CAPÍTULO 1 À 3

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MATERIAIS DE
CONSTRUÇÃO 1
Coordenador:
L.A. Falcão Bauer
Revisão Técnica:
Prol. João Fernando Dias
Universidade Federal de Uberlândia (UFU-MG)
5.aedição revisada
LTC
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máximo esforço para localizar os detentores dos direitos autorais de qualquer material
utilizado, dispondo-se a possíveis acertos posteriores caso, inadvertidamente, a identificação
de algum deles tenha sido omitida.
L" edição: 1979 - Reimpressões: 1980,1982 e 1984
2." edição: 1985
3." edição: 1987 - Reimpressão: 1989
4." edição: 1992 - Reimpressão: 1994
5." edição: 1994 - Reimpressões: 1995 e 1997
5." edição revisada: 2000 - Reimpressões: 2001, 2003 e 2005
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sem permissão expressa da Editora.
APRESENTAÇÃO
Aos colegas engenheiros, aos estudantes e a todos os que, de alguma forma, se inte-
ressam em conhecer o comportamento dos materiais de construção, e em particular do "con-
ereto", é este livro oferecido pelos autores que participaram de sua elaboração e que doaram
os direitos autorais ao Banco de Transparências do COPMAT (COMITÊ DE PROFESSO-
RES DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO) com o objetivo de patrocinar a execução de
esquemas de aulas com recursos audiovisuais e a sua distribuição às escolas de Engenharia.
O presente trabalho resultou de determinação do COPMAT, no sentido de que se ela-
borasse um livro de texto que servisse de guia para os professores e de orientação para os
alunos de escolas técnicas e de Engenharia. Foi iniciado durante a Presidência do Professor
Emani Sávio Sobral, da Universidade da Bahia, grande incentivador desta obra.
LUIZ ALFREDO FALCÃO BAUER
Ex-Presidente do COPMAT
SUMÁRIO
1. Introdução, 1
1.1. Importância e história dos materiais de construção, 1
1.1.1. Importância da cadeira "Materiais de Construção", 1
1.1.2. Evolução histórica dos materiais de construção, 2
1.2. Campo da matéria, 2
1.2.1. Requisitos, 2
1.2.2. Campo, 2
1.3. Especificações técnicas, 3
1.3.1. Elementos escritos de um projeto de Engenharia, 3
1.3.2. As especificações e a cadeira "Materiais de Construção", 3
1.3.3. Como especificar materiais, 3
1.4. Normalização, 4
1.4.1. Finalidades da normalização, 4
1.4.2. Entidades normalizadoras, 4
1.4.3. Vigência de uma norma, 5
1.4.4. Tipos de normas, 5
1.4.5. Encaminhamento de uma norma, 5
1.4.6. Marcas de conformidade, 7
1.5. Propriedades gerais dos corpos, 7
1.5.1. Principais propriedades dos corpos, 7
1.5.2. Propriedades dos corpos sólidos, 8
1.5.3. Esforços mecânicos, 8
1.5.4. Peso específico, massa específica e densidade, 9
Referências Bibliográficas, 10
2. Aglomerantes, 11
2.1. Introdução, 11
2.2. Asfaltos, 11
2.2.1. Cimentos asfálticos, 12
2.2.2. Asfaltos líquidos, 14
2.2.3. Emulsões asfálticas, 16
2.2.4. Aplicações, 16
2.3. Cal, 16
2.3.1. Reações químicas, 16
2.3.2. Classificação, 17
2.3.3. Propriedades, 18
2.3.4. Extinção, 19
2.3.5. Cal hidratada, 20
2.3.6. Cal do1omítica, 21
2.3.7. Fabricação, 22
2.4. Gesso, 25
2.4.1. Propriedades, 27
2.4.2. Fabricação, 29
2.4.3. Aplicações, 29
2.5. Ag10merantes especiais, 30
2.5.1. Cimento Sorel, 30
2.5.2. Cimentos resistentes à ação de ácidos, 30
2.5.3. Cal pozolânica, 31
VIII/SUMÁRIO
2.5.4. Cal metalúrgica, 31
2.5.5. Cal hidráulica, 32
2.6. Exercícios, 34
Referências Bibliográficas, 34
3. Cimento Portland, 35
3.1. Definição, 35
3.2. Constituintes, 35
3.3. Propriedades físicas, 38
3.3.1. Densidade, 38
3.3.2. Finura, 38
3.3.3. Tempo de pega, 42
3.3.4. Pasta de cimento, 43
3.3.5. Resistência, 44
3.3.6. Exsudação, 45
3.4. Propriedades químicas, 46
3.4.1. Estabilidade, 47
3.4.2. Calor de hidratação, 47
3.4.3. Resistência aos agentes agressivos, 48
3.4.4. Reação álcali-agregado, 49
3.5. Classificação, 49
3.6. Fabricação, 53
3.7. Transporte, 56
3.8. Armazenamento, 58
3.9. Cimentos pozolânicos, 58
3.10. Cimentos aluminosos, 60
3.11. Cimento natural, 60
3.12. Índices e módulos, 60
3.13. Exercícios, 61
Referências Bibliográficas, 62
4. Agregados, 63
4.1. Definição, 63
4.2. Classificação, 63
4.2.1. Segundo a origem, 63
4.2.2. Segundo as dimensões das partículas, 63
4.2.3. Segundo o peso específico aparente, 63
4.3. Produtos, 64
4.3.1. Industrializados, 64
4.3.1.1 Definições, 64
4.3.1.2. Matéria-prima, 65
4.3.1.3. Brita,66
4.3.1.4. Leves, 71
4.3.1.5. Pesados, 72
4.3.1.6. Pedreiras, 72
4.3.2. Naturais, 78
4.3.2.1. Areia, 78
4.3.2.2. Cascalho, 84
4.4. Índices de Qualidade, 84
4.4.1. Resistência à compressão, 84
4.4.2. Resistência à tração, 85
4.4.3. Resistência à abrasão, 85
SUMÁRIO/IX
4.4.4. Esmagamento, 85
4.4.5. Resistência ao choque, 85
4.4.6. Forma dos grãos, 86
4.4.7. Impurezas, 87
4.4.8. Fragmentos macios e friáveis, 87
4.4.9. Friabilidade, 88
4.4.10. Resistência aos sulfatos, 88
4.5. Propriedades físicas, 88
4.5.1. Massa específica, 88
4.5.2. Massa específica aparente, 89
4.5.3. Porosidade,90
4.5.4. Compacidade, 90
4.5.5. Índice de vazios, 90
4.5.6. Granulometria,90
4.5.6.1. Graduação, 90
4.5.6.2. Peneiras padronizadas, 91
4.5.6.3. Distribuição granulométrica, 91
4.5.6.4. Distribuição log-normal, 95
4.5.7. Finura, 96
4.5.7.1. Conceituação,96
4.5.8. Módulo de finura, 96
4.5.9. Superfície específica, 97
4.5.9.1. Conceituação,97
4.5.9.2. Finura Blaine, 99
4.5.9.3. Curvas granulométricas, 99
4.5.9.4. Sedimentação, 100
4.5.10. Teor de umidade, 101
4.5.11. Umidade superficial, 101
4.5.12. Absorção de água, 101
4.5.13. Inchamento,lOl
4.5.14. Coesão, 103
4.5.15. Fragilidade, 103
4.5.16. Maleabilidade, 103
4.5.17. Tenacidade, 103
4.5.18. Adesividade ao betume, 103
4.6. Agregados para concreto, 104
4.6.1. Condições gerais, 104
4.6.2. Correlação com as propriedades do concreto, 104
4.6.2.1. Resistências mecânicas, 104
4.6.2.2. Fragilidade, 105
4.6.2.3. Forma dos grãos, 105
4.6.2.4. Impurezas, 106
4.6.2.5. Resistências aos sulfatos, 107
4.6.2.6. Reatividade potencial, 107
4.6.2.7. Massa específica absoluta, 108
4.6.2.8. Massa específica aparente, 108
4.6.2.9. Compacidade, porosidade, índices de vazios, 108
4.6.2.10. Distribuição granulométrica, 109
4.6.2.11. Módulo de finura. Superfície específica, 110
4.6.2.12. Teor de umidade, 110
4.6.2.13. Absorção de água, 110
4.6.2.14. Inchamento, 110
4.6.2.15. Aderência, 110
4.6.2.16. Teor de cloretos, 110
4.6.2.17. Índice de qualidade, 111
X/SUMÁRIO
4.6.2.18. Resistência ao fogo, 111
4.6.2.19. Isolamento termoacústico, 111
4.6.3. Propriedades do concreto ligadas ao agregado, 111
4.6.3.1. Resistência à compressão, 111
4.6.3.2. Retração, 111
4.6.3.3. Durabilidade, 112
4.6.3.4. Trabalhabilidade, 112
4.6.3.5. Permeabilidade, 112
4.6.3.6. Higroscopia (ascensão capilar), 113
4.7. Agregados para pavimentos rodoviários, 113
4.7.1. Subleito,113
4.7.2. Base, 113
4.7.3. Concreto betuminoso, 115
4.8. Agregado para lastro ferroviário, 115
4.9. Agregados para quebra-mares de enrocamento, 116
4.10. Normalização, 117
Referências Bibliográficas, 119
5. Agressividade das Águas, dos Solos e dos Gases ao Concreto - Escolha dos Cimentos, 121
5.1. Introdução, 121
5.2. As substâncias que atacam o concreto e seus efeitos, 121
5.2.1. Noção geral e introdução, 121
5.2.2. A lixiviação do cimento endurecido, 122
5.2.2.1. A água doce, 122
5.2.2.2. Os ácidos, 122
5.2.2.3. Os sais, 123
5.2.2.4. As graxas e os óleos, 123
5.2.3. A expansão, 124
5.3. Apreciação do grau de agressividade, 124
5.3.1. Bases da apreciação, 124
5.3.2. Prescrições estabelecidas para diferentes países, 125
5.3.2.1. Estados Unidos, 125
5.3.2.2. Inglaterra, 125
5.3.2.3. União Soviética, 126
5.3.2.4. Alemanha, 1265.3.3. Proposição da Comissão Laboratorial da Associação das Fábricas
de Cimento Alemãs, 126
5.4. Exame das águas, 128
5.4.1. Resumo sobre a análise química, 128
5.4.2. Amostragem,128
5.5. Exame dos solos, 129
5.5.1. Reconhecimento dos solos, 129
5.5.2. Substâncias agressivas, 129
5.5.2.1. Solos com sulfatos, 129
5.5.2.2. Solos pantonosos, 129
5.5.2.3. Aterros de resíduos, 129
5.5.3. Ensaios químicos, 130
5.6. Gases, 130
5.7. Escolha dos cimentos, 130
5.8. Exercícios, 134
Referências Bibliográficas, 134
SUMÁRIO/XI
6. Uso de Aditivos no Concreto, 135
6.1. Introdução, 135
6.2. Definições, 135
6.3. Classificação, 136
6.4. Incorporadores de ar, 138
6.5. Redutores de água, dispersantes e fluidificantes-retardadores, 152
6.6. Retardadores densificadores, 160
6.7. Aceleradores, 168
6.8. Compatibilidade entre aditivos, 171
6.9. Impermeabilizantes integrais, 171
6.10. Expansores, 174
6.11. Materiais pulverulentos, 178
6.12. Superfluidificantes, 181
Referências Bibliográficas, 184
7. Estudo de Dosagem, 186
7.1. Histórico, 186
7.1.1. Desenvolvimento dos conhecimentos sobre o cimento hidráulico, 186
7.1.2. Desenvolvimento da pesquisa sobre o emprego do concreto, 187
7.1.3. Fuller, 192
7.1.4. Abrams,l92
7.1.5. Estudo da Lei de Bolomey, 194
7.1.6. Estudo de Leclerg Du Sablon, 194
7.1.7. Conclusões, 195
7.1.8. Desenvolvimento da pesquisa nas décadas de 1930/40 por Vallette, 195
7.2. Critérios práticos de dosagem, 199
7.2.1. Água de molhagem dos agregados, 202
7.2.2. Métodos do S.N.C.F., 207
7.2.3. Dosagem preconizada por Vallette, 210
7.2.4. Método de dosagem do American Concrete Association (ACI), 212
7.2.5. Método de dosagem do Prof. Ary Torres, 221
Referências Bibliográficas, 238
8. Preparo, Transporte, Lançamento, Adensamento e Cura, 240
8.1. Mistura, 240
8.1.1. Normas para avaliação da eficiência, 240
8.1.2. Mistura manual, 241
8.1.3. Mistura mecânica, 241
8.1.3.1. Volume de betoneira e da betonada, 242
8.1.3.2. Velocidade ótima de mistura, 243
8.1.3.3. Tempo de mistura, 243
8.1.3.4. Ordem de colocação dos materiais na betoneira, 244
8.2. Transporte, 245
8.2.1. Transporte horizontal, 246
8.2.2. Transporte inclinado, 246
8.2.3. Transporte vertical, 246
8.2.4. Bombas, 246
8.2.4.1. Tipos de bombas, 248
8.2.5. Caminhões-betoneira, 249
8.3. Lançamento, 249
8.3.1. Tempo de lançamento, 250
8.3.2. Altura da queda, 250
XII/SUMÁRIO
8.3.3. Concreto submerso, 250
8.3.3.1. Avanço em talude, 250
8.3.3.2. Baldes, 251
8.3.3.3. Tremonha ou funil, 252
8.3.3.4. Bentonita, 253
8.3.3.5. Concreto ensacado, 253
8.3.3.6. Concreto injetado, 253
8.3.4. Plano de concretagem, 253
8.3.5. Juntas de dilatação e de retração, 255
8.3.6. Normas para juntas "frias", 256
8.4. Adensamento, 256
8.4.1. Adensamento manual, 257
8.4.2. Adensamento mecânico, 257
8.5. Cura, 259
8.5.1. Generalidades, 259
8.5.2. Resistência à ruptura, 260
8.5.3. Temperatura de cura, 262
8.5.4. Métodos de cura, 262
8.5.4.1. Irrigação ou aspersão de água, 262
8.5.4.2. Submersão, 263
8.5.4.3. Recobrimento,263
8.5.4.4. Recobrimento com plásticos e semelhantes, 263
8.5.4.5. Conservação das fôrmas, 263
8.5.4.6. Impermeabilização por pinturas, 263
8.5.4.7. Aplicação de cloreto de cálcio, 264
8.5.4.8. Membranas de cura, 264
8.6. Exercícios, 265
Referências Bibliográficas, 265
9. Propriedades do ConcretoFresco,267
9.1. Generalidades, 267
9.2. Misturas, 267
9.2.1. Misturas de agregado e água, 267
9.2.2. Misturas de cimento, agregado e água, 268
9.2.3. Transição do estado não plástico para o plástico, 269
9.3. Trabalhabilidade dos concretos, 270
9.3.1. Conceituação e importância, 270
9.3.2. Fatores que afetam a trabalhabilidade, 271
9.3.2.1. Consistência, 271
9.3.2.2. Tipos de mistura, transporte, lançamento e adensamento
do concreto, 271
9.3.2.3. Dimensões de peças a moldar e afastamento das armaduras, 272
9.4. Estudo da consistência, 272
9.4.1. Compacidade e mobilidade, 272
9.4.2. Reologia e mecânica do concreto fresco, 274
9.4.3. Fatores que afetam a consistência, 275
9.4.3.1. Teor de água/mistura seca, 275
9.4.3.2. Granulometria e forma do grão do agregado, 275
9.4.3.3. Aditivos,276
9.4.3.4. Tempo e temperatura, 276
9.4.4. Ação conjunta dos fatores que influem na consistência, 276
9.4.5. Métodos para avaliação da consistência, 277
9.4.5.1. Classificação dos ensaios, 277
9.5.
9.4.5.2.
9.4.5.3.
9.4.5.4.
9.4.5.5.
9.4.5.6.
Exercícios, 282
Ensaio de abatimento, 277
Ensaios de penetração, 278
Ensaios de escorregamento, 279
Ensaio fator de compactação, 279
Ensaios de remoldagem, 280
SUMÁRIO I XIII
Referências Bibliográficas, 282
10. Propriedades do Concreto Endurecido, 284
10.1.
10.2.
10.3.
10.4.
10.5.
10.6.
10.7.
10.8.
10.9.
10.10.
10.11.
10.12.
10.13.
Generalidades, 284
Características e propriedades, 284
Densidade, 286
Atrito, 287
Resistência à abrasão, 288
Condutibilidade elétrica, 288
Propriedades térmicas, 288
10.7.1. Condutibilidade, 288
10.7.2. Calor específico, 290
10.7.3. Dilatação térmica, 290
10.7.4. Resistência ao fogo, 291
Propriedades radioativas, 296
Adesão, 297
Propriedades acústicas, 298
Durabilidade, 301
Permeabilidade, 307
Exercícios, 312
Referências Bibliográficas, 313
11. Ensaios não Destrutivos do Concreto, 314
11.1. Introdução, 314
11.2. Métodos de ensaio, 315
11.2.1. Método da medição da dureza superficial, 315
11.2.1.1. Método da reflexão por choque, 315
11.2.1.2. Método da impressão (esclerômetro Gaede), 318
11.2.2. Métodos sônicos, 319
11.2.2.1. Método da determinação da velocidade de propagação
do som no concreto, 319
11.2.2.2. Método da ressonância, 322
11.2.3. Métodos atômicos, 323
11.2.3.1. Utilização da radiação (gamagrafia), 323
11.2.3.2. Método eletromagnético, 324
11.2.4. Método do comportamento de peças estruturais através da
medição das deformações, 324
11.2.4.1. Determinação das deformações verticais, 325
11.2.4.2. Determinação das distensões das fibras, 325
11.2.4.3. Determinação da rotação em pontos da peça estrutural, 325
11.3. Avaliação de características do concreto por ensaios de ultra-som, 325
11.3.1. Introdução, 325
11.3.2. Histórico. 326
11.3.3. Determinação dos módulos de elasticidade, 327
11.3.3.1. Módulo de elasticidade dinâmico, 327
11.3.3.2. Módulo de elasticidade estático, 329
12.1.
