural) e o pó de telha ou tijolo (com passagem 
nos fornos industriais de cozedura) são potenciais materiais de partida para a ativação 
alcalina, já que dispõem de uma reconhecida história térmica. A fase de arrefecimento, que 
também é crítica, sendo normalmente muito rápida, reforça a obtenção de matrizes amorfas 
(GRANIZO, 1998). 
Os caulins, aluminossilicatos naturais, resultantes de alterações químicas das rochas 
feldspáticas (meteorização), desde que submetidos a um tratamento térmico conveniente com 
vistas a desidroxilação e a alteração da já referida coordenação do alumínio, dão lugar à 
obtenção do metacaulim que pode também ser ativado alcalinamente (DAVIDOVITS, 1991; 
GRANIZO, 1998). 
Os caulins têm geralmente um teor em cálcio muito baixo, ou praticamente nulo, não 
se inserindo, por isso, na linha tradicional dos ligantes em que o cálcio, como no cimento 
Portland, tem um papel predominante. 
Os primeiros desenvolvimentos do processo de ativação alcalina tiveram em vista a 
indústria cerâmica com o objetivo de contornar o elevado dispêndio energético que se verifica 
nos fornos de cozedura dos caulins. 
 
 
 
 
3.3 CIMENTOS GEOPOLIMÉRICOS 
 
Os geopolímeros vieram da necessidade de se obter polímeros não inflamáveis, o que 
seria possível na indústria pela introdução de grupamentos contendo fósforo. Este tipo de 
substituição não inflamaria em caso de queima, mas produziria fumaça tóxica. Por isso, a 
partir da década de 50, um grupo de pesquisadores passou a trabalhar no desenvolvimento de 
cimentos álcali-ativados. Em 1972, Davidovits iniciou suas pesquisas em busca de polímeros 
não baseados em carbono. A idéia foi trabalhar com elementos geológicos constituídos por 
silício, utilizando baixa temperatura e aplicando técnicas similares àquelas usadas na síntese 
das zeólitas. A evolução das pesquisas nesta época foi prejudicada pela crise do petróleo, pois 
nessa década o mercado financeiro não era favorável a investimentos. Davidovits continuou 
suas pesquisas sem investimentos e observou que era possível obter não só uma resina, mas 
também um material agregante e um cimento (DAVIDOVITS, 1994). Em 1976, Davidovits 
patenteou nos EUA cimentos de base alcalina a genericamente designou-os geopolímeros. 
Os geopolímeros são polímeros inorgânicos que em meio alcalino reagem entre si sob 
determinadas condições de pressão e temperatura, formando produtos de natureza amorfa de 
combinação ímpar apresentando propriedades mecânicas, resistência térmica e baixa 
densidade, importantes para aplicações na construção civil (DAVIDOVITS, 1994). 
Os geopolímeros ou polissialatos têm terminologia adotada para abreviatura de poli-
silico-aluminatos, derivados de materiais com ocorrência geológica natural (silicatos e 
aluminatos, duas matérias-primas encontradas em abundância no Brasil). Eles apresentam 
características particulares que revelam o seu grande potencial de aplicação como 
aglomerante em substituição ao cimento Portland. Esses materiais derivam de uma adaptação 
moderna dos processos de estabilização de solos cauliníticos ou lateríticos com cal (Ca 
(OH)2), feita pelos antigos Romanos e Egípcios na confecção de peças estruturais. As grandes 
pirâmides do Egito foram erguidas há 4.500 anos com blocos moldados neste material. 
Os aluminossilicatos, à base de silício e de alumínio, representam uma vasta gama de 
potenciais matérias-primas. Todavia, para a otimização dos resultados é necessário garantir 
determinadas razões entre os principais óxidos e obter estados de amorfização para que os 
produtos da reação sejam mais estáveis. Cinzas vulcânicas, pozolanas ou mesmo a caulinita 
são aluminossilicatos naturais capazes de produzir materiais com boas propriedades 
mecânicas através da ativação alcalina. 
No entanto, os aluminossilicatos provenientes de detritos industriais como resíduos de 
construção, escórias, cinzas volantes e de incineração, escombreiras de explorações mineiras e 
 
outros são os mais alcalinos como matéria-prima para a ativação alcalina, pois permitem 
promover a reintegração de materiais cuja utilidade têm constituído um problema cada vez 
mais sério nas sociedades desenvolvidas. 
Estudos mineralógicos e químicos constataram que o cimento geopolimérico é feito 
sem usar nenhuma pedra calcária; isto resulta em um composto mais limpo. Ele é resultante 
de um concreto feito a partir da mistura de pedregulhos de calcário caulinítico oriundos de 
Gizé com NaOH produzido pela mistura de cal (Ca (OH)2), barrilha (Na2CO3) e água. 
Segundo as análises, as pedras calcárias naturais são compostas por folhas fossilizadas 
dispostas paralelamente entre si, em camadas sedimentares. 
O ingrediente chave é o metacaulim mineral que vem tipicamente das argilas 
caulinitas, mas pode vir do desperdício da mineração de carvão ou de resíduos inorgânicos de 
vários tipos, como cinzas volantes e de queima, escórias e sílica de fumo. 
Nos blocos das pirâmides, no entanto, as camadas são orientadas aleatoriamente, como 
ocorre quando pedregulhos de calcário são aglomerados dentro do concreto. Realmente a 
composição química das pedras das pirâmides é similar a das estruturas geopoliméricas feitas 
pelo homem atualmente. Estudos de difração de raios X de amostras removidas dos blocos 
das pirâmides de Quéops, Quéfren, Teti e Sneferu indicam que a calcita (CaCO3) é a fase 
cristalina predominante. 
Entretanto, um material amorfo composto por silicatos e aluminossilicatos complexos 
e um material criptocristalino (zeólita do tipo analcima, Na2O.Al2O3.4SiO2.2H2O), 
acompanham a microestrutura.Estes compostos também são comumente encontrados em 
amostras de estruturas antigas existentes na Grécia, Chipre e Itália, algumas com quase 9.000 
anos de idade e em outras estruturas do período da Antiguidade. Considera-se que a excelente 
durabilidade dessas estruturas está relacionada com a existência de tais compostos. A 
preservação das pirâmides através de milhares de anos é a prova da extrema durabilidade dos 
materiais geopoliméricos. 
Os geopolímeros são considerados análogos das zeólitas, entretanto sua estrutura é 
amorfa ou semicristalina. Geopolímeros resultam da condensação polimérica de 
aluminossilicatos e silicatos alcalinos originando estruturas poliméricas tridimensionais. Essa 
estrutura tridimensional é gerada devido à relação SI/AL, pois o arranjo 3D se forma quando 
as ligações cruzadas de SI/AL forem iguais ou superiores a 2, aí se obtém um polímero 
denominado de polissiloxossialato ou PSS. São produzidos de uma maneira distinta daquela 
do cimento Portland. Não requerem fornos com temperaturas extremas, grandes gastos com 
combustíveis, nem grandes investimentos em plantas e equipamentos. Os geopolímeros foram 
 
desenvolvidos a partir de estudos pela variação das razões molares entre os seus principais 
óxidos reagentes. O processamento térmico de sílico-aluminatos alcalinos e aluminossilicatos, 
disponíveis em qualquer continente, fornece as matérias-primas necessárias para a 
geopolimerização (DAVIDOVITS, 2005). 
A composição e a síntese dos geopolímeros determinam suas características de pega e 
cura, bem como seu comportamento mecânico final. Endurecem a temperatura ambiente e 
possuem alta resistência à compressão, durezas próximas dos 200 HB e são estáveis a 
temperaturas acima de até 1400°C. Entretanto, são frágeis e necessitam de fibras para inibir a 
formação de microfissuras durante a geopolimerização. 
A nomenclatura para esses polímeros minerais é baseada no termo polissialato (Figura 
3.4) e foi estabelecida pela União Internacional de Química Pura e Aplicada, no encontro 
realizado em Estocolmo em 1976 (DAVIDOVITS, 2002). O termo sialato foi sugerido para 
abreviar silico-oxo-aluminato. A fórmula empírica dos polissialatos é dada por: Mn [-(Si-O2)z 
- Al-O]n . wH2O. 
Sendo M um cátion, elemento alcalino e n o grau de polimerização. O símbolo “–” 
indica a presença de uma ligação, “z” é 1, 2 ou 3. Quando z é igual a 1, o nome é polissialato 
(PS), z igual a 2, polisialato-siloxo (PSS), e z igual a 3, polisialato-disiloxo (PSDS) e w é o 
grau de hidratação. 
 
 
Figura 3.4 Esquema de estruturas moleculares de polissialatos. 
 
Poli (sialato) 
Poli (sialato-siloxo) 
Poli (sialato-disiloxo) 
 
Compostos geopoliméricos desenvolvidos para aplicações industriais podem ser 
cristalinos, semicristalinos ou amorfos. A estrutura cristalina do polisialato (Mn-(-Si-O-Al-
O))n e polisialato-siloxo (Mn-(-Si-O-Al-O-Si-O-))n resultam de condições de pega 
hidrotérmicas, enquanto que o endurecimento à temperatura ambiente induz a formação de 
estruturas amorfas e vítreas. Usando caulinita (Al2Si2O5(OH)4) como precursor geopolimérico 
e condições experimentais hidrotérmicas (150°C/5 MPa-10 MPa) em meio alcalino, a 
formação de uma estrutura tipo sodalita idêntica a zeólita A, a mais simples das zeólitas 
sintéticas, é favorecida, como mostra a Figura 3.5. 
Usando o óxido aluminossilicato (Si2O5, Al2O2) como precursor geopolimérico em 
condições experimentais, tais como 150°C/15 MPa, não favorece a formação de cristais 
conforme ocorre com espécies zeolíticas, o que se observa é a formação de uma mistura de 
polissialato e zeólita tipo A 4. Vários polihidro-xialuminossilicatos podem ser usados como 
material de partida para preparar o (Si2O5, Al2O2), incluindo minerais com espaçamentos 
basais de cerca 0,7 nm e tendo, no mínimo, um cátion alumínio localizado em camadas 
octaédricas. 
 
 
 
 T >>>> 100º C 
 5 MPa - 10 MPa 
 
 
 
 
 
Figura 3.5 Estrutura do polissialato do tipo sodalita (DAVIDOVITS, 1991). 
 
(Al2Si2O5(OH)4) NaOH 
 
Materiais residuais como cinzas volantes, escória de alto forno e resíduos de minerais, 
contêm quantidades suficientes de alumina e sílica reativas que podem ser usados como 
materiais de partida para reações de geopolimerização. Alguns trabalhos têm mostrado 
sínteses usando cinzas volantes, escória de forno, pozolonas, minerais contendo Al e Si e 
argilas (caulim e metacaulim). Deve-se considerar, entretanto, que dependendo do tipo e da 
natureza do material de partida usado, as propriedades físicas e químicas do geopolímero 
formado serão diretamente afetadas (VAN JAARSVELD et al, 1998). 
Como aplicações potenciais dos geopolímeros podem ser citadas: materiais refratários, 
materiais para aplicações balísticas, cimentos para ambientes agressivos e reparações 
estruturais, retenção de resíduos tóxicos e radioativos, estabilização de solos contaminados, 
moldes para vários tipos de indústrias, entre outros. Em todos os campos da indústria entre 
elas: na indústria automobilística e aeronáutica, fundição não ferrosa e metalúrgica, 
engenharia civil, indústria de plásticos, na arte e decorações, entre outros. 
Podem ser usados puros ou na forma de compósitos. Dentre as características que dão 
destaque a este material incluem-se alta a resistência inicial, baixa retração, a resistência a 
sulfatos e a resistência a ciclos resfriamento-descongelamento (DAVIDOVITS, 2002). Um 
exemplo de aplicação de geopolímeros é o uso de compósitos com fibra de carbono, para ser 
aplicada no interior de cabines e outros componentes de aeronaves (LYON et al, 1997). 
Alguns estudos têm investigado o uso de geopolímeros para substituir polímeros 
orgânicos em compósitos de fibra de carbono aderidos a feixes de concreto (BALAGURU 
1992). 
Os resultados mostram vantagens quanto à resistência à queima, durabilidade frente 
aos raios UV e não emissão de qualquer substância tóxica. O material geopolimérico pode ser 
descartado como lixo comum. Outros usos reservados por patentes são: reforço de fibra em 
compósitos de concreto e aço com o objetivo de proteger estruturas; na construção de 
sensores piezoelétricos para temperaturas entre a ambiente e 1360°C; na construção de 
varistores e resistores (GREUTER; STRUMPLER, 1999) recobrimento de superfícies 
contendo carbono (LAURENT, 1998); agregantes para o tratamento de materiais residuais 
(COMRIE; DAVIDOVITS 1988); e outros. 
Produtos pré-formulados, com base em cimento geopolimérico, apresentam 
resistências à compressão de até 20 MPa duas horas depois de aplicados. Aos 28 dias, podem 
ultrapassar 100 MPa. Uma das propriedades do cimento geopolimérico é, por exemplo, 
possibilitar o tráfego de automóveis pesados em menos de 4 horas. (DAVIDOVITS, 2002). 
 