12.2.
12.3.
12.4.
XIV I SUMÁRIO
11.3.4. Avaliação da resistência à compressão dos concretos, 329
11.3.4.1. Realização dos ensaios, 329
11.3.4.2. Resultados dos ensaios, 330
11.3.4.3. Análise dos resultados e confronto com resultados
de pesquisas anteriores, 331
11.3.5. Fatores que influem na velocidade de propagação e a consideração
de seus efeitos nos ensaios, 335
11.3.5.1. Densidade do concreto, 335
11.3.5.2. Tipo, densidade e outras características dos agregados, 336
11.3.5.3. Efeito da umidade e temperatura da peça em ensaio, 336
11.3.5.4. Efeito da armadura sobre a velocidade de propagação
nos ensaios em concreto armado, 337
11.3.5.5. Efeito na direção de ensaio, 341
11.3.5.6. Tipo de adensamento, 341
11.3.5.7. Efeitos de outros fatores, 341
11.3.6. Detecção de defeitos no concreto, 341
11.3.6.1. Detecção de falhas de concretagem, 342
11.3.6.2. Estimativa de fissuras, 343
11.4. Exercícios, 344
Referências Bibliográficas, 345
12. Ensaios Acelerados para Previsão da Resistência do Concreto, 347
Introdução, 347
Evolução histórica, 348
Experiência brasileira, 353
Método adotado, 354
12.4.1. Escolha do método, 354
12.4.2. Descrição do método adotado, 355
12.4.3. Considerações sobre o procedimento adotado, 356
12.5. Aplicação típica, 359
12.6. Limitações, 365
12.7. Conclusão, 365
Anexo I. Equipamentos de laboratório, 369
Anexo 11. Equipamentos para o canteiro de obras, 371
12.8. Exercícios, 372
Referências Bibliográficas, 372
13. Controle Tecnológico do Concreto, 375
13.1.
13.2.
13.3.
13.4.
13.5.
13.6.
13.7.
13.8.
13.9.
13.10.
Generalidades, 375
Controle de qualidade, 375
13.2.1. Tomada de conhecimento, 375
13.2.2. Fornecimento das dosagens que atendam às condições anteriores, 376
Acompanhamento da obra, 376
13.3.1. Verificação, 376
13.3.2. Realização dos ensaios necessários,376
Tomada de conhecimento do projeto, 376
Características peculiares impostas pelo projeto arquitetõnico, 381
Materiais disponíveis e suas características, 381
Dos equipamentos disponíveis e da cura a ser empregada, 383
Da cura, 384
Da mão-de-obra disponível, 385
Dosagens, 385
SUMÁRIO/XV
13.11. Acompanhamento das obras, 386
13.12. Métodos de amostragem, ensaios de agregados e recepção, 386
13.13. Medição de umidade, 388
13.14. Verificação do estado e comportamento dos equipamentos e da mão-de-obra, 388
13.15. Cura do concreto, 388
13.16. Fluência, 390
13.17. Realização de ensaios, 391
13.18. Especificação para execução de concreto aparente, 392
13.18.1. Concreto, 393
13.18.2. Fôrmas, 393
13.19. Juntas horizontais, 394
13.20. Juntas verticais, 395
13.21. Armadura, 397
13.21.1. Cura do concreto, 398
13.21.2. Remoção dos moldes, 398
13.22. Ensaios de compressão: como interpretá-Ios, 398
13.22.1. Cálculo da resistência do concreto, 399
13.22.1.1. Fixação dos valores de desvio padrão, 399
13.22.1.2. Concreto com desvio padrão conhecido, 400
13.22.1.3. Concreto com desvio padrão desconhecido, 400
13.22.1.4. Ensaios de controle de aceitação, 400
Referências Bibliográficas, 403
14. Patologia e Terapia das Construções (Parte I), 405
15. Estruturas de Concreto Armado, Patologia e Terapia das Estruturas (Parte 11), 408
15.1. Resumo, 408
15.2. Introdução, 408
15.3. Referências históricas, 408
15.4. Deterioração, 409
15.5. Sintomas, 411
15.6. Diagnóstico, 412
15.7. Inspeção, 415
15.8. Recuperação, 416
16. Patologia em Alvenaria Estrutural de Blocos Vazados de Concreto, 429
16.1. Resumo, 429
16.2. Introdução, 429
16.2.1. Principais características, 429
16.2.2. Técnica executiva, 429
16.2.2.1. Concepção e projeto, 429
16.2.2.2. Execução, 430
16.3. Anomalias, 430
16.3.1. Principais anomalias, 432
16.3.1.1. Fissuras,432
16.3.1.2. Eflorescências, 434
16.3.1.3. Infiltrações de água, 436
16.4. Considerações finais, 438
Referências Bibliográficas, 439
17. Manifestações Patológicas em Pisos e Revestimentos, 441
17.1. Introdução, 441
17.2. Considerações gerais, 441
XVII SUMÁRIO
17.2.1. Piso de argamassa de alta resistência, 441
17.2.1.1. Sistemas de aplicação, 441
17.2.1.2. Juntas, 442
17.2.2. Piso em revestimento de alto desempenho - RAD,443
17.2.2.1. Sistema de aplicação, 443
17.2.2.2. Juntas, 445
17.3. Sintomatologia, 447
17.3.1. Piso de argamassa de alta resistência, 447
17.3.2. Piso em revestimento de alto desempenho, 453
17.3.3. Considerações gerais, 457
17.4. Análise, 457
17.4.1. Proposta de investigação, 459
17.4.2. Comentário, 460
17.5. Conclusões, 460
17.5.1. Solicitações, 460
17.5.1.1. Cargas estáticas, 460
17.5.1.2. Cargas dinâmicas, 460
17.5.2. Ações físicas, 460
17.5.2.1. Freqüência de impactos, 460
17.5.2.2. Abrasão,461
17.5.2.3. Contato com óleos, 461
17.5.3. Ações químicas, 461
17.5.4. Exigências específicas, 461
17.5.4.1. lnexistência de pó, 461
17.5.4.2. Limpabilidade, 461
17.5.4.3. Aspecto superficial e cor, 461
17.5.4.4. Assepsia,461
17.5.4.5. Refletância,461
17.5.5. Subleito, 461
17.5.5.1. Características e magnitude do carregamento, 461
17.5.5.2. Pesquisa do solo de fundação, 461
17.5.6. Verificações em bases já existentes, 461
17.5.7. Considerações gerais, 462
Referências Bibliográficas, 463
Anexo Incêndio e Ensaios em Estruturas de Concreto, 465
A. I Resumo, 465
Referências Bibliográficas, 471
CAPiTULO 1 INTRODUÇÃO
ProL Arq. ENIO JOSÉ VERÇOSA
PUC do Rio Grande do Sul
1.1. IMPORTÂNCIA E HISTÓRIA DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
1.1.1. Importância da Cadeira "Materiais de Construção". Embora, à primeira vista,
pareça desnecessário falar ao futuro engenheiro sobre a importância da disciplina Mate-
riais de Construção, o que se observa é que o estudante dela se descuida, a fim de dedicar
mais tempo às cadeiras mais difíceis ou que exijam maior raciocínio. A razão disso é que
se trata de um assunto bastante descritivo, de fácil compreensão e que requer mais
memorização.
Compreende-se que as matérias de cunho dedutivo sejam importantíssimas, e que a
elas o estudante de Engenharia dedique maior atenção. Todos, porém, devem ter em
mente que aquelas deduções serão empregadas em materiais, cujas propriedades, limi-
tações, vantagens e utilização deverão ser perfeitamente conhecidas. Não adianta saber
apenas calcular uma viga; é preciso saber também dosar o concreto de modo a obter a
resistência prevista, e depois saber controlar sua preparação durante a obra toda. Quando
se procede ao cálculo da viga, a Resistência dos Materiais, a Mecânica, a Estática e
disciplinas correIa tas fornecem as fórmulas que permitem conhecer as tensões internas e
as forças externas que ela irá suportar. Mas é o conhecimento dos materiais de construção
que possibilitará ao projetista escolher aquele que poderá resistir a essas tensões.
Da qualidade dos materiais empregados irá depender a solidez, a durabilidade, o
custo e o acabamento da obra. Uma parede pode ser feita com diferentes materiais, mas a
cada um corresponderão diferentes qualidades e diferentes aparências. Cabe ao engenheiro
ou arquiteto escolher o que melhor atenda às condições pedidas, e que tenha, ao mesmo
tempo, uma aparência agradável e durabilidade suficiente. Por essa razão, o projetista deve
conhecer os materiais que tem a seu dispor. Tal conhecimento deve ser predominante-
mente experimental, tecnológico. As qualidades dos materiais podem ser estabelecidas
pela observação continuada, pela experiência adquirida ou por ensaios em laboratórios
especializados. Como não seria prático que cada novo engenheiro fosse adquirindo aos
poucos essa experiência, é preciso que esSesconhecimentos sejam difundidos por meio do
ensino. Essa é a finalidade da disciplina Materiais de Construção.
Às vezes se ouvem críticas à falta de maior cunho prático ao ensino nas escolas. Pois
bem, esta é uma cadeira de aplicação diária na vida profissional. Seu conhecimento
profundo pode representar, muitas vezes, a resposta a problemas aparentemente insolú-
veis, ou uma grande economia na construção.
2 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
1.1.2. Evolução Histórica dos Materiais de Construção. Os materiais de construção são
tão importantes que a História, nos seus primórdios, foi dividida conforme a predomi-
nância do emprego de um ou outro material. É o caso, por exemplo, da Idade da Pedra ou
da Idade do Bronze.
Nas civilizaçõt:s primitivas, o homem empregava os materiais assim como os encon-
trava na Natureza; não os trabalhava. Não demorou muito, porém, para que começasse a
aprender a modelá-Ios e adaptá-Ios às suas necessidades. A partir da í a evolução se deu a
passos lentos. Até a época dos Grandes Desc2brimentos, a técnica se resumia em modelar
os materiais encontrados, os quais eram poucos, tendo quase sempre o mesmo emprego.
Na construção predominavam a pedra, a madeira e o barro. Os metais eram empregados
em menor escala, e, ainda menos, os couros e as fibras vegetais.
Aos poucos foram aumentando as exigências do homem, e, conseqüentemente, os
padrões requeridos. Ele passou a demandar materiais de maior resistência, maior durabili-
dade e melhor aparência do que aqueles até então empregados. Assim, por exemplo, é o
caso do concreto armado. Durante muito tempo, para grandes vãos e cargas, só se usou a
pedra. Tornava-se necessário um material de confecção e moldagem mais fáceis, que fosse
trabalhável como o barro e resistente como a pedra. Surgiu daí o concreto. Posteriormen-
te, com a difusão do uso desse material, procurou-se, naturalmente, aperfeiçoá-Io para que
pudesse vencer grandes vãos - apareceu o concreto armado, que, por sua vez, incentivou a
pesquisa dos aços e, com o tempo, levou ao concreto protendido.
Vê-se, pois, que se formava um ciclo: melhores materiais possibilitavam melhores
resultados e melhores técnicas, e estas, por sua vez, demandavam materiais ainda
melhores.
Presentemente, a tecnologia avança com rapidez e o engenheiro precisa estar atuali-
zado para poder aproveitar as técnicas mais avançadas, utilizando materiaisde melhor
padrão e menor custo. Os materiais, atualmente, podem ser simples ou compostos; podem
ser obtidos diretamente da natureza ou elaborados industrialmente. Sua evolução é tão
rápida que o profissional que não deseja ficar de~atualizado deve permanecer sempre
atento aos novos conhecimentos e invenções, de modo que é necessário que o estudo
dessa matéria seja uma constante em toda a sua vida profissional.
1.2. CAMPO DA MATÉRIA
1.2.1. Requisitos. Para construir, é preciso conhecer, a fim de alcançar o objetivo
desejado, as forças externas que atuarão sobre a construção (cargas, vertto, clima etc.),
as forças internas que então se originarão (tensões) e o material que poderá resistir a essas
forças e tensÕes. Por esse motivo, é importante que se conheçam as propriedades físicas,
químicas e mecânicas·desse material. Esse conhecimento se baseia quase exclusivamente
na experimentação, não entrando em jogo muitos princípios matemáticos. Valemo-nos,
então, da tecnologia experimental.
1.2.2. Campo. A tecnologia experimental se utiliza dos conhecimentos da Física e da
Química, ou da reunião dessas duas - a Físico-Química. Recorre também a muitos outros
ramos d'as Ciências Naturais, como Botânica, Geologia, Mineralogia, Cristalografia etc.
INTRODUÇÃO I 3
Com o auxílio de todas essas ciências podem ser conhecidas as propriedades e qualidades
dos materiais usados na indústria da construção. Este estudo não se baseia, portanto, em
uma única ciência, mas na escolha, em cada caso, de um grupo adequado dos conheci-
mentos humanos.
1.3. ESPECI FICAÇÕES TÉCNICAS
1.3.1. Elementos Escritos de um Projeto de Engenharia. Um projeto de Engenharia
não consiste apenas em plantas, desenhos e cálculos. Inclui também uma parte de redação,
sob a forma de memorial descritivo e de especificação técnica.
O memorial descritivo é a simples descrição e indicação dos materiais a serem
empregados e dos locais da construção. É dirigido a elementos que não têm formação
técnica, com a finalidade de fazê-Ios compreender o projeto e sua aparência quando for
concluído. Já as especificações técnicas indicam minuciosamente as propriedades mínimas
que os materiais devem apresentar e a técnica que será empregada na construção. Desti-
nam-se ao construtor, e visam assegurar que a obra seja realizada com os cuidados apon-
tados no projeto.
1.3.2. As Especificações e a Cadeira "Materiais de Construção". Especificações e me·
moriais descritivos costumam ser divididos em duas partes: especificações para os mate-
riais e especificações para a execução.
É na cadeira Materiais de Construção que se aprendem as qualidades, os defeitos e
as possibilidades de cada material. Uma vez conhecidas, cabe ao projetista escolher aque-
les que mais correspondam aos seus planos, estabelecendo, simultaneamente, os padrões
mínimos de qualidade.
1.3.3. Como Especificar Materiais
a. Ao especificar os materiais, é necessário que se use da maior exatidão possí-
vel, definindo todos os elementos que possam variar de procedência.
b. Procurar sempre citar os dados técnicos do material desejado. Mesmo que eles
pareçam evidentes ao projetista, podem não o ser para o construtor, assim como este
poderã vir a aproveitar-se de uma omissão para agir de má fé.
c. Convém não somente nomear o material, mas também a classificação, o tipo,
a dimensão desejada e, eventualmente, a marca (procedência).
d. Procurar não esquecer nenhum material. A experiência demonstra que o pro-
jetista esquece, geralmente, os materiais de menor custo ou volume, e é justamente em
relação a eles que surgem as maiores dúvidas de interpretação.
e. É sempre conveniente rever os catálogos dos materiais que estão sendo especi-
ficados, para estar atualizado quanto a pormenores de djferenciação.
f Organizar um guia para especificações, a fim de não esquecer detalhes, como
rodapés, ferragens etc. -
4 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
1.4. NORMALIZAÇÃO
1.4.1. Finalidades da Normalização. Elaboram-se normas com o objetivo de regulamen-
tar a qualidade, a classificação, a produção e o emprego dos diversos materiais.
Algum tempo atrás, a reputação do fabricante era suficiente para se ter uma idéia
da qualidade do material. Esse processo, embora generalizado, tornava-se bastante regio-
nal e, o que é pior, com o tempo originava monopólios, em prejuízo de novas marcas,
que precisavam lutar muito até conseguirem o reconhecimento de suas qualidades.
Conquanto fossem, às vezes, melhores que as tradicionais, esbarravam na desconfiança
natural e na opinião já enraizada. A normalização'contribuiu para eliminar muitos desen-
tendimentos no recebimento das mercadorias, regulamentando as qualidades e até mesmo
a forma de medição.
Em cada país existem organismos cuja função é estabelecer normas que padronizem
as especificações de materiais. Essas especificações vêm, em geral, atender às exigên-
cias dos consumidores ou produtores, seja no processo de fabricação, seja no acabamento,
forma e dimensões, na composição química e nas propriedades físicas, nos ensaios de
inspeção, no recebimento ou no emprego dos produtos.
A normalização, embora rudimentar, já era empregada por alguns povos antigos. Os
tijolos dos persas eram de dimensões normalizadas, assim como a seção dos aquedutos
romanos e as pedras de construção dos egípcios. Os navios venezianos eram construídos
com peças normalizadas intercambiáveis.