Além disso, o comportamento apresentado pelos geopolímeros é superior em várias 
propriedades ao cimento Portland, o que faz substituto em concretos e argamassas tradicionais 
e também um produto de características muito especiais, para ser utilizado nas condições onde 
as propriedades do cimento Portland são insuficientes. 
O geopolímero é um material considerado de baixo impacto ambiental, tendo como 
vantagens: resistência à alta temperatura, alta reatividade, boa plasticidade, baixa densidade, 
capacidade de servir como molde, pega rápida, boa trabalhabilidade, boa resistência 
mecânica, coesão e acabamento superficial, que são observados no estado fresco, associadas 
ao rápido desenvolvimento de resistência mecânica e dureza superficial. 
Devido às suas características de resistência ao sulfato e elevadas temperaturas, o 
geopolímero tem sido usado em revestimento de proteção, contra meios agressivos, 
proporcionando maior durabilidade das estruturas. (DAVIDOVITS, 2002). 
Os materiais geopoliméricos são favoráveis ao meio ambiente e necessitam somente 
de energia moderadapara serem produzidos. Eles também podem ser obtidos usando 
subprodutos disponíveis na indústria como material de base. Possui características especiais, 
pois foi desenvolvido com tecnologia inovadora empregando, principalmente, argilominerais 
naturais e sintéticos de forma distinta em relação à indústria de cimento tradicional que tem 
como principal fonte à matéria calcária para gerar o clínquer Portland. 
Essa nova tecnologia contribui amplamente para diminuição do impacto ambiental, já 
que há queda de 80 % de emissão de gás carbônico para a atmosfera. Outra característica 
relevante é que, apesar de ser à base de água, os produtos de reação não são hidratos cálcicos 
como nos cimentos convencionais. Isto traz como conseqüência a formação de uma matriz 
amorfa, mas estável quimicamente. Os geopolímeros são cimentos com resistência à tração 
superiores aos convencionais, além de ser imune a reações álcali-agregado. Tem melhor 
acabamento que em muitos casos proporcionará redução significativa de custos com 
eliminação dessa etapa na produção da peça (DAVIDOVITS, 2002). 
Devido à elevada resistência a compressão inicial, os geopolímeros podem ser 
utilizados na produção de pavimentos que exigem rápida liberação para o uso tais como obras 
em pistas de aeroportos, vias de tráfego intenso na manutenção industrial, etc. 
 
 
 
 
 
 
3.3.1 Geopolimerização 
 
A geopolimerização é um fenômeno exotérmico que pode ser esquematizado como 
resultado da policondensação de monômeros. Davidovits direciona este tipo de reação apenas 
para os óxidos de alumínio e silício, sem qualquer intervenção da cal. 
O mecanismo de formação de geopolímeros (Figura 3.6) inclui uma etapa de 
dissolução inicial, onde a solução alcalina não só hidrolisa a superfície do mineral, mas 
também dissolve uma pequena quantidade de espécies Al e Si. Estas espécies dissolvidas 
reagem com os íons silicatos já dissolvidos e polimerizam, por reações de condensação, 
formando um gel que é transformado na estrutura final, seja por outra dissolução e outro 
processo de cristalização, ou por um mecanismo do estado sólido, como proposto por 
Scrivener para cimentos de escória ativados por álcalis (VAN JAARSVELD et al. 1998). 
A fase gel é altamente reativa e, provavelmente, produzida principalmente pela 
copolimerização de espécies de alumina e sílica individuais dissolvidas pelo hidróxido 
alcalino das fontes de sílica e alumina. Desta forma, pode-se supor que a concentração de 
álcali, bem como o tamanho de partícula e a estrutura cristalina das fontes de sílica e alumina 
terão uma maior influência na eventual formação de gel via espécies dissolvidas (VAN 
JAARSVELD et al. 1998.). 
 
 
 
 + 
 
 + 
 (íon ortosialato) 
 NaOH/KOH 
 
 
 
 
 (Esqueleto geopolimérico) 
Figura 3.6 Esquema do mecanismo de geopolimerização (VAN JAARSVELD et al. 1998). 
n(Si2O5, Al2O2) 
Mineral Si-Al 
2n SiO2+ 4n H2O + 
NaOH/KOH 
Na+, K+ 
n (OH)3 SiOAl-OSi (OH)3 
 
 (OH)2 
 
(Na+, K+) ( -Si-O-Al-O-Si-O-) 
 
 O O O 
 
No entanto, o mecanismo químico responsável pela dissolução e formação do gel não 
é completamente entendido. Em muitos casos, a dissolução dos materiais de partida não é 
completa até que a estrutura final endurecida seja formada. Pequenas quantidades de sílica e 
alumina presentes na superfície das partículas precisam tomar parte da reação para que a 
mistura total solidifique (VAN JAARSVELD et al. 1998). Durante a síntese, os cátions de 
metais alcalinos desempenham um papel muito importante na ordenação das moléculas de 
água e, depois, na solubilização das espécies para começar o processo de nucleação que 
conduzirá à formação da estrutura. 
O tamanho do cátion também afeta a morfologia do eventual cristal, sendo o potássio 
o responsável por um maior grau de condensação quando comparado ao sódio, sob as mesmas 
condições. A escolha do tipo de álcali a ser utilizado durante a síntese dependerá de muitos 
fatores, sendo o mais importante o tipo de material de partida a ser utilizado, bem como o 
objetivo final em termos de aplicação (VAN JAARSVELD et al. 1998). 
A composição química dos materiais do geopolímero é similar à das zeólitas 
cristalinas que se formam na natureza, em geral, por deposição de cinzas vulcânicas em 
ambientes alcalinos. No entanto, diferem delas por apresentarem uma estrutura 
essencialmente amorfa o que dificulta a sua análise e identificação. 
As reações de superfície no processo de geopolimerização dependem de quatro fatores 
fundamentais: mineralogia, teor de sílica, alumina, finura ou área superficial reativa e 
morfologia. O conhecimento da composição química dos produtos é essencial para a eficácia 
na reação. 
 
3.3.2 Precursores Geopoliméricos: Caulim e Metacaulim 
 
Os caulins resultam da ação do intemperismo ou hidrotérmica sobre rochas 
feldspáticas sendo classificados em primários e secundários. O caulim está entre os 6 minerais 
mais importantes e abundantes da crosta terrestre (até 10 m de profundidade). O caulim é 
formado basicamente por caulinita, um argilomineral produzido pela decomposição do 
feldspato (INDUCAL, 2005). 
Os caulins primários ou residuais, apesar de serem produtos de decomposição de 
rochas e conter grandes quantidades de restos da rocha matriz, tais como quartzo, mica e 
feldspato, são os que se encontram no lugar em que estava a rocha original. 
Os caulins secundários ou transportados são os que são transportados para outro lugar. 
Os argilos minerais presentes nos caulins primários são a caulinita e/ou haloisita isolados ou 
 
de mistura em diversas proporções. Nos caulins secundários, o argilomineral presente é 
geralmente a caulinita (SOUZA; SANTOS, 1989). 
A caulinita, aluminossilicato lamelar, de fórmula Al2SiO5(OH)4, é formada por 
tetraedros de silício e octaedros de alumínio unidos pelo compartilhamento de átomos de 
oxigênio (DANA; HURLBURT, 1960), conforme pode ser visto na Figura 3.7. 
Muito embora muitos caulins, primários ou secundários, sejam suficientemente puros 
para uso industrial no estado bruto, a maioria deles deve ser refinada ou purificada por 
lavagem ou por outros processos. Existe uma variação nas cores dos caulins naturais: branca, 
creme, amarela e rosa (SOUZA; SANTOS, 1989). 
Do ponto de vista industrial, os caulins possuem um amplo mercado sendo utilizados 
para a fabricação de cerâmica branca, para reforçar borrachas, no fabrico de plásticos, tintas, e 
zeólitas, catalisadores, além da sua importância para a indústria de papel. No Brasil, o maior 
uso de caulins é na indústria cerâmica (SOUZA; SANTOS, 1989). 
 
 
 
 
Figura 3.7 Estrutura da caulinita. 
(Fonte: <http: //www. science.uwaterloo.ca>). 
 
Os maiores produtores mundiais são Inglaterra, Alemanha, China, Estados Unidos, 
França, Índia e Rússia. No nosso país, existem depósitos de origem pegmatítica ou granítica 
no nordeste (Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco e Bahia), no Norte 
(Amazonas), no Sudeste (Minas Gerais, Espírito Santo, Rio de Janeiro, São Paulo, Paraná) e 
Tetraedros 
de Si 
Octaedros 
de Al 
 
no Sul (Rio Grande do Sul), todos em exploração industrial comercial, geralmente 
para cerâmica, borracha, papel e usos menores (SOUZA; SANTOS, 1989). 
Os caulins, quando tratados termicamente a temperaturas específicas, fornecem 
produtos com propriedades características de significado industrial chamados caulins 
calcinados. A caulinita, quando aquecida, se transforma inicialmente em metacaulinita até 
chegar a mulita (KAKALI et al. 2001), conforme Figura3.8. 
A calcinação à baixa temperatura é responsável pela desidroxilação da estrutura 
hexagonal da caulinita (Figura 3.9), originando um material amorfo, denominado 
metacaulinita. O aquecimento posterior resulta na formação de estrutura tipo espinélio, 
chamada mulita primária onde ocorre a separação de sílica, que cristaliza, subseqüentemente, 
na forma de mulita. Os caulins calcinados entre 600°C e 1100°C apresentam aplicações em 
várias indústrias, como papel, PVC, borrachas, plásticos, selantes adesivos e também como 
agentes para polimento. A maior opacidade conferida ao papel pelo uso de caulim calcinado é 
atribuída à alta concentração de vazios de agregados fundidos, e à abertura da estrutura 
empacotada (CHANDRASEKHAR; RAMASWAMY, 2002). 
 
 
 
 
 ~550°C 
 
 
 
 ~900°C 
 
 
 
 1000 -1100°C 
 
 
 
 
 
 Figura 3.8 Transformações térmicas da caulinita (~ indica início de reação). 
Metacaulinita (Al2Si2O7) 
Fase tipo espinélio 
Mulita 
Al6Si2O13 
Caulinita 
(Al2Si2O5(OH)4) 
 
 
 
 
Figura 3.9 Estrutura hexagonal de caulinita bem cristalizada (KUGLER; PASHIN, 1994). 
 