1.4.2. Entidades Normalizadoras. No Brasil, a normalização cabe à ABNT - Associa-
ção Brasileira de Normas Técnicas, sociedade civil com intuito não-lucrativo, com sede
no Rio de Janeiro. Ela congrega os seguintes tipos de sócios, espalhados por todo o país:
sócios mantenedores -- contribuem substancialmente;
sócios coletivos - firmas ou entidades;
sócios individuais - contribuem em menor escala;
entidades associadas - assessoram o trabalho da ABNT.
A ABNT se dedica à elaboração de normas técnicas, sua difusão e incentivo. Isso
não impede que, em campos mais restritos, outras entidades, particulares ou oficiais,
tenham o mesmo objetivo. Alguns exemplos são: a Associação Brasileira de Cimento
Portland (ABCP), o Instituto Brasileiro de Concreto (lBC) ou o Instituto Brasileiro do
Pinho (IBP), que também estabelecem normas nos seus respectivos campos.
Nos Estados Unidos, essa responsabilidade cabe à American Society for Testing
Material (ASTM) e à American Standard Association (ASA); na Alemanha, à Deutsche
Normenausschuss, com sua conhecida sigla para normas, DIN; na Inglaterra, à British
Standards lnstitution (BS); na Noruega, ao Norges Standardiserings-Forbund (NSF).
Como siglas de normas podem ser citadas:
A
BS
GOST
Austríacas
Inglesas
Russas
CNS
DS
NS
Tcheco-eslovacas
Dinamarquesas
- Norueguesas
IRAM
IS
JlS
MOSZ
NBN
NEN
NP
AFNOR -
Argentinas
Indianas
Japonesas
Húngaras
Belgas
Holandesas
Portuguesas
Francesas
SFS
SI
SIS
SNV
STAS
UNE
UNI
Finlandesas
Israelenses
Suecas
Suíças
Romenas
Espanholas
Italianas.
INTRODUÇÃO I 5
Essas entidades todas são coordenadas pela ISO - International Organization for
Standardization, e por comitês continentais, como o COPANT - Organização Pan-Ameri-
cana de Normas Técnicas.
Entre as organizações estrangeiras com campo específico, podem ser citadas como
exemplos a PCA - PortIand Cement Association, e o ACI - American Concrete Institute,
ambas americanas.
1.4.3. Vigência de uma Norma. Convém assinalar que as normas não são estáticas,
como pareceria à primeira vista. Elas vão sendo aperfeiçoadas e alteradas com o tempo,
acompanhando a evolução da indústria e da técnica. A ABNT, por exemplo, estabelece a
revisão obrigatória de cada norma de cinco em cinco anos, no máximo. O desenvolvi-
mento da normalização pode até ser considerado a medida do desenvolvimento industrial
de um povo.
1.4.4. Tipos de Normas.
a. Normas - que dão as diretivas para cálculos e métodos de execução de obras e
serviços, assim como as condições mínimas de segurança;
b. Especificações - que estabelecem as prescrições para os materiais;
c. Métodos de Ensaio - que estabelecemos processos para a formação e o exame
de amostras;
d. Padronizações - que estabelecem as dimensões para os materiais ou produtos;
e. Terminologias - que regularizam a nomenclatura técnica;
f Simbologia - para convenções de desenho;
g. Classificações - para ordenar e dividir conjuntos de elementos.
A indicação NBR (Norma Brasileira) se aplica a qualquer dos tipos acima. Uma
norma é caracterizada pelas iniciais indicadas, seguida do seu número de ordem e, quando
necessário, dos dois últimos algarismos do ano em que foi feita ou alterada pela última vez.
1.4.5. Encaminhamento de uma Norma. Os sócios da ABNT elegem os elementos para
os diversos comitês brasileiros, que são os órgãos orientadores da parte técnica sobre
-
6 I MATERIAIS DE CONSTRUçAO
determinados assuntos. Esses comitês são permanentes. São, atualmente, em número de
22:
a. Mineração e Metalurgia;
b. Construção Civil;
c. Eletricidade (Eletrônica, Eletrotécnica e Iluminação);
d. Mecânica;
e. Automóveis, Caminhões, Tratores, Veículos e Similares e Autopeças;
f Equipamento e Material Ferroviário;
g. Construção Naval;
h. Aeronáutica e Transportes Aéreos;
i. Combustíveis (inclusive nucleares);
j. Química, Petroquímica e Farmácia;
I. Matérias-Primas e Produtos Vegetais e Animais;
m. Agricultura, Pecuária e lmplementos;
n. Alimentos e Bebidas;
o. Finanças, Bancos, Seguros, Comércio, Administração e Documentação;
p. Hotelaria, Mobiliário, Decoração e Similares;
q. Transporte e Tráfego;
r. Têxteis.
s. Cimento, concreto e agregados
t. Refratários
u. Energia Nuclear
v. Computadores e Processamentos de Dados.
x Isolação Térmica
A instituição de uma norma é regulada pela DIRETIV Ap. 03/95: Guia para Elabora-
ção e Apresentação dé Normas Técnicas.
A pedido de interessados ou por iniciativa própria, os comitês criam as comissões
de estudo, com a finalidade de elaborar uma norma ou um grupo de normas técnicas
sobre um determinado assunto de seu âmbito. Dessa comissão devem participar, especial~
mente convidados, produtores, comerciantes, consumidores, órgãos técnicos profissionais
e entidades oficiais que tratem da matéria. Haverá preferência pelos associados da ABNT.
A comissão parte de um texto básico, que poderá ser preparado por um de seus
membros ou encomendado a um técnico, ou poderá ser uma norma ou regulamento de
entidade interessada, ou uma norma estrangeira etc. A partir do texto básico ela elabora
um anteprojeto, que é enviado ao comitê. Este o examina, para ver suas implicações com
outrjls normas já em vigor, e o'encaminha aos associados para votação. Sendo aprovado,
passa a Norma; não o sendo ou recebendo novas sugestões, volta à comissão para rees-
tudo. Enquanto não for votado, será apenas um projeto de Norma. Eventualmente, pode
não ser obrigatório, mas apenas Norma recomendada. A Norma, ou qualquer alteração,
entra em vigor 60 dias após a publicação pela ABNT, não dependendo de ato governamen-
tal.
INTRODUÇÃO / 7
1.4.6. Marcas de Conformidade. As entidades normalizadoras concedem marcas de
conformidade, ou seja, reconhecem publicamente os materiais que estão de acordo com
suas especificações, desde que solicitado. Em alguns casos, essa conformidade pode ser
indicada por um símbolo a ser afixado no material ou embalagem, tal como o ,emblema da
Fig. 1.1, usado pela JIS japonesa, ou o desenho de um papagaio de papel, adotado pela BS
inglesa.
Fig.I.I
É importante saber que, pela Lei n? 4.150, a obediência às NBR é obrigatória em
todos os serviços executados, dirigidos ou fiscalizados pelas repartições públicas brasileiras
ou órgãos paraestatais, bem como em todos os serviços subvencionados ou feitos sob o
regime de convênio com órgãos governamentais.
1.5. PROPRIEDADES GERAIS DOS CORPOS
Antes de se iniciar o estudo da matéria propriamente dita, convém recordar algumas
noções de Física sobre as propriedades dos corpos. São conceitos que devem ser gravados
perfeitamente para melhor compreensão das exposições.
Dá-se o nome de propriedades de um corpo às qualidades exteriores que o caracteri-
zam e distinguem. Um dado material é conhecido e identificado por suas propriedades e
por seu comportamento perante agentes exteriores.
As definições das propriedades dadas abaixo são clássicas. A Física moderna modifi-
cou alguns desses conceitos, mas, para este estudo, essas conceituações são suficientes.
Assim, pór exemplo, sabe-se que a matéria pode ser transformada em energia, o que altera
a definição de indestrutibilidade.
As propriedades variam de material para material. Em alguns casos chegam a ser
nulas. Para o construtor, é básico o conhecimento das propriedades de cada material, para
poder deduzir o seu comportamento na prática.
1.5.1. Principais Propriedades dos Corpos. São propriedades gerais dos corpos:
a. Extensão. É a propriedade que possuem os corpos de ocupar um lugar no
espaço.
b. Impenetrabilidade. É a propriedade que indica não ser possível que dois cor-
pos ocupem o me.smo lugar no espaço.
c. Inércia. É a propriedade que impede os corpos de modificarem, por si mes-
mos, seu estado inicial de repouso ou movimento.
d.. Atração. É a propriedade de a matéria atrair a matéria, de acordo com a lei de
atração das massas.
8 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
e. Porosidade. -É a propriedade que tem a matéria de não ser contínua, havendo
espaço entre as massas.
f Divisibilidade. É a propriedade que os corpos têm de se dividirem em frag-
mentos cada vez menores.
g. lndestrutibilidade. É a propriedade que a matéria tem de ser indestrutível.
1.5.2. Propriedades dos Corpos Sólidos. As seguintes propriedades são específicas dos
corpos sólidos, que são os de maior importância nesta disciplina:
a. Dureza. É a resistência que os corpQs opõem ao serem riscados.
b. Tenacidade. É a resistência que opõem ao choque ou percussão. (Observem-se
que o vidro tem grande dureza, mas pequena tenacidade; os termos não são sinônimos.)
c. Maleabilidade ou Plasticidade. É a capacidade que têm os corpos de se adelga-
çarem até formarem lâminas sem, no entanto, se romperem.
d. Ductibilidade. É a capacidade que têm os corpos de se reduzirem a fios sem se
romperem (a argila tem boa plasticidade e pequena ductibilidade).
e. Durabilidade. E a capacidade que os corpos apresentam de permanecerem
inalterados com o tempo.
f Desgaste. É a perda de qualidades ou de dimensões com o uso contínuo.
(Durabilidade e desgaste não são necessariamente inversos.)
g. Elasticidade. É a tendência que os corpos apresentam a retomar à forma
primitiva após a aplicação de um esforço.
1.5.3. Esforços Mecânicos. Os esforços mecânicos ou solicitações simples a que um
corpo pode ser submetido são:
compressão (Fig. 1.2a);
tração (Fig. 1.2b);
fle'xão (Fig. 1.2c);
torção (Fig. 1.2d);
Cisalhamento (Fig. 1.2e).
Fig. 1.2
INTRODUÇÃO / 9
Observe-se, na Fig. 1.3, que no mecanismo da flexão aparecem esforços de com-
pressão em uma face e de tração na face que lhe é oposta. Isso vem a ser uma solicitação
composta.
Fig.1.3
Chama-se tensão à relação a = ~ entre o esforço aplicado e a área da seção resis-
tente. Geralmente, é medida em MPa. Assim, uma barra de aço de 10 cm2, submetida a
3000 kgf, sofre uma tensão de 30 MPa, bastante superior à que sofreria uma barra de
30 cm 2 sob um esforço de 6 000 kgf (tensão de 20 MPa) ..
Módulo de elasticidade ou módulo de Y oung é a relação entre a tensão e a deforma-
ção unitária resultante. Por exemplo. seja um fio de 1 cm de diâmetro que. submetido a
uma tração de 500 kgf. passa do comprimento 3 m para 3,02 m.
Área do fio:
7TD"
3,14x 12
0,776 cm2.
- =
4
4
Tensão:
500-64,5 MPa
0,776
Deformação total: 302 - 300 = 0.02 m = 2 em.
Deformação unitária:
:2
= 0.00666.
300
Módulo de elasticidade:
645
0.00666
9680 MPa.
1.5.4. Peso Específico, Massa Específica e Densidade. Quando se toma uma balança de
pratos e pesa-se, digamos, 1 kg de um determinado material, em um dado local. e depois
leva-se tudo e pesa-se novamente em outro local ou altitude, a balança continua marcando
1 kg. Na realidade, a balança simplesmente acusouo equilíbrio existente entre as massas
colocadas nos dois pratos. Quando se pesa essa mesma quantidade de material com um
dinamômetro ou balança de molas, em locais ou altitudes diferentes, o dinamômetro vai
acusar resultados diferentes. É que ele mede uma força chamada peso, que é resultante da
ação da gravidade sobre a massa do material, e a gravidade não é igual em toda parte.
10 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
Massa é a quantidade de matéria e é constante para o mesmo corpo, esteja onde
estiver. Peso é a força com que a massa é atraída para o centro da Terra; varia de local
para local. Num mesmo local os pesos são proporcionais às massas, porque a gravidade é a
mesma. P
Chama-se peso especIfico a relação p = - , entre o peso de um corpo e seu
volume. Conseqüentemente não é constante. v M
Chama-se massa espeCIfica de um corpo a relação m =-y , entre sua massa e seu
volume. É constante para o mesmo corpo, e é expressa, por exemplo, em kgf/dm3.
Chama-se densidade de um corpo a relação entre a sua massa e a massa de mesmo
volume de água destilada a 40 C, no vácuo. É uma relação e, como tal, expressa por um
número abstrato.
Esses três conceitos, massa específica, peso específico e densidade, são facilmente
confundidos.
REFER~NCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS Tl!CNICAS. Estatutos. São Paulo, ABNT, s.d.
2. o Redação e apresentação de normas brasileiras. São Paulo, ABNT, 1995. (DIRETIVAp. 03.)
3. BOZANO, A. Apostilas de materiais de construção. Porto Alegre, Escola de Engenharia, s.d.
4. VAN VLACK, Lawrence H. Princípios de ciência dos materiais. São Paulo, Edgard Blücher,
1970.
5. REED-HILL, Robert. Princípios de metalurgia. Buenos Aires, Editorial Continental, 1968.
6. LAKHTIN, Y. Engineering Physical Metallurgy. Moscou, Mir Publishers, 1960.
CAPiTULO 2 I AGLOMERANTES
Eng<;>HÉLIO MARTINS DE OLIVEIRA
Ex-Prof. de Materiais de Construção da
Escola Politécnica de São Paulo
2.1. INTRODUÇÃO
Neste capítulo serão tratados alguns dos principais materiais utilizados como
aglomerantes nas obras de construção civil, excetuando-se o cimento Portland artificial
que, por sua importância, será estudado no capítulo subseqüente. A matéria exposta a
seguir inclui desenvolvimentos relativos a asfalto, cal, gesso e aglomerantes especiais.
2.2. ASFALTOS
Asfalto é matéria hidrocarbonada, de cor preta, presente em muitos petróleos crus,
nos quais se encontra dissolvido. Sendo os óleos solventes removidos do petróleo cru, por
evaporação ou destilação, obtém-se o asfalto. Os diferentes processos de tratamento
industrial desse material proporcionam uma variedade de produtos. O asfalto é mais uma
versátil faml1ia de materiais do que um simples produto. Processos ocorridos na natureza
conduziram à formação de depósitos naturais de asfalto, alguns praticamente isentos de
matérias estranhas, e outros nos quais o asfalto se encontra misturado a quantidades vari-
áveis de substâncias minerais e orgânicas. Os depósitos naturais onde o asfalto se encontra
impregnado em rochas porosas são conhecidos como rochas betuminosas.
Os asfaltos são aglomerantes que oferecem particular interesse ao engenheiro, por se
tratar de um poderoso ligante, rapidamente adesivo, altamente impermeável e de longa
durabilidade. Sua consistência plástica empresta uma flexibilidade controlável às misturas
feitas com agregados minerais - os concretos asfálticos. Oferecem elevada resistência ao
ataque pela maioria dos ácidos, álcalis e sais.
Os asfaltos são classificados nos tipos que se seguem:
a. Cimentos asfálticos. São materiais termoplásticos, variando a consistência de
firme a duro, em temperaturas normais, e que devem ser aquecidos até atingir a condição
de fluidos, conveniente ao seu emprego.
b. Asfaltos líquidos. Nestes asfaltos a fase semi-sólida de materiais se encontra
dissolvida em óleos de grau de volatilidade variada, conforme sejam as variedades de cura
lenta, média e rápida.
c. Emulsães asfálticas. São misturas homogêneas de cimentos asfálticos e água,
12 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
com uma pequena quantidade de um agente emulsificador normabnente usado como
ajuda no processo de fabricação.
Na Fig. 2.1 está esquematizado o processamento geral de refinação do petróleo cru,
especialmente as linhas de produção de asfaltos.
o
li>
·Õ•..-
li>
Q.
li>
"O
oUoa.
o
Q.
Ecu
o
c:
••
c:
li>
Cl
C
c:
li>N
C
E
•..«
,
Refinaria vapor
Óleo
Combust. residual
Gasolina e solventes leves
Querosenes e óleos combust.leves
Óleos diesel,óleos lubrificantes
Gás
Petróleo
Areia e água
Ar
Asf. PlP
Cimento as
Asfalto oxidado
As
As
falto diluldo em destilado médio
MCO-MC5
falto diluído em destilado leve
RCO-RC5
Fig. 2.\. Diagrama da destilação do petróleo, mostrando a linha asfáltica.
22.1. Cimentos Asfálticos. Como se vê no diagrama da Fig. 2.1, os cimentos asfálticos
são produzidos a partir dos materiais residuais compostos de asfalto e óleo. Esse material
é submetido à destilação em baixa temperatura sob vácuo. Freqüentemente o vapor de
água é introduzido como ajuda no processo de destilação, sendo os produtos assim
obtidos usualmente denominados "ao vácuo" ou "ao vapor e vácuo". O processo é
realizado a uma temperatura aproximada de 250°C.
AGLOMERANTES / 13
Podem ser obtidos também pelo processo de precipitação, em soluções de matéria- .
prima com solventes seletivos que dissolvem apenas a fração do óleo presente.