Na metacaulinita, a rede Si-O permanece intacta enquanto a rede Al-O se reorganiza. 
A metacaulinita é considerada material pozolânico por reagir bem com o óxido de cálcio, 
melhorando as propriedades mecânicas e resistência química do cimento Portland. Essas 
propriedades são função principal da natureza e abundância do argilomineral na matéria- 
prima, condições de calcinação e do tamanho de partícula do material (KAKALI, et al. 2001). 
Entre as aplicações da metacaulinita está um produto de alta reatividade utilizado 
como carga na indústria do concreto, denominado metacaulinita de alta reatividade (refinada e 
sem impurezas), que fornece propriedades melhoradas comparáveis à sílica ativa, com a 
vantagem de ser uma alternativa promissora para projetos de arquitetura, onde a cor escura da 
sílica ativa não é desejada. 
 
3.3.3 Ativação Alcalina do Metacaulim 
 
A ativação alcalina pode efetuar-se sobre outros tipos de aluminossilicatos isentos de 
cálcio, como os caulins, desde que sujeitos a determinadas condições de temperatura e 
pressão, de preferência submetendo-os previamente a um tratamento térmico para 
desidroxilação. A importância da intervenção da temperatura situa-se nas alterações 
Cristais 
Hexagonais 
 
 
estruturais que se provocam na organização molecular e que propiciam melhores condições de 
combinação. 
A caulinita é estruturalmente caracterizada pela justaposição de duas lâminas T-O 
(tetraédrica de silício e octaédrica de alumínio e/ou magnésio). Na lâmina octaédrica, o 
alumínio está em coordenação com 2 átomos de oxigênio e 4 hidroxilas OH e apresenta um 
comportamento estável. Ao aquecer o caulim entre 500ºC e 900ºC, durante um período 
suficientemente longo, ocorre a desidroxilação (perda dos hidróxidos OH, que se agrupam 
dois a dois, libertando uma molécula de água e deixando em seu lugar uma molécula de 
oxigênio) e concomitante alteração da coordenação do alumínio, que passa a tetraédrica 
(maioria) e pentaédrica (parcial). Com a transformação do caulim em metacaulim o material 
se torna muito mais reativo, com propriedades pozolânicas (DAVIDOVITS, 1994). 
O produto que se obtém depende da composição química e mineralógica do caulim de 
base, o metacaulim obtido pode ter maior ou menor grau de finura, maior ou menor superfície 
específica e apresentar cor branca, creme ou levemente rosada. 
De acordo com Davidovits (1988), é necessário promover a desidroxilação do caulim 
acima dos 600ºC e abaixo dos 950ºC. De fato, até os 450ºC - 500ºC a reação é reversível, isto 
é, juntando-se água ao produto formado consegue-se obter novamente a hidratação do caulim. 
A temperatura ideal situa-se nos 750ºC, sendo importante determinar experimentalmente o 
tempo mínimo de tratamento térmico necessário para garantir a desidroxilação e alteração da 
coordenação do alumínio. 
Após a desidroxilação o metacaulim adquire uma estrutura amorfa e um potencial de 
reatividade muito pronunciado. De acordo com (MURAT; BACHIORRINI, 1986), o grau de 
amorfismo pode ser apreciado pelo padrão tipo de bandas de absorbância/ transmitância do 
espectro infravermelho (EIV) e pelo valor da densidade óptica. 
Pode-se dizer que a reação de ativação alcalina se traduz, em termos práticos, por um 
processo de policondensação (síntese polimérica) em que os tetraedros de SiO4 e AlO4 , se 
ligam alternadamente entre si, compartilhando todos os oxigênios. Os íons alcalinos (K+ e 
Na+), atuam como agentes formadores na estrutura e são os componentes que determinam as 
propriedades ligantes. 
A estrutura desses ligantes é similar a das zeólitas naturais, podendo ser considerados 
zeólitas de sínteses. Contudo, existe uma diferença significativa: na formação das zeólitas 
naturais a fase líquida aparece em excesso, o que favorece a cristalização. Na reação do 
metacaulim emprega-se o mínimo de agente ativador que seja necessário para garantir a 
trabalhabilidade da pasta. As duas reações processam-se em velocidades diferentes, sendo 
 
consideravelmente mais rápida a reação do geopolímero. Como conseqüência disto, as 
zeólitas são materiais cristalinos, enquanto que os geopolímeros apresentam textura amorfa. 
Os materiais de partida que Davidovits utilizou foram essencialmente os 
aluminossilicatos, sendo por isso natural que a nomenclatura proposta traduzisse essa origem. 
O termo polissialato foi introduzido para caracterizar a rede de tetraedros de SiO4 e AlO4 que, 
ligados alternadamente e compartilhando todos os oxigênios dos vértices, constituem a matriz 
química dos geopolímeros. Sialato é a abreviação de silico-oxo-aluminato (Figura 3.10). 
 
 
 
 
Figura 3.10 Aspectos Estruturais e Nomenclatura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO IV 
 