Os cimentos asfálticos são produzidos e classificados segundo diversas variedades, de
acordo com os resultados dos ensaios de penetração. Estes constituem uma medida da
ronsistência ou dureza. Uma agulha padronizada de peso total de 100 g é aplicada durante
cinco segundos, medindo-se a sua penetração em décimos de milímetro. Esse número
representa a penetração, que é uma medida da consistência do cimento asfáltico. Na
Fig. 2.2 encontra-se o esquema desse ensaio.
------~ . Penetraçãod~cLm9Jle mm)
Início Depois de
5 segundos
Fig. 2.2. Esquema do ensaio de penetração.
Além do ensaio de penetração, as especificações usualmente prescrevem outros
ensaios, com o fim de controlar outras características. Entre elas merece referência a
determinação do ponto de fulgor, que é a temperatura na qual, durante o aquecimento, os
vapores desprendidos se inflamam temporariamente quando postos em contato com uma
pequena chama. Na Fig. 2.3 encontra-se o esquema desse ensaio.
Ponto de
fulgor-
Pequena
J:ma
~1fim
Fig. 2.3. Esquema do ensaio de determinação do ponto de fulgor.
14 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
o ponto de fulgor de um produto asfáltico representa a temperatura crítica acima
da qual é necessário tomar precauções especiais para afastar o perigo de incêndio durante
o seu aquecimento e manipulação. Na Tab. 2.1 encontram-se as características principais
dos cimentos asfálticos.
Tabela 2.1. Algumas Caracterlsticas de Cimentos Asfálticos.
Caracterfsticas
Ponto de Fulgor - °C 232218177
50 -
60
60 -
70
100 - 120
Penetração
70 -
85
120-150
200 - 300
85 - 100
150-200
Perda por aquecimento
a 1630C
122
%
Solubilidade em tetra-
c1oreto de carbono
99,5
99,599,5
2.2.2. Asfaltos líquidos. Cura lenta (SC). Os asfaltos líquidos de cura lenta são mis-
turas de cimento asfáltico e óleos. Estes últimos podem ser misturados posteriormente à
produção do asfalto, ou podem já estar incluídos no produto. O endurecimento desse
aglomerante se opera lentamente por evaporação dos óleos presentes, conduzindo a
consistência do material à da fase pseudo-sólida restante.
Cura média (MC). O asfalto líquido de cura média é uma mistura de cimento
asfáltico de penetração de 120 a 300 com um solvente hidrocarbonado de ponto de
evaporação próximo ao do querosene. Devido ao maior grau de volatilidade desse
solvente, tais asfaltos endurecem com mais rapidez do que os tipos precedentes. São
também conhecidos pelo nome de Kerosene Cutback Asphalt'.
Cura rápida (RC). É uma mistura de cimento asfáltico, de 80 a 120 de penetração, e
de um solvente altamente volátil, em geral com ponto de evaporação próximo ao dagasolina. Evidentemente, trata-se de material que endurece com mais rapidez que os tipos
precedentes. É também conhecido por Gasoline Cutback Aspha/t.
Cada tipo de asfalto líquido é produzido em diversas variedades, de acordo com a
sua consistência. Estas se identificam pelas expressões apresentadas no quadro a seguir.
Os prefixos RC, MC e SC identificam o tipo de asfalto líquido e os sufixos de O a 5
a sua consistência relativa. Os tipos RC-O, MC-O e SC-Otêm aproximadamente a mesma
consistência, são os mais moles e aproximam-se de um creme caseiro, na temperatura
normal. Igualmente, os tipos RC-5, MC-5 e SC-5 são de consistências comparáveis,
aproximando-se de geléia firme.
Cura Rápida
RC-o
RC-l
RC-2
RC-3
RC-4
RC-5
Cura Média
MC-o
MC-l
MC-2
MC-3
MC-4
MC-5
AGLOMERANTES I 15
Cura Lenta
SC-o
SC-l
SC-2
SC-3
SC-4
SC-5
A consistência dos asfaltos líquidos é medida por ensaio de viscosidade, conhecido
pelo nome de Saybo/t Furo/. O ensaio de viscosidade é realizado em determinadas tempe-
raturas' prescritas pelas especificações correspondentes; o tempo, medido em segundos, é o
necessário para que 60 cm3 do material escoem, através de um orifício-padrão, para um
frasco graduado. Quanto mais longo for o tempo necessário para o escoamento, maior
será a viscosidade do produto asfáltico, e mais próximo estará da consistência semi-sólida.
A Fig. 2.4 apresenta esquematizado o ensaio de viscosidade.
Fig. 2.4. Esquema do ensaio de viscosidade.
Na Tab. 2.2 estão comparadas as viscosidades de diferentes tipos de asfaltos
líquidos (diluídos).
Tabela 2.2. Viscosidade de Asfaltos Diluidos de Cura Média
Viscosidade
Furol A
MC-OMC-lMC-2MC-3MC-4MC-5
(0 e)
25
75/160
50
75/150
60
100/200250/500
82
125/250300/600
Cura Rápida
RC.O
RC-1
RC-2
RC-3
RC-4
RC-5
Cura Média
MC.{)
MC-I
MC-2
MC-3
MC-4
MC-5
AGLOMERANTES / 15
Cura l.enta
SC.{)
SC-1
SC-2
SC-3
SC-4
SC-5
A consistência dos asfaltos líquidos é medida por ensaio de viscosidade, conhecido
pelo nome de Saybo/t Furo/. O ensaio de viscosidade é realizado em determinadas tempe-
raturas' prescritas pelas especificações correspondentes; o tempo, medido em segundos, é o
necessário para que 60 cm3 do material escoem, através de um orifício-padrão, para um
frasco graduado. Quanto mais longo for o tempo necessário para o escoamento, maior
será a viscosidade do produto asfáltico, e mais próximo estará da consistência semi-sólida.
A Fig. 2.4 apresenta esquematizado o ensaio de viscosidade.
Fig. 2.4. Esquema do ensaio de viscosidade.
Na rabo 2.2 estão comparadas as viscosidades de diferentes tipos de asfaltos
líquidos (diluídos).
Tabela 2.2. Viscosidade de Asfaltos Diluidos de Cura Média
Viscosidade
Furol A
MC-OMC-1MC-2MC-3MC-4MC-5
(0e)
25
75/160
50
75/150
60
tOO/200250/500
82
125/250300/600
16 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
2.2.3. Emulsões Asfálticas. São misturas homogêneas de cimento asfáltico e água,
contendo de 30 a 45% de água. Classificam-se de acordo com o tempo de coalescência em
emulsões de pega rápida, média e lenta.
2.2.4. Aplicações. Como se viu, os asfaltos são oferecidos numa larga faixa de produtos
e os seus usos são, conseqüentemente, muitos e variados. São utilizados em maior pro-
porção nas obras de pavimentações, bem como em pintura impermeabilizante, isolamento
elétrico, papéis e papelões impermeabilizantes e em um sem-número de outras aplicações.
Quase todos os tipos de asfalto são utilizáveis nas diferentes técnicas de pavimen-
tação, cujos detalhes escapam ao objetivo desse trabalho.
2.3. CAL
Cal é o nome genérico de um aglomerante simples, resultante da calcinação de
rochas calcá rias, que se apresentam sob diversas variedades, com características resultantes
da natureza da matéria-prima empregada e do processamento conduzido.
A calcinação da rocha calcária pura resulta na produção de óxido de cálcio puro,
material de grande importância industrial, onde alcança melhor preço que os produtos
impuros normalmente utilizados em construção. Nas rochas calcárias naturais, o carbo-
nato de cálcio é freqüentemente substituído, em menor ou maior proporção, pelo
carbonato de magnésio, que não constitui impureza propriamente dita. A sílica, os óxidos
de ferro e de alumínio são as impurezas que acompanham os carbonatos, em maior ou
menor grau, na constituição das rochas calcárias. Mais adiante ver-se-á a influência
exercida nas características dos aglomerantes pela presença do magnésio e das impurezas
mencionadas.
Além das rochas calcárias, prestam-se, também, como matéria-prima à produção de
cal os depósitos de resíduos de esqueletos de animais, como ocorre em nossos sambaquis.
2.3.1. Reações Químicas. Basicamente, na calcinação do calcário natural, o carbonato
de cálcio, submetido à ação do calor à temperatura aproximada de 9000 C, decompõe-se
em óxidos de cálcio e anidridos carbônicos, processo que é representado na seguinte
equação química:
CaC03 + calor ~ CaO + CO2 .
o carbonato de magnésio comporta-se de maneira semelhante a uma temperatura
ligeiramente inferior.
O produto dessa calcinação, que contém predominantemente óxidos de cálcio,
exibe estrutura porosa e formatos idênticos aos dos grãos da rocha original. Chama-se cal
viva e apresenta-se, usualmente, sob a forma de grãos de vários tamanhos, dependendo do
processo de fabricação utilizado, sendo comuns em nosso meio grãos de grandes dimen-
sões - com lO, 15 ou 20 cm, em média. São as chamadas pedras de cal viva.
A cal viva não é ainda o aglomerante utilizado em construção. O óxido deve ser
hidratado, transformando-se em hidróxido, que é o constituinte básico do aglomerante
cal. A operação de hidratação recebe o nome de extinção, e o hidróxido resultante
AGLOMERANTES I 17
denomina-se cal extinta - quando a hidratação se realiza no local do emprego do
material, no canteiro de serviço, normalmente - ou cal hidratada - quando a extinção se
processa na fábrica. A reação química da extinção da cal viva é a seguinte:
CaO + H2O -* Ca(OHh.
A cal extinta é utilizada em mistura com água e areia, em proporções apropriadas,
na elaboração de argamassas. Estas têm consistência mais ou menos plástica, e endurecem
por recombinação do hidróxido com o gás carbônico presente na atmosfera, reconsti-
tuindo o carbonato original, cujos cristais ligam de maneira permanente os grãos de
agregado utilizado. Esse endurecimento se processa com lentidão e ocorre, evidentemente,
de fora para dentro, exigindo uma certa porosidade que permita, de um lado, a evapo-
ração da água em excesso e, de outro, a penetração do gás carbônico do ar atmosférico. O
mecanismo do endurecimento, que depende do ar atmosférico, explica o nome ordi-
nariamente dado a esse aglomerante - cal aérea -. que se opõe ao nome de outra varie-
dade - cal hidráulica - da qual se "tratará mais adiante, e que endurece principalmente
por ação da água. A reação de carbonatação é a seguinte:
Essa reação ocorre na temperatura ambiente e exige a presença de água. Verificou-se
que o gás carbônico seco não combina satisfatoriamente com o hidróxido. O processo é
lento, podendo, entretanto, ser acelerado pelo aumento da proporção de gás carbônico
presente na atmosfera. O resultado, porém, não é satisfatório, uma vez que tal aceleração
conduz ao desenvolvimento insuficiente dos cristais de carbonatos, que resulta no enfra-
quecimento final do produto.
2.3.2. Classificação. Usualmente se classificam as variedades de cal aérea segundo dois
critérios: o da composição química básica e o do rendimento em pasta.
De acordo com a composição química, apresentam-se duas variedades: a cal cálcica
e a cal magnesiana. A primeira, com um mínimo de 75% de CaO, e a segunda, com 20%
no mínimo de MgO, devendo sempre a soma de CaO com MgO ser superior a 95%. Os
componentes argilosos Si02, Ah 03 e Fe2 03 devem somar no máximo 5%. A proporção
residual de CO2 deverá ser inferior a 3%, quando a amostra for tirada do forno de
calcinação, e inferior a 10%, quando a amostra for retirada de outro local.
Segundoo outro critério - o rendimento em pasta - a cal apresenta duas varie-
dades: caí gorda e cal magra.
Entende-se por rendimento em pasta o valor do volume de pasta de cal obtido com
uma tonelada de cal viva. Essa pasta é uma suspensão do tipo coloidal, que se obtém na
operação de extinção da cal viva. Para todos os efeitos, a pasta de cal pode ser considerada
como o aglomerante realmente utilizado em construção. Do ponto de vista econômico, é
primordial o conhecimento do rendimento em pasta, porque o produto comprado é a cal
viva e o produto utilizado, a pasta de cal.
Se o rendimento em pasta for maior do que 1,82, a cal será-denominada gorda, e, se
for inferior a esse valor, magra. Esse rendimento-limite corresponde ao rendimento de
18 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
1,82 m3 de pasta para uma tonelada de cal viva (550 kg de cal viva para 1 m3 de pasta).
De um modo geral, a cal magnesiana é magra. Observe-se, entretanto, que outros
fatores, como a presença de impurezas, supercozimento ou subcozimento, têm maior
influência no rendimento da cal.
L3.3. Proprie~ades. A cal viva é um produto de cor branca que se apresenta sob a
forma de grãos de grande tamanho e estrutura porosa, ou em pó. No primeiro caso, a
densidade média é de 0,85, aproximadamente, e, no segundo caso, 0,50. A densidade
al'scluta é, em média, 2,20. A cal hidratada apresenta-se sob a forma de flocos ou pó de
cor branca, com densidade aparente de 0,5.
a. Plasticidade. Neste aglomerante, é um termo utilizado para conceituar a
menor ou maior facilidade na aplicação das argamassas como revestimento. Diz-se que a
cal é plástica quando se espalha facilmente, resultando numa superfície lisa sob o rasto da
colher do pedreiro. Se ela é arrastada por se agarrar à colher, conduz à produção de
trincas ou mesmo desgarra da parede. Nesge caso é considerada não-plástica, um conceito
bastante subjetivo. Cal magnesiana produz argamassas mais bem trabalháveis do que as
variedades cálcicas.
b. Retração. A carbonatação do hidróxido realiza-se com perdas de volume,
ra~ão pela qual o produto está sujeito à retração, cuja conseqüência é o aparecimento de
trincas nos revestimentos. Sendo a cal normalmente empregada em mistura com agregado
miúdo na elaboração de argamassas, a introdução desse produto em proporções conve-
nientes r~duz os efeitos da retração. A proporção da pasta de cal na argamassa deve
obedecer a um limite mínimo, abaixo do qual deixa de ser trabalhável. A proporção
determina a capacidade de sustentação de areia da pasta de cal. A experiência mostra que
a cal cálcica tem maior capacidade de sustentação de areia do que a variedade magnesiana.
c. Rendimento. O conceito de rendimento já foi exposto, restando definir a
consistência da pasta utilizada na determinação desse fator. Trata-se de uma consistência
arbitrária, usualmente determinada pelo abatimento de um cilindro de 5 em de diâmetro e
10 em de alturà, que se deforma para 8,7 em pela remoção do molde. Cal de variedade
cálcica oferece melhores rendimentos que cal magnesiana.
d. Endurecimento. Como é necessária a absorção de CO2 do ar para o endureci-
mento da cal aérea, esse material não endurece debaixo da água. O endureeimento que
depende do ar atmosférico é muito lento, por razões evidentes: camadas espessas perma-
necem fracas no seu interior durante longo período de tempo. Conseqüentemente,
quando se usam argamassas de cal e areia para revestimento, torna-se necessário aplicá-Ias
em camadas, geralmente com um intervalo de 10 dias entre urna e outra operação. O
processo de endurecimento ainda continua durante o tempo em que a argamassa perma-
nece em contato com o ar. Além da carbonatação, o endurecimento da cal se dá também
pela combinação do hidróxido com a sílica finam ente dividida que Sf; encontra, even-
tualmente, na areia que constitui a argamassa. Um produto de elevada dureza e valor
ligante é o que resulta da combinação da cal com a sílica. Tal fenômeno já é conhecido há
bastante tempo e foi extensamente utilizado pelos romanos em suas obras, quando
juntavam urna certa proporção de pozolana em suas argamassas e concretos feitos com cal
ordinária. Mais tarde se tratará desse assunto pormenorizadamente.
AGLOMERANTES I 19
2.3.4. Extinção. A hidratação da cal viva é obtida mediante a adição de água, processo
usualmente conhecido por extinção da cal. A hidratação é uma reação altamente exotér-
mica, acompanhada de considerável aumento de volume. Na variedade cálcica de grande
pureza, o processo é violento. Na variedade magnesiana, o processo é mais lento e,
conseqüentemente, a produção de calor é menor, assim como o aumento de volúme.
A reação de hidratação da cal viva pode resultar na produção de hidróxido em
forma cristalina ou coloidal, em proporção que depende das condições mantidas durante a
reação. Os cristais de hidróxido de cálcio formam-se e desenvolvem-se devagar, enquanto
o hidróxido coloidal se forma com grande rapidez. Quanto mais rápida a reação, maior a
proporção coloidal de hidróxidos. A utilização de água quente ou morna e a agitação da
mistura concorrem para o aumento da proporção do colóide. Do ponto de vista da
utilização do material, convém que haja preponderância da fase coloidal, que melhora a
plasticidade, o rendimento e a capacidade de sustentação de areia.
A hidratação da cal viva altamente cálcica é muito violenta, podendo ocorrer a
queima devido à grande elevação na temperatura, a qual' pode atingir 360°C em tanques
abertos e 450°C em caixas fechadas. Essa elevação tem provocado incêndios em vagões,
silos, barracões de madeira,. nos quais a cal virgem se hidratou em contato com a água,
geralmente da chuva.
Na extinção da cal cálcica, usualmente gorda, deve-se evitar a violenta elevação de
temperatura, controlando o processo no sentido de um desenvolvimento térmico acei-
tável. Na extinção da cal magnesiana ocorre o contrário. Por ser lenta a reação de
hidratação, convém aproveitar a energia térmica desenvolvida para acelerar o processo,
que então resulta em maior proporção da fase coloidal de hidróxidos. No primeiro caso,
para eliminar o perigo de queima da cal por elevação não-controlada da temperatura, o
processo é conduzido com excesso de água; no segundo, com controle do volume da água
utilizada.
Pode-se proceder a um ensaio prévio, de realização simples, para orientar a operação
de extinção, evitando os dois riscos mencionados. Colocam-se, em um balde, dois ou três
pedaços de cal, de aproximadamente 1/2 kg cada um, adicionando-se água até que eles
fiquem cobertos; observa-se quanto tempo leva para iniciar-se a reação de extinção,
quando o material começa a soltar fragmentos ou a esboroar-se. De acordo com o tempo
decorrido, tem-se a seguinte classificação:
extinção rápida - tempo inferior a 5 minutos;
extinção média - tempo entre 5 e 30 minutos;
extinção lenta - tempo superior a 30 minutos.
Para o processo de extinção rápida, é necessário que a cal seja colocada na água,
nunca o inverso. A operação deve ser constantemente observada e, ao mais leve sinal de
desprendimento de vapor, deve-se proceder a uma.rápida e enérgica agitação, adicionando
mais água, até cessar o desprendimento.
No processo de extinção média, adiciona-se água suficiente para fazer submergir
parcialmente o material. A agitação será ocasional e, havendo desprendimento de vapor,
deve-se adicionar água aos poucos. Convém não adicionar mais água do que o necessário,
nem grande quantidade de uma vez só.
20 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
No processo de extinção lenta, a quantidade de água a ser adicionada deve ser o
bastante para umedecer completamente o material. Após o início da reação, a água será
adicionada aos poucos, cuidando-se para não baixar a temperatura do processo. Não se
deve proceder qualquer agitação enquanto a extinção não estiver praticamente terminada.
Pode-se fazê-Io posteriormente, com o objetivo de homogeneizar a pasta.
Uma vez finda a operação de extinção, a pasta deve ser envelhecida, para que a
hidratação se complete inteiramente. A pastade cal obtida pela extinção de cal em pedra
deve envelhecer de 7 a 10 dias; pode-se utilizar a pasta obtida pela extinção de cal em pó
depois de 24 horas. Pastas obtidas pela extinção de cal de variedades magnesianas devem
ser envelhec;das por período mais longo, até duas semanas.
O processo de hidratação da cal viva pode ser conduzido naturalmente, por efeito
de absorção da umidade do ar. Ele é, contudo, acompanhado de carbonatação, visto que o
CO2 do ar está associado ao vapor de água presente no mesmo, tornando-se o produto
inútil como aglomerante.
A extinção se dá na própria obra, por meio de processo primitivo. É usual o
emprego de um tanque de madeira, de planta trapezoidal e fundo inclinado, onde se
proct:de à reação de hidratação, após a qual o produto passa por peneiras na parede lateral
infe:ior; daí se destina a tanque de depósito, como se vê na Fig. 2.5. A cal extinta é
envelhecida num dos tanques, enquanto o outro recebe a produção seguinte. Desse modo,
a obra dispõe sempre de produto devidamente peneirado e convenientemente enve-
lhecido.
Fig. 2.5. Tanques de extinção da cal virgem.
2.3.5. Cal Hidratada. A cal hidratada é um produto manufaturado que sofreu em usina
o processo de hidratação. É apresentada como um produto seco, em forma de flocos de
cor branca. Ordinariamente, a hidratação é feita em usina, por processo mecânico
realizado em três estágios:
a. a cal viva é moída ou pulverizada;
b. o material moído é completamente misturado com a quantidade exata de
água: necessária;
AGLOMERANTES / 21
c. a cal assim hidratada é separada da não-hidratada e das impurezas por penei-
ramento, por ar ou por outro processo.
Essas operações se realizam em diferentes instalações de operação intermitente ou
contínua, conduzindo sempre à produção de material homogêneo e bem controlado.
A cal hidratada oferece sobre a cal virgem algumas vantagens, entre elas a maior
facilidade de manuseio, transporte e armazenamento. É um produto pronto para ser
utilizado, eliminando em canteiro a operação de extinção e, subseqüentemente, de
envelhecimento. Sendo um produto seco, pulverulento, oferece maior facilidade de mis-
tura na elaboração das argamassas do que a pasta de cal resultante da extinção da cal viva.
Além disso, não está sujeito aos riscos provocados pela hidratação espontânea da cal
viva e por incêndios, que poderão ocorrer durante o seu transporte ou armazenamento. A
plasticidade das argamassas preparadas com' cal hidratada é ordinariamente inferior à das
argamassas feitas com pasta de cal resultante da extinção da cal viva. Do mesmo modo, o
rendimento econômico é menor, assim como a capacidade de sustentação de areia. Muita
cal hidratada, por defeito no processo de fabricação, apresenta tão baixa proporção de
colóide que sua plasticidade é extraordinariamente reduzida.
Para determinar a qualidade da cal hidratada, é necessário que esse produto sofra
alguns ensaios padronizados pela ASTM: de consistência e de plasticidade. A consistência
é medida por um ensaio de penetração de agulha. A plasticidade é determinada por
ensaios de uma pasta de consistência standard no plasticímetro Emey.
a. Residuo. O material residual retido em duas peneiras superpostas de malhas
30 e 200 é medido após a lavagem continuada de uma amostra no tempo máximo de 30
minutos.
b. Estabilidade e empipocamento. Dois ensaios mais complexos, onde se
examina o comportamento da cal em argamassa-padrão, estendida sobre lâminas de vidro
e submetida à ação da água e, subseqüentemente, de vapor, segundo determinadas regras.
Verifica-se, nesses ensaios, o aparecimento de empipocamento superficial e de deformação
do revestimento, indicativos da presença de excesso de material não hidratado.
c. Retenção de água. Ensaio também complexo, realizado com argamassa-padrão
submetida a ensaio de mesa cadente, o que dá idéia da proporção da fase coloidal.
No Brasil, a cal hidratada é um produto de desenvolvimento recente, não estando
ainda a matéria devidamente considerada no que diz respeito aos aspectos de sua quali-
ficação. Os construtores o utilizam em face da experiência prática resultante do seu uso.
2.3.6. Cal Dolomítica. A cal dolomítica, produzida a partir de ca1cários dolomíticos,
oferece considerável dificuldade, em vista da expansão que ordinariamente acompanha o
seu processo de endurecimento. Ocorre a expansão de hidratação durante a extinção da
cal viva, quando o óxido se transforma em hidróxido. A hidratação da cal cálcica é rápida,
mas o processo da cal dolomítica é muito lento, restando, sempre, uma proporção de
óxido de magnésio livre, o qual sofre hidratação posterior ao emprego da argamassa,
proporcionando, por sua expansão confinada, o aparecimento de fissuras que, conforme a
sua importância, resultam r.a destruição da estrutura do material.
22 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
2.3.7. Fabricação. A calcinação do calcário se processa em temperaturas acima de
850°C e abaixo de 1200°C. Em temperaturas inferiores, o cozimento é incompleto,
resultando um produto subcozido de rendimento inferior. Em temperaturas acima de
12OO°C, o óxido de cálcio começa a combinar-se com as impurezas, verificando-se uma
vitrificação i:lcipiente na superfície dos blocos de calcário, resultando também um
produto de qualidade inferior. A operação deve, portanto, ser conduzi da dentro de um
certo controle, para melhor qualificação do produto.
A calcinação do calcário pode ser realizada em instalações rudimentares ao ar livre,
com os naturais defeitos inerentes a semelhantes processos. As medas são constituídas por
camadas alternadas de calcário e carvão veget.al, dispostas horizontalmente, de modo a
formar um volume hemisférico, assente sobre uma fogueira de lenha e revestido exterior-
mente com uma camada impermeabilizante de argila furada no ponto mais alto para
tiragem (Fig. 2.6).
'0""0
Copo de o'Oilo
Colcó,ia
~._-----
Fig. 2.6. Forno de campanha para caL
Nos fornos de campanha amontoam-se os fragmentos de calcário no interior de um
poço cavado no terreno, fórmando o volume de uma fornalha na sua parte interior, onde
a lenha é empregada como combustível (Fig. 2.7).
Fig.2.7. Medas para fabricação de cal.
AGLOMERANTES / 23
Os fornos intermitentes (Fig. 2.8) são em tudo semelhantes aos fornos de campa-
nha, diferenciando-se apenas por serem estruturas permanentes de alvenaria. Apresentam
os mesmos inconvenientes, especialmente no que se refere ao trabalho intermitente, que
obriga a um consumo maior de combustível e a mão-de-obra maior que a necessária para a
caIcinação em fornos contínuos, mais aperfeiçoados. São fornos desse tipo que se utilizam
geralmente em nossa indústria de cal. Suas capacidades são variáveis, indo desde 6 até
mais de 50 toneladas.
Fig. 2.8. Fornos intermitentes para cal.
Os fornos contínuos empregados na calcinação do ca1cário são de tipo vertical e
horizontal, sendo que no primeiro ainda se estabelece uma diferença de acordo com os
tipos de combustíveis empregados, que podem ser de chama curta -- por exemplo, o
carvão-coque - ou de chama longa - como a lenha.
Nos fornos que utilizam combustível de chama curta, o calcário é misturado ao
combustível, geralmente carvão, resultando um produto de qualidade inferior, escurecido
pelas contaminações inevitáveis, contendo elevada proporção de cinzas que não se
separam do produto. Apesar disso, trata-se de processo mais econômico e o produto
obtido é aceitável para a maioria das aplicações.
A Fig. 2.9 apresenta o esquema de um forno contínuo vertical, que utiliza combus-
tível de chama curta - carvão. Consta de duas câmaras supérpostas, sendo o calcário
alimentado por abertura junto à chaminé superior e o combustível introduzido no estran-
gulamento entre as duas câmaras onde se processa a combustão. O resfriamento do
material se dá na câmara inferior, onde o ar necessário à combustão é aquecido, com
melhoria evidente para o rendimento térmico. O material calcinado é extraído pela parte
inferior da câmara de resfriamento.
Outros fornos contínuos verticais,utilizando combustível de chama curta, são em
tudo semelhantes aos fornos de fundição de ferro Cubilot, onde o combustível e o
caIcário são alimentados pela parte superior e a alimentação de ar é proporcionada através
de ventiladores que forçam a sua introdução pela parte inferior da câmara. O material
caIcinado é retirado intermitentemente pelo fundo do forno.
24 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
Carvão
111==1 1=/II~
//0:= 111=/I/='I/I"-=/II=' 1/1 =//l =/1/:=/1/=/1 1=/11<:
Fig. 2.9. Forno contínuo vertical, a carvão, para cal.
Nos fornos contínuos verticais que utilizam combustível de chama longa, dá-se a
ca1cinação por ação dos gases provenientes de uma fornalha lateral, sendo o calcário
também alimentado por cima e o produto calcinado retirado por baixo (Fig. 2.10).
1..17.. colcário
Cone de
resfriomento
Fig.2.10. Forno contínuo vertical,
a lenha, para cal.
AGLOMERANTES I 25
Os fornos rotativos, constituídos de um cilindro metálico internamente revestido de
material refratário, giram lentamente sobre um eixo ligeiramente inclinado, recebendo o
calcário pela sua boca superior e tendo o maçarico de aquecimento na sua boca inferior,
por onde também é retirado o material calcinado (Fig. 2.11).
Colcário
Fig.2.11. Forno contínuo horizontal para cal.
Esses fornos apresentam a desvantagem de exigir que a pedra calcária seja pre-
viamente reduzida a grãos de pequeno tamanho, oferecendo, conseqüentemente, um
produto pulverizado, de difícil colocação no mercado, e obrigando então ao prossegui-
mento do processo industrial na hidratação da cal viva, o que leva o produto final à
variedade hidratada.
Esse tipo de equipamento permite o controle de temperatura e alimentação, resul-
tando uma operação econômica e controlada. Quando o forno não contém uma câmara
resfriadora, a cal produzida se espalha para ser resfriada antes de ser conduzida ao armaze-
namento ou à expedição. O material supercozido ou subcozido é facilmente reconhecido
pelos operadores e separados nessa altura do processo.
2.4. GESSO
Gesso é o termo genérico de uma família de aglomerantes simples, constituídos
basicamente de sulfatos mais ou menos hidratados e anidros de cálcio; são obtidos pela
calcinação da gipsita natural, constituída de sulfato biidratado de cálcio geralmente
acompanhado de uma certa proporção de impurezas, como sllica, all!mina, óxido de ferro,
carbonatos de cálcio e magnésio. O total das impurezas varia desde uma proporção muito
pequena até um limite máximo de cerca de 6%.
A desidratação da gipsita por calcinação, dentro do limite das temperaturas e
pressões correntes na operação de cozimento, conduz à formação dos seguintes sulfatos:
- entre 100°C e 180°C, aproximadamente, são produzidas duas variedades de
semi-hidratos - 804 Ca e 1/2 H2 O - denominados alfa e beta;
26 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
- entre 100° C e 300° C, aproximadamente, são produzidas duas variedades de
sulfato-anidro solúvel - S04 Ca - derivados, respectivamente, dos dois semi-hidratos e
também denominados alfa e beta;
- em temperaturas superiores a 300°C é produzido o sulfato-anidro insolúvel.
Os semi-hidratos e os sulfatos-anidro solúveis, colocados em presença da água, em
temperatura ordinária, reconstituem rapidamente o sulfato biidratado original. Essa
combinação faz-se com a produção de uma fina malha cristalizada, interpenetrada,
responsável pela coesão do conjunto. Tal fenômeno, conhecido pelo nome de pega do
gesso, é acompanhado de elevação de temperatura, por ser a hidratação uma reação
exotérmica.
O sulfato-anidro insolúvel não é suscetível a reidrataçã'1 rápida, sendo praticamente
inerte, e, por esse motivo, participa do conjunto como material de enchimento, como a
areia na argamassa.
Segundo a natureza dos compostos desidratados, dos corpos inertes e mesmo da
textura do produto, e segundo a proporção de impurezas naturais, a condição de pega e,
conseqüentemente, o seu emprego tomam aspectos muito variados, conduzindo à quali-
ficação de diversos membros de uma família de aglomerantes, como já foi dito.
Nos países em que é muito utilizado, esse material é classificado de acordo com
critérios que se baseiam na proporção de sulfato semi-hidratado, na finura, na definição
de proporções retidas em determinadas peneiras e também nos tempos de início e fim de
pega.
Na Tab. 2.3 estão qualificados os produtos do mercado americano, e na 2.4, os
franceses.
Tabela 2.3. Valores para os Gessos Americanos
Gessos para Construções
Fibra de Madeira
PuroC/areia
1
> 66%> 66%> 66%CaSO. -2- "2O
Fibra de madeira
1%--
Areia
--1,9 Q kg
In ício de pega
1,5 h2h1,5 h
Fim de pega
16 h32 h8h
Resistência à
8,5 MPa
5,2 MPa2,8 MPacompressão
AGLOMERANTES I 27
Tabela 2.4. Valores para os Gessos Franceses
Gessos para Construções
Grosseiros
Finos
Refugo na peneira 30
5-20%<2%
Refugo na peneira 27
< 50%< 18%
Início de pega
2-15 min2-15 min
Fim de pega
10-40 min10-40 min
2h
0,1 MPa 0,15 MPa
Resistência
24 h0,2 MPa 0.25 MPa
à
compressão
7d
0,3 MPa 0,35 MPa
28 d
0,4 MPa Q,45 MPa
60-70% semi-hidratos
40-30% su1fato-anidro
Peneira 30 (AFNOR) - 0,80 mm
Peneira 27 (AFNOR) - 0,40 mm
Na França, onde existe grande quantidade de gesso, o material é sempre aplicado
puro, enquanto nos Estados Unidos é principalmente utilizado em mistura com areia, sob
a forma de argamassa. Nos gessos franceses, a proporção de sulfato-anidro insolúvel é
geralmente maior, tornando inconveniente a sua utilização em argamassa. No Brasil, o
gesso é um produto escasso, caro e, conseqüentemente, pouco empregado como aglome-
rante. Existem, no Nordeste, algumas jazidas situadas a uma distância que torna impos-
sível o seu uso em escala apreciável nos trabalhos de construção, o qual se restringe,
então, a aplicações de menor volume, especiafrnente em ornamentações. É, entretanto,
um material relativamente abundante em algumas regiões do mundo, nas quais o seu
preço é comparável ou mesmo inferior ao da cal, o que possibilita seu emprego como
material de revestimento de paredes e forros, para o que se presta admiravelmente,
resultando em superfícies lisas, de fino acabamento, muito superior ao alcançado com as
argamassas de cal.
Em nosso mercado é encontrado em sacos de 50 a 60 kg com os nomes de gesso,
estuque ou gesso-molde.
2.4.1. Propriedades. No estado em que se encontra no mercado, o gesso é um pó
branco, de elevada finura, cuja densidade aparente varia de 0,70 a 1,00, diminuindo com
o grau ria finura. Sua densidade absoluta é de cerca de 2,7.