 
4. FASE DISPERSA DO CIMENTO 
GEOPOLIMÉRICO: REFORÇO 
GEOSSINTÉTICO DE POLIPROPILENO - 
(GEOMANTA E TNT) 
 
 
4.1 POLIPROPILENO (PP) 
 
O polipropileno é um polímero termoplástico sintético, obtido pelo craqueamento do 
petróleo, a partir do monômero de propileno ou propeno, e unido constitui longas cadeias de 
moléculas. Sua síntese ocorreu pela primeira vez em 1954, com Giulio Natta, químico 
italiano, o qual ganhou um prêmio Nobel na química em 1963, juntamente com o alemão Karl 
Ziegler para o trabalho em polímeros. A produção comercial do polipropileno só teve 
significância na década de 60. Portanto é uma resina plástica bastante jovem no mercado. 
Segundo Agopyan e John (1994), as fibras de polipropileno quando comparadas às fibras 
vegetais apresentam as vantagens de serem quimicamente inertes em ambientes alcalinos 
(tornando-se compatíveis com a mistura em matrizes cimentícias). Possuem superfície 
hidrófoba, não têm poros, portanto não absorvem a água da mistura e podem ser fabricadas 
em diversas geometrias. 
As fibras do polipropileno não apresentam problemas de corrosão, são flexíveis e 
possuem preço menor por volume. O polipropileno é a fibra mais leve (Tabela 4.1) que existe. 
Comparando-o as outras fibras, o PP é 40 % mais leve que o algodão, 35 % mais leve que o 
poliéster, 32 % mais leve que a lã, 23 % mais leve que o acrílico e 21% mais leve que a 
poliamida. 
O polipropileno atualmente é um dos mais importantes termoplásticos comerciais, 
com aproximadamente 2,5 milhões de toneladas produzidas nos Estados Unidos e 6,5 milhões 
de toneladas produzidas mundialmente. O uso de aproximadamente 700 mil toneladas de 
fibrase filamentos de polipropileno é um indicativo da sua versatilidade. Ele é usado também 
para moldagem por sopro, moldagem por injeção e filmes extrudados (BAUMHARDT, 
2004). 
Enquanto o consumo de todas as resinas cresceu em média 5,6 % ao ano nos últimos 
10 anos, o polipropileno tem crescido 9,5 % ao ano neste mesmo período (SUZANO 
PETROQUÍMICA, 2005). A produção nacional de polipropileno tem também sua 
importância por ser um grande consumidor de propeno. 
 
Tabela 4.1 Comparação da densidade, isolação térmica e absorção de umidade entre as fibras. 
 
FIBRAS 
 
Densidade 
g/cm³ 
Isolação 
térmica 
Absorção de 
umidade (%) 
Polipropileno 0,91 6,0 0,05 
Algodão 1,50 17,5 7,0 a 8,0 
Lã 1,32 7,3 16,0 
Acrílico 1,17 8,0 1,5 a 2,5 
Poliamidas 1,14 10,0 4,0 
Poliéster 1,38 7,0 0,4 a 0,5 
 
Fonte: (MÔNACO, 2001). 
 
O polipropileno utilizado como reforço aumenta a resistência mecânica do cimento, 
além de proporcionar as seguintes vantagens: 
1. Elimina o aparecimento de fissuras durante o período de cura causada pela retração 
plástica do cimento geopolimérico, proporcionando maior retenção de água; 
2. Reduz a permeabilidade e o aumento da resistência ao impacto; 
3. Aumenta a tenacidade do cimento e a sua resistência à abrasão (superficial), pois evita 
a exsudação que altera o fator água x cimento; 
4. Reduz os custos; 
5. Melhora a coesão do cimento; 
6. Não oxida e tem longa duração; 
7. Não conduz eletricidade; 
8. Contribui para diminuir o peso do pavimento; 
9. Serve como reforço. 
 
4.2 GEOSSINTÉTICOS 
 
Geossintéticos podem ser definidos como: produtos industrializados poliméricos 
(sintéticos ou naturais), cujas propriedades contribuem para melhorias geotécnicas, nas quais 
eles desempenham funções de: reforço, filtração, drenagem, proteção, separação, controle de 
fluxo (impermeabilização) e controle superficial (Figura 4.1). 
 
 
 
Figura 4.1 Aplicações típicas de geossintéticos e de proteção ambiental (PALMEIRA, 1998). 
 
A evolução mundial dos geossintéticos pode ser vista como se segue. Em 1950, os 
geossintéticos foram empregados como elementos de filtros para aplicação antierosiva em 
obras hidráulicas em alguns países. Em 1960, os geossintéticos foram utilizados como 
elementos separadores e de reforço em materiais com características mecânicas e físicas 
diferentes, principalmente em obras viárias. Em 1970, eram aplicados em reforços de grandes 
aterros e barragens. Foi nessa época introduzido como elemento prolongador da vida útil de 
recapeamento asfáltico. Em 1971, iniciou-se a era dos geossintéticos no Brasil com fabricação 
do primeiro geotêxtil não tecido. Em 1980, utilizaram geossintéticos na recuperação das áreas 
poluídas e na construção de obras de contenção e proteção ambiental. Em 1990, surgiu uma 
multiplicidade de produtos e usos deste material. Apesar da grande experiência acumulada nas 
últimas décadas, as condições territoriais, econômicas e sociais do Brasil têm retardado a 
disseminação destas informações. 
Os produtos geossintéticos estão cada vez mais presentes no dia a dia das obras de 
engenharia no Brasil e no mundo. Há alguns anos, apenas os geotêxteis eram utilizados na 
construção de drenos subterrâneos. Mas hoje a opção de produtos disponíveis permite realizar 
obras mais rápidas, com menores gastos em equipamentos e mão - de - obra. 
Como qualquer outro produto inserido em uma obra, os geossintéticos também devem 
merecer um projeto e/ou especificação adequados. Surge a preocupação da continuidade da 
eficiência desses materiais com o passar do tempo, levantando-se questões quanto ao seu 
desempenho e durabilidade ao longo do tempo de sua vida. 
Aterro reforçado Aterro sobre solo mole 
Estrada não pavimentada 
Drenagem//filtração 
Impermeabilização 
Pavimento 
 