28 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
a. Pega. Como já foi dito, o gesso misturado com a água começa a endurecer em
razão da formação de uma malha imbricada, de fmos cristais de sulfato hidratado. Depois
do início da pega, o gesso, tal como os outros materiais aglomerantes, continua a endu-
recer, ganhando resistência, num processo que pode durar semanas. A velocidade de
endurecimento das massas de gesso depende dos seguintes fatores:
temperatura e tempo de calcinação;
finura;
quantidade de água de amassamento;
presença de impurezas ou aditivos.
A calcinação realizada em temperaturas mais elevadas ou durante tempo mais longo
conduz à produção de material de pega mais lenta, porém de maior resistência. O gesso de
Paris, que é constituído de semi-hidrato puro, dá pega em poucos minutos; gessos obtidos
em segunda cozedura, constituídos principalmente de sulfato-anidro solúvel, podem ter
pega tão lenta quanto se desejar. Material supercozido, com predominância de sulfato-
anidro insolúvel, não dá pega, é sem valor aglutinante. Gessos de elevada fmura dão pega
mais rápida e atingem maiores resistências, em razão do aumento da sup~rfície específica,
disponível para a hidratação.
A quantidade de água de amassamento influencia negativamente o fenômeno da
pega e do endurecimento, quer por deficiência, quer por excesso. A quantidade ótima se
aproxima da quantidade teórica de água necessária à hidratação (18,6%).
O semi-hidrato puro, gesso de Paris, dá pega tão rapidamente, entre 2 e 5 minutos,
que é virtualmente inútilcomo material de construção, pois endurece antes que possa ser
trabalhado. A presença de impurezas, que naturalmente ocorre na gipsita original, diminui
muito a velocidade de endurecimento. Pode-se também reduzir o tempo de pega mediante
o emprego de aditivos apropriados, como retardadores, cola, serragem fina de madeira,
sangue e outros produtos de matadouro usados em proporção de 0,1 a 0,5%. Tais pro-
dutos retardam a hidratação por interferência mecânica, formando membranas protetoras
intergranulares. Contrariamente, outras substâncias, tais como o sal de cozinha ou mesmo
o gesso hidratado, ·são aceleradores de pega. A cal hidratada, em mistura com até cerca de
15%, melhora as qualidades plásticas da pasta.
b. Resistência mecânica. As pastas de gesso, depois de endu~ecidas, atingem
resistência à tração entre 0,7 e 3,5 MPa e à compressão entre 5 e 15 MPa. As-argamassas
com proporção exagerada de areia alcançam resistência à tração e compressão muito mais
reduzida.
c. Aderência. As pastas e argamassas de gesso aderem muito bem ao tijolo, pedra
e ferro, e aderem mal às superfícies de madeira. A aderência ferro-gesso, embora traduza
uma compatibilidade físico-química entre os dois materiais, tem, infelizmente, o defeito
de ser instável, permitindo a corrosão do metal. Não se pode fazer gesso armado como se
faz cimento armado. Todavia, a estabilidade é alcançada quando se faz a armadura com
ferro galvanizado.
d. Isolamento. As pastas endurecidas de gesso gozam de excelentes propriedades
de isolamento térmico, isolamento acústico e impermeabilidade ao ar. Sua conduti-
bilidade térmica é muito fraca (0,40 cal/h/cm2tC/cm), cerca de 113 do valor para o
AGLOMERANTES / 29
tijolo comum. O gesso é material que confere aos revestimentos com ele realizados consi-
derável resistência ao fogo. A água de cristalização é eliminada pelo calor, reduzindo o
material superficial à condição de pó, que não sendo removido, atua como um isolador
que protege a camada interior de gesso.
2.4.2. Fabricação. Pode-se realizar a calcinação da gipsita segundo processos primitivos
das medas e fornos de campanha descritos na fabricação de cal.
Entre os processos modernos, podem citar-se os fornos de marmita e os fornos
rotativos. No processo da marmita, a gipsita pulverizada é aquecida dentro de um grande.
recipiente com capacidade variável entre 10 e 20 toneladas. O material é agitado e
aquecido por fogo indireto. Entre 100 e 1100e, a umidade superficial é eliminada, ocor-
rendo a desidratação entre 120 e 1500e. A água de hidratação é eliminada sob a forma
de vapor, com uma agitação violenta que se assemelha à fervura. Esta continua até que a
desidratação de 1 e 1/2 molécula de água se complete, ocasião em que o material entra em
repouso. O gesso, neste estágio de produção, é denominado de primeira cozedura e se
constitui principalmente de semi-hidratos.
Se se der continuidade ao processo mediante a elevação das temperaturas até 190
ou 2200e, eliminar-se-á o restante da água de hidratação, observando-se nova fervura no
cozimento. O material assim produzido, de segunda cozedura, constituído quase que
exclusivamente de sulfato-anidro solúvel, será de pega mais rápida, como já foi men-
cionado. Observa-se que o gesso de primeira cozedura pode adquirir qualidades seme-
lhantes às do de segunda cozedura, por meio do processo de envelhecimento ao ar
atmosférico.
O processo mais moderno de produção de gesso emprega os fornos rotativos para
calcinação da gipsita. Em todos os seus aspectos, o processo se assemelha ao da produção
da cal em forno rotativo.
Uma variedade bem conhecida de gesso de acabamento é o chamado cimento
Keene. Esse gesso é produzido por calcinação dupla de gipsita muito pura. Após a pri-
meira calcinação em temperatura elevada, o sulfato-anirlro resultante é irnerso numa
solução de 10% de alúmen, depois é recalcinado e, finalmente, pulverizado num moinho
de bola.
2.4.3. Aplicações. Na construção civil, o gesso é usado especialmente em revestimentos
e decorações interiores. O material presta-se admiravelmente a esse tipo de serviço, quer
utilizado simplesmente como pasta obtida pelo amassamento do gesso com água, quer em
mistura com areia, sob a forma de argamassa. No Brasil, como já se disse anteriormente, a
carência desse material impede o seu emprego nos revestimentos usuais das construções,
onde se opera quase que exclusivamente com argamassas de cal e areia.
O revestimento de gesso em pasta ou em argamassa, tal como acontece com o
revestimento feito com argamassas de cal e areia, é feito quer em uma única camada, quer
em duas ou mesmo três. Pode-se proceder ao alisamento final da superfície do reves-
timento com a colher ou desempenadeira, ou com a raspagem fmal, quando o material já
adquiriu dureza suficiente. De qualquer forma, o acabamento é sempre mUlto bom,
podendo alcançar polimentos excepcionais.
30 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
o material não se presta, ordinariamente, para aplicações exteriores por se dete-
riorar em conseqüência da solubilização na água.
O gesso é largamente utilizado na fabricação de ornarilentos, painéis para paredes e
forros etc., sempre produtos de fino acabamento.
2.5. AGLOMERANTES ESPECIAIS
2.5.1. Ci mento SareI. Os cimentos de oxicloretos, comum ente conhecidos pelo nome
de Cimento Sorel, são preparados por mistura de magnésia calcinada com cloreto de zinco
e óxido de zinco com cloreto de magnésia. A magnésia calcinada, finamente pulverizada, é
misturada com o agregado a ser cimentado, grão de quartzo, mármore, areia ou mesmo
abrasivos. Feita a mistura a seco, na proporção conveniente, o cloreto de magnésio, em
solução de 22° Baume de concentração, é adicionado em quantidades necessárias para
obter-se uma argamassa trabalhável.
Esse cimento dá pega em tempo inferior a 24 horas, dependendo das proporções
dos elementos constituintes, e endurece completamente antes de quatro meses. O material
resultante é especialmente duro e resiste muito bem à abrasão. Sofre, entretanto, a ação
da água, deteriorando-se quando repetidamente molhado.
2.5.2. Cimentos Resistentes à Ação de Ácidos. De modo geral, os aglomerantes usuais
utilizados em construção têm comportamento satisfatório em meio alcalino, não resis-
tindo, porém, ao ataque de meios ácidos. Conseqüentemente, o interesse despertado pelo
conhecimento de aglomerantes resistentes à ação dos ácidos é sempre grande quando o
construtor enfrenta o problema de executar estruturas ou revestimentos sujeitos à ação do
meio com pH baixo.
De um modo geral, os aglomerantes resistentes à ação dos ácidos são produtos
orgânicos, usualmente resinas e plásticos, e entre eles se podem apontar as resinas furan,
as resinas fenólicas, resinas epóxi etc.
a. Furan. As resinas furan derivam do composto orgânico C4H40, e são pro-
dutos de excepcionais qualidades de resistência a uma larga variedade de agentes corro-
sivos. Não resistem, porém, ao ataque de ácido nítrico, ácido sulfúrico concentrado, ácido
crômico e cloro. São conhecidas em dois componentes, um pó e um líquido, que se
misturam no local do emprego. As proporções de mistura são indicadas pelos fabricantes,
mas normalmente são duas partes de pó para uma de líquido. Um produto típico dessa
classe dá pega em uma hora, aproximadamente, e endurece completamente após seis dias.
É aplicado em mistura com material inerte, sob a forma de argamassa, utilizando-se
geralmente carvão pulverizado.
b. Cimentos fenólicos. São semelhantes aos cimentos de resina furan. Seu
comportamento não é satisfatório em meio alcalino.
AGLOMERANTES I 31
c. Resinas epoxI. Também derivam do fenol. Suas propriedades físicas e
químicas se assemelham às dos cimentos fenólicos e resinas furan. Têm excepcionais
propriedades de adesão~ sendo também utilizados para reparações de concreto danificado,
por permitirem perfeita ligação entre concreto novo e concreto velho.
d. Enxofre. O enxofre fundido é utilizado satisfatoriamente como aglomerante
resistente a ácidos. Não é usado em mistura com materiais inertes.A Tab. 2.5 apresenta
alguns valores que caracterizam esses cimentos especiais.
Tabela 2.5. Cimentos Especiais - Caracteristicas
FuranFenólicoEnxofreEpóxi
c/Carvão
c/Carvãoc/Sílicac/Carvão
Resistência à tração
8,5
94,511
(MPa)
Resistência à compressão
100
1042110
(MPa)
Densidade
1,41,42,21,4
Coeficiente de dilatação
11
111411
(oc- 1 X 10 - 6 )
Adesão ao tijolo
3,52,82,8
3,5
(MPa)
Máxima Temperatura em serviço
190
1909595
(oC)
2.5.3. Cal Pozolânica. Os romanos descobriram que, misturando uma cinza vulcânica
encontrada nas proximidades do Vesúvio com cal hidratada, obtinham um aglomerante
que endurecia sob a água. Esse material, atualmente conhecido por cal pozolânica, onde a
cal hidratada entra em proporção variável de 25 a 45%, é um aglomerante em desuso,
apenas citado na documentação técnica. Seu valor histórico é grande, existindo ainda hoje
restos de ruínas de construções realizadas com ele, como, por exemplo, o cais de Calígula.
2.5.4. Cal Metalúrgica. Trata-se de um produto semelhante ao anterior, onde a
pozolana é substituída pela escória de alto forno finamente pulverizada. Sua fabricação
envolve a operação de britagem, moeduras, peneiramento da escória metalúrgica e subse-
qüente mistura à cal hidráulica em proporções variáveis de quatro a dois para um em peso.
Esse material é normalizado na França e constitui matéria-prima para elaboração do
chamado cimento de alvenaria. Tanto esse produto como o anterior inesistem em nosso
país.
32 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
2.5.5. Cal Hidrãulica. O nome cal hidráulica é aplicado a uma família de aglomerantes
de composição variada, obtidos pela calcinação de rochas calcárias que, natural ou artifi-
cialmente, contenham uma porção apreciável de materiais argilosos. O produto goza da
propriedade de endurecer sob a água, embora, pela quantidade de hidróxido de cálcio que
contém, sofra também a ação de endurecimento pela carbonatação proveniente da fixação
de CO2 do ar.
A cal hidráulica é fabricada por processos semelhantes ao da fabricação da cal
comum. Utilizam-se, de preferência, fornos contínuos, sendo o produto calcinado
subseqüentemente extinto. A extinção, neste caso, tem um duplo objetivo: hidratar o
óxido de cálcio presente, transformando-o em hidróxido, para evitar posteriores
expansões nocivas ao comportamento do material, e, ao mesmo tempo, aproveitar o
efeito mecânico dessa expansão para obter uma pulverização natural do produto. A
operação de extinção da cal hidráulica é bastante delicada, onde a proporção de água
utilizada nunca deve ultrapassar os limites convenientes, para evitar a eventual hidratação
dos silicatos produzidos. Após a extinção da cal hidráulica, o produto é peneirado e se
encontra em condições de expedição e emprego.
Apesar de seu nome, a cal hidráulica não é um produto apropriado para construções
sob a água. Sua pega é muito lenta, o que a torna. mais adequada a emprego de menor
responsabilidade, principalmente em misturas denominadas cimentos de alvenaria.
Nessa família de aglomerantes, define-se um fator que qualifica o seu compor-
tamento, do ponto de vista do processo de endurecimento: o índice de hidraulicidade, a
relação entre as proporções dos constituintes argilosos e dos constituintes alcalinos.
Na rabo 2.6 estão relacionados os valores correspondentes a diferentes tipos de
cal hidráulica. Aí se verifica a evolução do índice de hidraulicidade em relação ao pro-
cesso de endurecimento.
Tabela 2.6. Meio de Endurecimento e lndice de Hidraulicidade de Cal
Nome
Meio de
Si02+A~03+Fe203Tempo de
Endurecimento
CaOEndurecimento
Cal aérea (gorda e magra)
Ar< 0,1> 30 d
Cal fracamente hidráulica
Ar e água0,1 - 0,1515 - 30 d
Cal medianamente hidráulica
Ar e água0,15 - 0,3010 - 15 d
Cal hidráulica
Água0,30 - 0,405 - 10 d
Cal eminentemente hidráulica
Água0,40 - 0,502-4d
Cimento natural de pega lenta
Água0,50 - 0,656 - 24 h
Cimento natural de pega rápida
Água0,6- 1,20 6h
Classificação geral Na rabo 2.7 estão classificados os algomerantes já apresentados.
Tabela 2.7. Aglomerados em Geral
AGLOMERANTES / 33
Compostos
ProcesSf) AçãoAçãoAção
Tipo
Produtos de Endureci-ElasticidadedadedeUro
Principais
Secundáriosmento ÁguaÂcidosÃlcalis
Cimento
Hidrocarbo--ResfriamentoPlástico --Concretos
asfáltico
netos peso asfálticos
ª
AsfaltosHidrocarbo-Óleos leves.EvaporaçãoPlástico---Impermea-
li<
líquidos
netos pesoGasolinado solvente bilização
:!li
'" EmulsõesHidrocarbo-ÁguaEvaporaçãoPlástico
---lmpermea-
@ asfálticas
netos peso do solvente bilizaçãot •...
Enxofres
S-ResfriarnentoRígido--Ataca Cimentos
resisto aácidos
Gorda
Cao -Ação do Dissolve Revestimen-
:5
MgO C01 do arRígidolentamenteAtacaAtacatos. Alvena-
c
rias
~ o Magr.
C.O ImpurezasAção do Resiste à Revesti-
a
-
MgO
CO2 do arRígidoação dasAtaca mentos.
chuvas
Alvenarias.
Gesso
CaS04
-HidrataçãoRígidoDissolve len--Ataca Revestimen-
tamente, in-
tos
clusive na
ª
chuva
::!
Keene
caSo, -HidrataçãoRígidoDissolve len--Ataca Revestimen-
tamente, in-
tos
clusive na chuva
Saree
MgOMgCl,Ação quí-RígidoDissolve len-
-Pisos
mica
tamente, in--
clusive nao
chuva
> ~ Cal pozo-C.(OH),
PozolanaAção quí-Rígido Ataca~ ---o: lânica mica
Cal meta-
C.(OH),Escória me-Ação quí-Rígido -Ataca Alvenarias
.ª
lúrgica talúrgicamica
-
:§
Cal hidráu-
C.OArgilasHidrataçãoRígido-Ataca Alvenarias.a
:a
tica -
Cimentos
C.OArgilasHidrataçãoRígido-Ataca Estruturas.
Portland
-Revestimen-
tos
Fwan
Fwan -Ação quí-Plástica-Ataca -Revestimen·
mica
tos
S
Fenólico Fenol
-Ação quí-Plástica-Ataca -Revestimen-
:§
mica tos
o
QI
Epóxi
Poliésteres-Ação quí-Plástica-Ataca -Revestimen-
fenólicos
mica tos, repara-
ções de cencr.
,
34 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
2.6. EXERcíCIOS
1. Faça a diferenciação entre asfaltos quentes, dissolvidos e emulsões.
2. Explicar o significado dos prefixos RC, MC, SC e dos sufixos de O a 5, para asfaltos líqui-
dos.
3. Descrever o processo de obtenção da cal.
4. O que é a cal viva?
5. Como é processada a extinção da cal viva em obra, e quais os cuidados que devem ser ob-
servados?
6. Quais as principais propriedades da cal hidratada?
7. Citar e explicar sucintamente quais os ensaios de verificação da qualidade de uma cal hidra-
tada.
8. Quais as principais propriedades do gesso?
9. Quais as características que conferem ao gesso sua excelente propriedade de proteção con-
tra o fogo?
10. Cite as principais utilizações do gesso na con~trução civil.
11. O que é a cal hidráulica?
REFER~NCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. THE ASPHALT INSTlTUTE. Manual ofthe Asphalt Institute.
2. MANTEL. Engineering materiais handbook. New York, McGraw-Hill, s.d.
3. MlLLS, J. - Materiais of construction. New York, John Wiley, 1955.
4. DOBER, Wan. Cales. cementos y hormigones. Barcelona, Sintes, s.d.
5. PAULA, João Fulgêncio de. -Aglomerantes r(gidos. Belo Horizonte, Escola de Engenharia, 1961.
6. SEGURADO, J. - Materiais de construção. Lisboa, Bertrand, s.d.
7. KOMAR, A. - Matériaux et elements de construction. Moscou, Mir, 1973.
CAPiTULO 3
3.1. DEFINiÇÃO
CIMENTO
PORTLAND
Eng~ HÉLIO MARTINS DE OLIVEIRA
Ex-Prof. de Materiais de Construção da
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
Cimento Portland é o produto obtido pela pulverização de clinker constituído
essencialmente de silicatos hidráulicos de cálcio, com uma certa proporção de sulfato
de cálcio natural, contendo, eventualmente, adições de certas substâncias que modificam
suas propriedades ou facilitam seu emprego.
O dinker é um produto de natureza granulosa, resultante da calcinação de uma
mistura daqueles materiais, conduzida até a temperatura de sua fusão incipiente.
3.2. CONSTITUINTES
Os constituintes fundamentais do 9imento Portland são a cal (CaO), a s11ica(Si02),a alumina (Ah 03), o óxido de ferro (Fé2 03), certa proporção de magnésia (MgO) e uma
pequena porcentagem de anidrido sulfúrico (S03)' que é adicionado após a calcinação
para retardar o tempo de pega do produto. Tem ainda, como constituintes menores,
impurezas, óxido de sódio(Na2 O), óxido de potássio (K2 O), óxido de titânio (Ti02) e
outras substâncias de menor importância. Os óxidos de potássio e sódio constituem os
denominados álcalis do cimento.
Cal, sI1ica, alumina e óxido de ferro são os componentes essenciais do cimento
Portland e constituem, geralmente, 95 a 96% do total na análise de óxidos. A magnésia,
que parece permanecer livre durante todo o processo de calcinação, está usualmente
presente na proporção de 2 a 3%, limitada, pelas especificações, a um máximo permissível
de 5%. No Brasil, esse limite é um pouco superior (6,4%). Os óxidos menores comparecem
em proporção inferior a 1%, excepcionalmente 2%.
A mistura de matérias-primas que contenha, em proporções convenientes, os cons-
tituintes anteriormente relacionados, finamente pulverizada e homogeneizada, é subme-
tida à ação do calor no forno produtor de cimento, até a temperatura de fusão incipiente,
que resulta na obtenção do clinker. Nesse processo ocorrem combinações químicas, prin-
cipalmente no estado sólido, que conduzem à formação dos seguintes compostos:
silicato tricálcico (3CaO • Si02 = C3S);
silicato bicálcico (2CaO • Si02 = C2S);
aluminato tricálcico (3CaO . Ah 03 = C3A);
ferro aluminato tetracálcico (4CaO . A1203 . Fe203
36 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
A análise química dos cimentos Portland resulta na determinação das proporções
dos óxidos inicialmente mencionados. As propriedades do cimento são, entretanto, rela-
cionadas diretamente com as proporções dos silicatos e aluminatos. As proporções destes
últimos podem ser determinadas a partir do resultado da análise em óxidos. Denomina-se
essa operação a determinação da composição potencial do cimento. Normalmente, usa-se
para cálculo o chamado método de Bogue.
Nesse método, o cálculo parte da proporção total de cal, deduzindo-se, a princípio,
as parcelas necessárias à formação do sulfato de cálcio e a cal livre, eventualmente encon-
trada. Determinam-se a seguir as proporções de cal necessária para a formação do ferro
aluminato de cálcio, de aluminato tricálcico e de silicato bicálcico. O saldo na proporção
original de óxido. de cálcio é a seguir associado à proporção de silicato bicálcico já
calculada, resultando na determinação da proporção atual de silicato tricálcico. A sobra
de silicato bicálcico constitui o teor desse composto no cimento.
O cálculo pode ser feito dessa maneira, ou então resolvendo-se o sistema de equa-
ções que engloba a seqüência:
1. %C3S = 4,07 X %CaO - 7,60 X %Si02 - 6,72 X %A1203 -1,43 X %Fe203 -
- 2,85 X %S03 ;
2. %C2S.= 4,07% X %CaO - 7,60 X %Si02 - 6,72 X %Ah 03 - 1,43 X %Fe203 -
- 2,85 X %S03 ;
3. - C3A = 2,65 X %A1203 - 1,69 X %Fe203;
4. - o/oC4AF = 3,04 X %Fe203'
Na Fig. 3.1 encontra-se um nomograma apropriado para o cálculo da composição
potencial do cimento Portland pelo método de Bogue.
Esse método não conduz a resultados estritamente corretos para a composição
potencial do cimento Portland, que varia em função das condições de operação do forno e
do subseqüente resfriamento do clinker. O encontro das correções apropriadas é objeto de
trabalho de diversos investigadores, sendo, entretanto, aceita a aplicação pura e simples do
método de Bogue como um instrumento de controle da mistura de matérias-primas no
processo de fabricação do cimento.
A importância do conhecimento das proporções dos compostos constituintes do
cimento reside na correlação existente entre estes e as propriedades finais do cimento e
também do concreto.
O silicato tricálcico (C3 S) é o maior responsável pela resistência em todas as idades,
especialmente até o fim do primeiro mês de cura. O silicato bicálcico (C2S) adquire maior
importância no processo de endurecimento em idades mais avançadas, sendo largamente
responsável pelo ganho de resistência a um ano ou mais.
O aluminato tricálcico (C3A) também contribui para a resistência, especialmente no
primeiro dia. O ferro aluminato de cálcio (C4AFe) em nada contribui para a resistência.
Exemplo:
1. S03 = 1,5%
CaO = 1,0%
CaS04 = 2,5%
2. Fe203 = 4,9%
Al203 = 4,3%
CaO (livre) = 1,0%
CaO = 8,8%
C4AF = 15,0%
C3A = 3,0%
CaO (livre) = 1,0%
3. CaO = 61,8%
Si02 = 24,0%
CaO anterior = 10,8%
Diferença: 61,8 - 10,8 = 51,0%
C2S = 50,0%
C3S = 25,0%
CIMENTO PORTLAND I 37
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Fig. 3.1. Nomograma para o método de Bogue.
I) 50. : 1,5°/0
CoO : ',0°/0
CoS04: 2,5 °/0
2) FitO, : 4,9 %
AIrI~ : 4,3%
CoO(li••• ) • 1,0°/0
Coo : 8,8 °/0
r..AF : 15,0%
~ :3,0°/0
CoO(li ••• ): 1,0°/0
3) Coo : 61,8 "/0
5iOe : 24,0%
CoO anterior: 10,8°/0
Diferlnço: 61,8 - 10,8: 51,0 °/0
CzS: 50,0°/0
«;5: 25,0%
38 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
o aluminato de cálcio (C3A) .muitO contribui para o calor de hidratação, especial-
mente no início do período de cura. O silicato tricálcico é o segundo componente em
importância no processo de liberação de calor. Os dois outros componentes contribuem
pouco para a liberação de calor.
O aluminato de cálcio, quando presente em forma cristalina, é o responsável pela
rapidez de pega. Com a adição de proporção conveniente de gesso, o tempo de hidratação
é controlado. O silicato tricálcico (C3S) é o segundo componente com responsabilidade
pelo tempo de pega do cimento. Os outros constituintes se hidratam lentamente, não
tendo efeito sobre o tempo de pega.
3.3. PROPRIEDADES FISICAS
As propriedades físicas do cimento Portlandsão consideradas sob três aspectos
distintos: propriedades do produto em sua condição natural, em pó, da mistura de cimen-
to e água e proporções convenientes de pasta e, finalmente, da mistura da pasta com
agregado padronizado - as argamassas.
As propriedades da pasta e argamassa são relacionadas com o comportamento desse
produto quando utilizado, ou seja, as suas propriedades potenciais para a elaboração de
concretos e argamassas. Tais propriedades se enquadram em processos artificialmente
definidos nos métodos e especificações padronizados, oferecendo sua utilidade quer para
o controle de aceitação do produto, quer para a avaliação de suas qualidades para os fins
de utilização dos mesmos.
3.3.1. Densidade. A densidade absoluta do cimento Portland é usualmente considerada
como 3,15, embora, na verdade, possa variar para valores ligeiramente inferiores. A utili-
dade do conhecimento desse valor se encontra nos cálculos de consumo do produto nas
misturas geralmente feitas com base nos volumes específicos dos constituintes. Nas com-
pactações usuais de armazenamento e manuseio do produto, a densidade aparente do
mesmo é da ordem de 1,5.
Na pasta do cimento, a densidade é um valor variável com o tempo, aumentando à
medida que progride o processo de hidratação. Tal fenômeno; de natureza extremamente
complexa, é conhecido pelo nome de refração. Esta ocorre nas pastas, argamassas e
concretos. Pode atingir, em 24 horas, cerca de 7 mm por metro na pasta pura, 4,5 mm
por metro na argamassa-padrão e 2 mm por metro em concretos dosados a
350 kgJcimento/m3 . Dada a exçepcional importância que o fenômeno da retração tem na
tecnologia de concreto, ele será tratado pormenorizadamente no estudo das propriedades
do concreto endurecido.
3.3.2. Finura. A finura do cimento é uma noção relacionada com o tamanho dos grãos
do produto. É usualmente definida de duas maneiras distintas: pelo tamanho máximo do
grão, quando as especificações estabelecem uma proporção em peso do material retido na
CIMENTO PORTLAND / 39
operação de peneiramento em malha de abertura definida, e, alternativamente, pelo valor
da superfície específica (soma das superfícies dos grãos contidos em um grama de cimen-
to).
A finura, mais precisamente a superfície específica do produto, é o fator que
governaa velocidade da reação de hidratação do mesmo e tem também sua influência
comprovada em muitas qualidades de pasta, das argamassas e dos concretos.
O aumento da finura melhora a resistência, particularmente a resistência da primeira
idade, diminui a exsudação e outros tipos de segregação, aumenta a impermeabilidade, a
trabalhabilidade c a coesão dos concretos e diminui a expansão em autoclave.
Exsudação é o fenômeno que consiste na separação espontânea da água de mistura,
que naturalmente afiara pelo efeito conjunto da diferença de densidades entre o cimento
e a água e o grau de permeabilidade que prevalece na pasta. É um tipo de segregação,
fenômeno mais geral, entendido como sepáração dos diversos constituintes das argamassas
e dos concretos por via de ação de diferentes causas, conduzindo, finalmente, a uma
heterogeneidade indesejável. A coesão nos concretos e argamassas frescas é responsável
pela estabilidade mecânica dos mesmos, antes do início da pega, e é medida pelo valor de
resistência do ci~alhamento.
Trabalhabilidade é uma noção subjetiva, aproximadamente definida como o estado
que oferece maior ou menor facilidade nas operações de manuseio com as argamassas e
concretos frescos. São todos atributos importantes das misturas frescas, tratadas minucio-
samente no capítulo correspondente às propriedades da mistura fresca.
A finura do cimento é determinada naturalmef1.te durante o processo de fabricação
para controle do mesmo, como também nos ensaios de recepção do produto, quando deve
estar dentro dos limites determinados nas especificações correspondentes. As especifi-
cações brasileiras NBR 5732 (EB-I) e NBR 5733 (EB-2) prescrevem limite de retenção na
peneira nÇl200 de malha de 75 micra de abertura. Para o cimento Portland comum, o re-
síduo deixado nessa peneira não deve exceder 15% em peso. Para os cimentos Portland de
alta resistência inicial, tal índice deve baixar a 6%. A especificação admite, nesse caso, a
determinação das superfícies específicas pelo turbidímetro de Wagner, não devendo, en-
tão, ser superior a 1900 cm2/g o valor obtido para essa superfície.
As peneiras normalizadas empregadas na determinação da mistura de materiais pu 1-
verulentos têm características geométricas diferentes de um país para outro. No Brasil,
são geralmente utilizadas as peneiras americanas padronizadas pela ASTM. Na rabo 3.1
estão registrados alguns valores ilustrativos da série fina de peneiras padronizadas ameri-
canas. Na rabo 3.2 estão também registrados alguns valores da série fina de peneiras
padronizadas francesas.
Verificou-se ser impraticável a operação de separação de grãos de tamanhos infe-
riores a 60 micra. Desenvolveram-se, entretanto, processos indiretos de análises granulo-
métricas que se baseiam na medida de tempo de sedimentação de suspensões, na medida
da permeabilidade à passagem de determinados fluidos através dos vazios intergranulares
de amostras de cimento etc.
No processo de turbidímetro de Wagner é medido o tempo de precipitação dos
grãos de diferentes diâmetros em suspensão no querosene. No processo de permeâmetro
de Blaine, mede-se o tempo de percolação de determinado volume de ar através dos vazios
intergranulares de uma amostra de cimento de características definidas.
40 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
Tabela 3.1. Séde Fina de Peneiras Americanas Tabela 3.2. Série Fina de Peneiras Francesas
Módu[o AberturaMódu[oIAbertura
18
1 mm31lmm
70
2.1O I' 24200 I'
100
149 I' 23160 I'
120
1251' 22125 I'
140
105 I' 21100 I'
200
74 I' 2080 I'
:230
62 I' 1963 I'
325
44 I' 1850 I'
400
37 I' 1740 I'
Na Fig. 3.2 está esquematizado o turbidímetro de Wagner. Nesse aparelho, uma
fonte luminosa S, de intensidade constante, colocada no foco de um refletor parabólico
R, emite um feixe de luz paralelo que atravessa uma cubaD, contendo a suspensão a estudar,
emergindo diretamente sobre a placa sensível de uma célula fotelétrica P, ligada a um
microamperômetro M. A cuba de água D é destinada a absorver os raios térmicos, e o
anteparo E proporciona a formação de um feixe de abertura determinada. A turbidância
da suspensão é definida pelo logaritmo da relação da intensidade da luz transmitida pelo
meio líquido para a intensidade da luz transmitida pela suspensão. Esta última é sempre
menor, em virtude da difusão proporcionada pelas múltiplas reflexões nas superfícies
granulares. A turbidância da suspensão é relacionada pela superfície específica dos grãos
presentes no trajeto do raio luminoso. Fazendo-se a medida da turbidância em diferentes
tempos, no processo de decantação da suspensão, chega-se à determinação da superfície
específica desejada.
G
pI
M
-- -- --
R
~~
Fig. 3.2. Esquema do turbidímetro de Wagner.
CIMENTO PORTLAND / 41
No ensaio com o turbidímetro de Wagner, a amostra do cimento é peneirada na
peneira de 325 malhas (44 micra) de abertura e depois submetida ao processo de decan-
tação no querosene. A superfície específica é determinada com apreciável rapidez nesse
processo, demorando cerca de 40 minutos um ensaio. Tal praticabilidade do ensaio con-
duziu a uma aceitação generalizada do mesmo, apesar de suas inerentes deficiências.
A correlação entre os valores da superfície específica, determinada por esse pro-
cesso, e a resistência à compressão é precária. Apesar de tudo, o método se presta bem
para as operações rotineiras de controle de fabricação.
Na Fig. 3.3 está esquematizado o aparellio de Blaine.
~1
gJ
".:::: li)...
Fig. 3.3. Permeâmetro de
Blaine.
Esse aparellio é composto de uma célula cilíndrica, de metal inoxidável, no fundo
da qual repousa um pequeno disco perfurado, que suporta um pequeno disco de papel-
flltro. O cimento é introduzido nessa pequena cuba e comprimido por um pistão apropria-
do. Essa célula é fixada sobre um tubo em U, de cerca de um centímetro de diâmetro,
dotado de quatro marcas, A, B, C e D. Na parte superior do traço marcado, existe uma
derivação dotada de registro e ligada a um aspirador manual de borracha, tipo seringa. Ó
tubo é enchido até a marca D com um líquido de densidade conhecida, geralmente um
álcool. Co1ccada a amostra, o ar existente é aspirado pela seringa até que o líquido suba
até a marca A. O registro é fechado e inicia-se a observação da queda da coluna, que
corresponde a uma percolação de ar através de amostra contida na cuba superior. Mede-se
o tempo correspondente à descida da coluna de D até P. A superfície específica da
amostra é, então, determinada pela aplicação da fórmula de Keyes.
A superfície específica determinada por esses processos ou outros mais que existem
conduz a valores de significado relativo, do ponto de vista de previsão para o comporta-
mento do cimento examinado, isso porque, em tais processos, a distribuição do tamanho
dos grãos não é perfeitamente considerada. Cimentos de procedências diferentes, com os
mesmos valores de superfície específica, podem mostrar comportamento diverso, tanto
quanto à resistência como quanto à exsudação. De qualquer forma, porém, cumpre salien-
tar o inesti:nável valor desses ensaios no controle de fabricação, quando os parâmetros
perturbadores permanecem os mesmos. É preciso destacar também que os diferentes
processos de determinação da superfície específica resultam em números diferentes para o
mesmo tipo de material ensaiado. Os valores determinados no processo de Blaine são
usualmente 50% mais elevados que os determinados no processo de Wagner. Por exemplo.