A durabilidade deve ser entendida como a propriedade que garante o perfeito 
desempenho e integridade do material durante um determinado período de tempo, isto é, o 
material deve ser capaz de resistir, desde sua instalação, bem como o tempo durante sua 
utilização, aos agentes agressivos do ambiente no qual está instalado. Em função da 
quantificação da durabilidade são determinados também os fatores de segurança para projeto. 
Assim sendo, tem se estudado o aspecto da durabilidade de produtos geossintéticos. Hoje já se 
tem uma grande variedade dos produtos geossintéticos disponíveis no mercado. 
No Brasil já há uma variedade razoável de geossintéticos, tanto nacionais como 
importados, que permite o engenheiro projetar e/ou especificar o mais adequado para cada 
circunstância. 
A preocupação em se entender melhor os materiais sintéticos data de, pelo menos, 
duas a três décadas atrás. Porém, só no decorrer dos anos de 1980 - 1985 o RILEM Tecnichal 
Committeen 47 Synthetic Membranes (TC 47 SM) (WILLIAMSON; LENSCHOW, 1984) 
concentrou suas atividades no geotêxteis e geomembranas, com o objetivo de desenvolver 
metodologias e métodos de ensaios incluindo definições, nomenclaturas, recomendações de 
aplicações de testes mecânicos e hidráulicos, e recomendações para definir comportamentos 
de interesses de estudos imediatos, com vistas a se resolver problemas geotécnicos 
relacionados a esses produtos (GAMSKI, 1990). 
 As principais funções exercidas pelos geossintéticos são: 
 1. Separação: o geossintético é interposto entre dois materiais de naturezas diferentes, 
impede sua mistura e interpenetração, preservando suas características originais; 
 2. Reforço: o geossintético, através de suas propriedades mecânicas atua no sentido de 
reforçar a estrutura geotécnica na qual está inserido; 
 3. Proteção: o geossintético é colocado adjacente a outro elemento de uma obra 
geotécnica, o protege de danos mecânicos tais como abrasão, puncionamento e fratura; 
 4. Filtração: o geossintético, através de sua estrutura física retém a fase sólida 
deixando livre a passagem aos fluidos; 
 5. Drenagem planar: o geossintético, através de sua estrutura física, coleta e conduz 
fluidos em seu plano; 
 6. Barreira impermeabilizante: o geossintético bloqueia e/ou desvia o fluxo de fluidos. 
 
 
 
 
 
4.2.1 Terminologia e Classificação dos Geossintéticos 
 
De acordo com o projeto de revisão da norma brasileira NBR 12553, os geossintéticos 
são agrupados, nomeados e classificados como segue: 
1. Geobarra [GB]: produto em forma de barra com função predominante de reforço; 
2. Geocélula [GL]: produto com estrutura tridimensional aberta constituída de células 
interligadas com função predominante de reforço e controle de erosão; 
3. Geocomposto [GC]: produto industrializado formado pela superposição ou 
associação de um ou mais geossintéticos entre si ou com outros produtos; 
4. Geoespaçador [GS]: produto com estrutura tridimensional constituída de forma a 
apresentar grande volume de vazios com função predominante do meio drenante; 
5. Geoexpandido [GS]: produto fabricado a partir de um polímero expandido 
formando uma estrutura tridimensional leve, com finalidade principal de meio drenante; 
6. Geoforma [GF]: estrutura com a finalidade de conter materiais de modo permanente 
ou provisório; 
7. Geogrelha [GG]: produto com estrutura de grelha com função predominante de 
reforço e cujas aberturas permitem a interação do meio em que estão confinadas. 
8. Geomanta [GA]: produto com estrutura tridimensional permeável, usado para 
controle de erosão superficial do solo, também conhecido como biomanta no caso de ser 
biodegradável; 
9. Geomembrana [GM]: produto bidimensional, de baixíssima permeabilidade. É 
geralmente utilizada para controle de fluxo e separação nas condições de solicitação; 
10. Georrede [GN]: produto com estrutura em forma de grelha, com função 
predominante de drenagem; 
11. Geotêxtil [GT]: produto têxtil bidimensional permeável, composto de fibras 
cortadas e filamentos contínuos, monofilamentos, laminetes ou fios, formando estrutura tecida 
não tecida outricotada cujas propriedades mecânicas e hidráulicas permitem que 
desempenhem várias funções em uma obra geotécnica; 
12. Geotira [GI]: produto em forma de tira com função predominante de reforço; 
13. Geotubo [GP]: produto de forma tubular com função drenante. 
 
 
 
 
 
4.2.2 Matérias - Primas Utilizadas nos Geossintéticos 
 
A maioria dos geossintéticos é fabricada a partir de polímeros tais como o 
polipropileno, o poliéster, o polietileno expandido, o polietileno de alta densidade, a 
poliamida e o policloreto de vinila. Estes materiais são altamente resistentes à degradação 
química e biológica. Fibras naturais como algodão, juta e bambu podem ser usados como 
geotêxteis, especialmente para aplicações temporárias, mas elas não têm sido promovidas ou 
pesquisadas tão amplamente como geotêxteis feitos de material poliméricos sintéticos. 
 
4.2.3 Principais Propriedades dos Geossintéticos 
 
As principais propriedades dos geossintéticos utilizados nas especificações de projetos 
podem ser classificadas de acordo com a Figura 4.2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.2 Principais propriedades dos geossintéticos (MACHADO, 2002). 
 
 
 
 
 
 
FÍSICAS 
 
- Gramatura 
- Ponto de amolecimento 
- Espessura 
- Porosidade 
 
DURABILIDADE 
 
- Resistência a agentes químicos 
e biológicos 
- Resistência aos raios U.V. 
- Resistência à abrasão 
 
MECÂNICAS 
 
- Resistência e alongamento à tração 
- Módulo de rigidez 
- Resistência à propagação da fratura 
- Resistência ao impacto 
 
HIDRÁULICAS 
 
- Permeabilidade normal 
- Permeabilidade planar 
- Transmissividade 
- Abertura de filtração 
 
PROPRIEDADES 
 
4.3 TNT (TECIDO NÃO TECIDO) 
Conforme a norma NBR-13370, não tecido é uma estrutura plana, flexível porosa, 
constituída de véu ou manta de fibras ou filamentos, orientados direcionalmente ou ao acaso, 
consolidada por processo mecânico (fricção) químico (adesão), térmico (coesão) ou alguma 
combinação destes. Os não tecidos classificam-se segundo a ABNT quanto à gramatura (peso 
por unidade de área) em: leve (menor que 25 g/m2), médio (entre 26 g/m
2 e 70 g/m2), pesado 
(entre 71 g/m2 e 150 g/m2) e muito pesado (acima de 150 g/m2). Quantos aos processos de 
consolidação da manta, eles podem ser classificados em mecânico (fricção), químico (adesão) 
e térmico (coesão). 
O geotêxtil (TNT) é um dos geossintéticos mais utilizados em obras de engenharia 
atualmente, aplicado em obras onde exerce função de separação, de reforço, proteção, ou 
como elementos de dreno. A resistência dos geotêxteis contra os tipos de degradação é função 
da sua composição química (tipo de polímero) e estrutura física de suas fibras. Os polímeros 
mais utilizados para confecção das fibras de geotêxteis são: polipropileno (PP) com 80 %, 
polietileno (PE) com 16 %, o poliéster (PET) com 3 % e a poliamida (PA) com 1 %. A Figura 
4.3 mostra as estruturas dos meros (ou unidades de repetição), derivadas dos monômeros que 
dão origem a estes polímeros. 
 
 
 
Figura 4.3 Meros ou unidades de repetição dos principais polímeros empregados na 
fabricação dos geossintéticos (ABRAMENTO, 1995). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO V 
 
 
 
5 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
 
Este capítulo descreve os procedimentos experimentais realizados no decorrer desse 
trabalho, de acordo com a representação esquemática da Figura 5.1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5.1 Representação esquemática da metodologia experimental. 
 
 
 
 
Formulações dos geopolímeros 
Geossíntese 
Preparação dos compósitos
Resistência à tração por 
compressão diametral 
Caracterização microestrutural e 
fratográfica 
Pega Reologia 
Resistência à tração por 
compressão diametral em idades 
 
 
5.1 FORMULAÇÃO E GEOSSÍNTESE 
 
De acordo com a literatura, as propriedades mecânicas dos geopolímeros não são 
influenciadas pela seqüência de mistura (BARBOSA, 1999). Por isso, foi adotada uma ordem 
que permite bom manuseio e mistura dos componentes, segundo observações experimentais 
de trabalhos anteriores (NÓBREGA, 2006). Os materiais de partida utilizados para preparar 
as pastas geopoliméricas (matriz) tiveram como reagentes, o metacaulim (Metacaulim HP do 
Brasil LTDA), silicato de potássio (Diatom Mineração Ltda), hidróxido de potássio (Vetec 
Química Fina LTDA) e água. Foram estudadas quatro relações ativadoras: 1: 0,8; 1: 1,5; 1: 
1,6 e 1: 1,8 com razão molar KOH 15 (Tabela 5.1). 
 
Tabela 5.1 Componentes utilizados na síntese. 
 
(g) 
RAZÃO MOLAR: KOH 15 COMPONENTES 
1: 0,8 1: 1,5 1: 1,6 1: 1,8 
Metacaulim 800,0 800,0 800,0 800,0 
Hidróxido de potássio 213,3 400,0 426,7 480,0 
Silicato de potássio 426,7 800,0 853,3 960,0 
 
Escolheu-se trabalhar com as relações acima por apresentarem melhor trabalhabilidade 
com os reforços, exceto a relação 1:0,8 que se mostrou viscosa. Também se testou a 
formulação 1:1,1, verificando-se vazios dentro da amostra em razão da viscosidade. 
Na pasta geopolimérica foi utilizada uma fonte natural de aluminossilicatos, o 
metacaulim, a fim de se avaliar o efeito da reatividade na formação dos geopolímeros. As 
fontes adicionais de sílica foram os silicatos de potássio. O álcali ativador, compensador de 
carga, foi o hidróxido de potássio. As pastas geopoliméricas foram preparadas a partir da 
dissolução de lentilhas de hidróxidos de potássio (840 g) em um béquer completando 1 litro 
com água. Foi necessário esperar o resfriamento durante 24 h para a utilização da solução. A 
solução obtida foi misturada com o silicato de potássio formando o ativador da reação nas 
proporções adequadas de acordo com a quantidade a ser trabalhada. Em seguida, adicionou-se 
o precursor geopolimérico, metacaulim, agitando-se por 5 min para garantir homogeneidade 
da pasta. 
 
 
5.2 REOLOGIA 
 
Através das propriedades reológicas realiza-se o estudo de escoamento e deformação 
do material. O equipamento utilizado para realizar as medidas reológicas foi um viscosímetro 
rotacional de cilindros coaxiais Chandler, modelo 3500, conforme mostra a Figura 5.2. 
 
 
 
 
Figura 5.2 Viscosímetro rotacional de cilindros coaxiais Chandler, modelo 3500. 
 
Para caracterizar o comportamento de fluxo da pasta de cimento em qualquer 
geometria (tubo, anular), deve ser selecionado um modelo que melhor represente os dados. 
Para isto, os dados obtidos (velocidades angulares e leituras de torque) foram convertidos em 
taxas de deformação por cisalhamento e tensões de cisalhamento. 
Com base em estudos anteriores (MARINHO, 2004) as leituras obtidas no 
viscosímetro rotacional foram aplicadas ao modelo de Bingham. O modelo de Bingham 
requer a aplicação de uma tensão mínima denominada limite de escoamento para que ocorra 
deformação cisalhante. As leituras foram realizadas aplicando-se taxas de deformação por 
Seletor de 
Velocidades 
Copo 
Rotor 
Leitura (º) 
 
cisalhamento ascendentes e descendentes em intervalos de 10 s, mantendo-se a temperatura 
constante (27°C). As rotações empregadas foram 3, 6, 10, 20, 60, 100, 200 e 300 rpm. 
O modelo reológico de Bingham é descrito pela equação (5.1): 
 
τ = VP ỷ + LE 
 
τ é a tensão de cisalhamento, VP é a viscosidade plástica, ỷ é a taxa de deformação 
por cisalhamento e LE é o limite de escoamento. 
A tensão de cisalhamento define a força por unidade de área, expressa em Pa ou 
1Lf/100ft2, requerida para mover um fluido a uma determinada taxa de cisalhamento. 
A viscosidade plástica de acordo com a teoria molecular-coloidal é o resultado do 
atrito entre as partículas de cimento dispersas na água de mistura e entre as próprias moléculas 
dos componentes da água de mistura (líquido dispersante) (MACHADO, 2002). 
Matematicamente é o coeficiente linear da reta do modelo de Bingham, em outras palavras, é 
a tensão mínima a ser aplicada