42 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
um cimento apresentou 2500 cmz jg no turbidímetro de Wagner e 3900 cmz jg no per-
meâmetro de Blaine.
3.3.3. Tempo de Pega. O fenômeno da pega do cimento compreende a evolução das
propriedades mecânicas da pasta no início do processo de endurecimento, propriedades
essencialmente físicas, conseqüente, entretanto, a um processo químico de hidratação. É
um fenômeno artificialmente definido como o momento em que a pasta adquire certa
consistência que a torna imprópria a um trabalho. Tal conceituação se estende, evidente-
mente, tanto à argamassa quanto aosconcretos nos quais a pasta de cimento está presente
e com missão aglutinadora dos agregados.
No processo de hidratação, os grãos de cimento qu~ inicialmente se encontram em
suspensão vão-se aglutinando paulatinamente uns aos outros, por efeito de floculação,
conduzindo à construção de um esqueleto sólido, finalmente responsável pela estabilidade
d3 estrutura geral. O prosseguimento da hidratação em subseqüentes idades conduz ao
elldurecimento responsável pela aquisição permanente de qualidades mecânicas, caracte-
rísticas do produto acabado. A pega e o endurecimento são dois aspectos do mesmo
processo de hidratação do cimento, vistos em períodos diferentes - a pega na primeira
fase do processo e o endurecimento na segunda e última fase do mesmo. A partir de um
certo tempo após a mistura, quando o processo de pega alcança determinado estágio, a
pasta não é mais trabalhável, não admite operação de remistura. Tal período de tempo
constitui o prazo disponível para as Qperações de manuseio das argamassas e concretos,
após o qual esses materiais devem permanecer em repouso, em sua posição definitiva, para
permitir o desenvolvimento do endurecimento.
A caracterização da pega dos cimentos é feita pela determinação de dois tempos
distintos - o tempo de início e o tempo de fim de pega. Os ensaios são feitos com pasta
de consistência normal, noção detalhada mais adiante, e, geralmente, com o aparelho de
Vicat. Nesse aparelho mede-se, em última análise, a resistência à penetração de uma agulha
na pasta de cimento.
Têm sido tentados outros procedimentos para a medida de outras características
físicas da mistura que conduzissem a uma melhor caracterização de fenômenos da pega. A
medida da evolução do valor do atrito interno da pasta de cimento mostra claramente
pontos de estreita correlação com os ensaios de penetração de agulha, confirmando, pelo
crescimento rápido desse valor no intervalo entre o tempo de início e o :ie fim de pega, a
ocorrência de uma aglomeração de marcantes características mecânicas no interior da
massa durante essa fase do processo de hidratação.
Medições feitas sobre os valores de velocidade de propagação do som durante o
início de hidratação das pastas têm mostrado pontos característicos coincidentes com os
tempos de início e fim de pega definidos por penetração de agulha. O mesmo ocorre no
exame dos valores de resistência elétrica a correntes de alta freqüência, onde as curvas
também mostram pontos característicos coincidentes com os tempos de início e fim de
pega. Não há dúvida de que, embora artificialmente definido o fenômeno, ele curresponde
a uma realidade física caracterizada por pontos importantes no desenvolvimento do pro-
cesso de endurecimento de aglomerante nos seus primeiros tempos de vida. Na Fig. 3.4 é
representada a evolução dos valores das velocidades de propagação do som e da resisti-
vidade elétrica.
CIMENTO PORTLAND / 43
Velocidade do som7
JI
Resistência
elétrica
10000 hertz
Fim da pega
Fig. 3.4. Veiocidade do som, temperatura, resistência elétrica e pega.
3.3.4. Pasta de Cimento. A ocorrência da pega do cimento deve ser regulada tendo-se
em vista os tipos de aplicação do material, devendo-se processar ordinariamente em perío-
dos superiores a uma hora após o início da mistura. Nesse prazo são desenvolvidas as
operações de manuseio do material, mistura, transporte, lançamento e adensamento. Há
casos, entretanto, em que o tempo de pega deve ser diminuído ou aumentado.
Nas aplicações em que se deseja uma pega rápida, como, por exemplo, nas obtura-
ções de vazamentos, são empregados aditivos ao cimento, conhecidos com o nome de
aceleradores de pega. Tais aditivos serão tratados mais adiante, cabendo, no momento, a
citação de dois exemplos de aceleradores, o cloreto de cálcio e o silicato de sódio.
Contrariamente, em outros processos tecnológicos, ressalta-se a conveniência de um
tempo de pega mais longo, como, por exemplo, nas operações de injeção de pastas e
argamassas e nos lançamentos de concretos sob água, quando então se empregam aditivos
denominados retarrladores. Entre estes, citam-se os açúcares ordinários, a celulose e ou-
tros produtos orgânicos. Alguns cimentos oferecem raramente o fenômeno da falsa pega,
que tem as características da pega ordinária, ocorrendo em período mais curto e não
correspondendo, entretanto, à evolução já descrita para o fenômeno. Trata-se de uma
anomalia, geralmente atribuída ao comportamento do gesso adicionado ao cimento, no
processo de manufatura, e que pode ser corrigida por destruição do incipiente esqueleto
sólido e formação mediante ação enérgica de mistura ou remistura.
O tempo de pega do cimento é determinado, como já foi dito, por ensaio do I
aparelho de Vicat. A pasta é misturada em proporção que conduz a uma consistência
denominada normal. Essa consistência normal é verificada no mesmo aparelho de Vicat,
utilizando-se a chamada sonda de Tetmajer, um corpo cilíndrico, metálico, liso, de 10 mm
de diâmetro e terminado em seção reta. A sonda é posta a penet~ar verticalmente em
pasta fresca por ação de um peso total (incluindo a sonda) de 300 g. Na Fig. 3.5 está
representado o aparelho de Vicat.
44 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
Fig. 3.5. Esquema do
aparelho de Vicat.
No ensaio de consistência da pasta, a sonda penetra e estaciona a uma certa distân-
cia do fundo do aparelho. Essa distância, medida em milímetros, é denominada índice de
consistência. A pasta, preparada para ensaios de tempo de pega, deve ter uma consistência
normal de 6 mm, isto é, a sonda de Tetmajer deve estacionar à distância de 6 mm do
fundo da amostra.
Essa amostra de consistência normal é ensaiada nesse mesmo aparelho à penetração
de uma agulha corpo cilíndrico circular, com 1 mm 2 de área de seção e terminando em
seção reta. A amostra é ensaiada periodicamente à penetração pela agulha de Vicat,
determinando-se o tempo de início da pega quando esta deixa de penetrar até o fundo da
pasta, ou melhor, ao ficar distanciada do fundo 1 nun. Os ensaios são prosseguidos até a
determinação do tempo de fim de pega, quando a agulha não penetra nada mais na
amostra, deixando apenas uma imperceptível marca superficial.
Na obra procede-se - quando necessário, por exemplo, para eliminar a suspensão de
um cimento geralmente em processo muito lento de pega - a um ensaio grosseiro, que
consiste na moldagem de uma série de pequenas bolas com pastas de consistência seme-
lhante à normal de laboratório. Submetendo-as a posteriores esmagamentos com os dedos,
quando o esmagamento deixa de ser plástico, tem-se, grosseiramente, o início da pega;
quando as bolas se esfarinham por ação de esforço muito maior, tem-se o fim da pega.
3.3.5. Resistência. A resistência mecânica dos cimentos é determinada pela ruptura à
compressão de corpos-de-prova realizados com argamassa. A forma do corpo-de-prova,
suas dimensões, o traço da argamassa, sua consistência e o tipo de areia empregado são
definidos nas especificações correspondentes, e constituem características que variam de
um país para outro.
Quase todos adotam cubos de arestas de 5 a 7 cm, predominando esta última
dimensão. Apenas no Brasil e no Uruguai empregam-se corpos-de-prova de forma cilín-
drica_ No Brasil, o corpo-de-prova e um cilindro de 10 cm de altura por 5 cm de sz5. A
consistência da argamassa é determinada pelo ensaio de escorregamento da argamassa
normal sobre mesa cadente. O processo é descrito pormenorizadamente no método NBR
7215 (MB-1) da ABNT. Molda-se com argamassa um corpo-de-prova de formato tronco de
cone, tendo como diâmetros das bases 125 e 80 mm e como altura 65 mm sobre uma pla-
taforma lisa de um mecanismo capaz de promover quedas de 14 mm de altura. No ensaio
são executadas trinta quedas em trinta segundos (ver Fig. 3.6).
CIMENTO PORTLAND / 45
Fig. 3.6. Mesa cadente para ensaio de consistência.
A base inferior do cone moldado espalha-se, e a medida do diâmetro final é definida
como índice de consistência da argamassa. Diz-se que a consistência é normal quando esse
diâmetroalcança 165 mm.
A argamassa é constituída pela mistura de cimento e areia normal nas proporções de
1:3 em peso, materiais secos. A água a ser adicionada será determinada para se conseguir a
consistência normal anteriormente defmida. O ensaio requer, portanto, algumas tentativas.
A areia utilizada nesse ensaio é a chamada areia normal, definida no método NBR
7215 (MB-l) como areia natural, proveniente do rio Tietê, em São Paulo, lavada e penei-
rada com a composição granulométrica fixada pela Tab. 3.3.
Tabela 3.3. Granulometria da Areia (NB-l)
Materiais Retidos entre as Peneiras
2,4 - 1,2 mm
1,2 - 0,6 mm
0,6 - 0,3 mm
0,3 - 0,15 mm
Porcentagem em Peso
25
25
25
25
Os corpos-de-prova assim executados são conservaâõs em câmara úmida por 24
horas, e a seguir imersos em água até a data do rompimento. Este se processa, geralmente,
nas idades'de I, 3, 7 e 28 dias. Para o cimento Portland ordinário, a especificação
brasileira NBR 5732 (EB-I) exige, aos três dias de idade, resistência mínima de 8 MPa.
Aos sete dias, 15 MPa e, aos 28 dias, 25 MPa.
3.3.6. Exsudação. A exsudação é um fenômeno de segregação que ocorre nas pastas de
cimento. Os grãos de cimento, sendo mais pesados que a água que os envolve, são for-
46 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
çados, por gravidade, a uma sedimentação, quando possível. Resulta dessa tendência de
movimentação dos grãos para baixo um afloramento do excesso de água, expulso das
porções inferiores. Esse fenômeno ocorre, evidentemente, antes do início da pega. A água
que se acumula superficialmente é chamada exsudação e é quantitativamente expressa
como percentagem do volume inicial da mesma, na mistura. É uma forma de segregação
que prejudica a uniformidade, a resistência e a durabilidade dos concretos. Já foi dito que
a finura do cimento influi na redução da exsudação, o que se compreende facilmente,
considerando-se que a diminuição dos espaços intergranulares aumenta a resistência ao
percurso ascendente da água.
3.4. PROPRIEDADES QUfMICAS
As propriedades químicas do cimento Pordand estão diretamente ligadas ao pro-
cesso de endurecimento por hidratação. Ainda não se conhecem com muita precisão as
reações e os compostos envolvidos no processo de endurecimento, restando muitas ques-
tões a serem esclarecidas. O processo é complexo, admitindo-se, atualmente, que se desen-
role em desenvolvimentos que compreendem a dissolução na água, precipitações de cris-
tais e gel com hidrólises e hidratações dos componentes do cimento.
Inicialmente, o silicato tricálcico (C3S) se hidrolisa, isto é, separa-se em silicato
bicálcico C2S e hidróxido de cal. Este último precipita como cristal da solução supersatu-
rada de cal. A seguir, o silicato bicálcico existente, resultante da hidrólise, combina-se
com a água no processo de hidratação, adquirindo duas moléculas de água e depositando-
se, a temperaturas ordinárias, no estado de gel. Esse processo, quando conduzido em
temperaturas elevadas, resulta numa estrutura de natureza cristalina. Os dois últimos
constituintes principais do cimento, o aluminato tricálcico e o ferro aluminato de cálcio,
se hidratam, resultando, do primeiro, cristais de variado conteúdo de água e, do segundo,
uma fase amorfa gelatinosa.
Esse processo é realmente rápido no clinker simplesmente pulverizado. O aluminato
tricálcico presente é, de um modo geral, considerado o responsável pelo início imediato
do processo de endurecimento. O produto, nessas condições, é de pega rápida. Como se
sabe, o cimento, nessas condições, é material inútil para o construtor, impossibilitando
qualquer manuseio pela rapidez da pega. Também é conhecido que a correção se efetua
pela adição de sulfato de cálcio hidratado natural, gipsita', ao c/inker antes da operação de
moagem final. As investigações demonstraram que a ação do gesso no retardamento do
tempo de pega se prende ao fato de ser muito baixa a solubilidade dos aluminatos anidros
em soluções supersaturadas de gesso. O processo prossegue em marcha relativamente lenta
pela absorção do sulfato, mediante a produção de sulfoaluminato de cálcio e outros
compostos que, precipitados, abrem caminho para a solubilização dos aluminatos mais
responsáveis pelo início da pega, já então em época conveniente.
O fenômeno de falsa pega não é ainda claramente compreendido. Admite-se, em
geral, que as éausas mais freqüentes da falsa pega são a desidratação do gesso a formas
instáveis de sulfato de cálcio, ocorridas durante a operação de moedura, onde a tempera-
tura se eleva acima de BODe. Nessas circunstâncias, o cimento produzido contém sulfato
de cálcio hidratável, que seria o responsável pela falsa pega.
CIM~NTO PORTlAND / 47
3.4.1. Estabilidade. A estabilidade do cimento é uma característica ligada à ocorrência
eventual de indesejáveis expansões volumétricas posteriores ao endurecimento do con-
creto e resulta da hidratação de cal e magnésia livre nele presentes. Quando o cimento
contém apreciáveis proporções de cal livre (CaO), esse óxido, ao se hidratar posterior-
mente ao endurecimento, aumenta de volume, criando tensões internas que conduzem à
microfissuração, e pode terminar na desagregação mais ou menos completa do material.
Isso pode ocorrer quando prevalecem temperaturas superiores a 1 900°C no processo de
fabricação do c/inker e resulta na supercalcinação da cal. Este óxido, como se sabe,
hidrata-se de maneira extremamente lenta, conduzindo a indesejável expansão em época
posterior ao endurecimento do material. Tal fenômeno ocorre com maior razão com o
óxido de magnésio, motivo pelo qual as especificações limitam a proporção da presença
desses constituintes no cimento.
Determina-se a estabilidade do cimento pelos ensaios de expansão em autoclave,
onde a pasta de cimento é submetida a um processo acelerado de endurecimento em
temperatura elevada, de modo a fazer aparecer, em sua provável grandeza, a expansão
resultante da hidratação, tanto da cal quanto da magnésia livre. No Brasil, utiliza-se, para
esse ensaio, a chamada agulha de Le Chatelier, que é constitdda por uma forma cilíndrica
de chapa de latão com 30 mm de altura e 30 mm de diâmetro, com uma fenda aberta
segundo uma geratriz. Soldadas às bordas dessa ·fenda estão duas hastes destinadas a
multiplicar a medida da abertura, que aumenta com a expansão do núcleo de pasta
soldada no interior do cilindro. No método NBR 7215 da ABNT, esse ensaio é descrito
em detalhe e é constituído, em linhas gerais, da moldagem, cura do corpo-de-prova imerso
em água na temperatura ordinária, durante 12 horas, e subseqüente aquecimento do cor-
po-de-prova em água conduzida lentamente à fervura, durante cinco horas ou mais. O va-
lor da expansibilidade é medido nas pontas das agulhas em milímetros, não podendo ul-
trapassar os limites descritos pelas especificações de qualidade do cimento (no Brasil, a
NBR 5732 e a NBR 5733).
3.4.2. Calor de Hidratação. Durante o processo de endurecimento do cimento, consi-
derável quantidade de calor se desenvolve nas reações de hidratação. Essa energia térmica
produzida é de grande interesse para o engenheiro, principalmente pela elevação de tem-
peratura, resultante nas obras volumosas, a qual conduz ao aparecimento de trincas de
contração ao fim do resfriamento da massa. O desenvolvimento de calor varia com a
composição do cimento, especialmente com as proporções de silicato e alumináto tricál-
cicos.
O valor do calor de hidratação do cimento Portland ordinário varia entre 85 e
100 cal/g, reduzindo-se a.60 a 80 cal/g nos cimentos de baixo calor de hidratação.
Os valores do calor de hidratação dos constituintes do cimento são os seguintes:
C3S
C2S
C3A
C4AF
Magnésia
Cal
120 cal/g
62 cal/g
207 cal/g
100 cal/g
203 cal/g
279 cal/g
48 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
o método mais comum para a determinação do calor de hidratação do cimento é o
calor de dissolução. Amostras secas de cimento em pó e de cimento parcialmente hidra-
tado e subseqüentemente pulverizado são dissolvidas em mistura de ácidos nítrico e
clorídrico numa garrafa térmica.A elevação de temperatura devidamente corrigida pela
eliminação dos fatores estranhos ao fenômeno determina as medidas do calor de dissolu-
ção das amostras. Por diferença, o calor de hidratação do cimento é calculado.
O interesse do conhecimento do valor do calor de hidratação do cimento reside na
possibilidade do estudo da evolução térmica durante o endurecimento do concreto em
obras volumosas. Basicamente, trata-se de multiplicar o calor de hidratação do cimento
pelo peso do cimento contido no metro cúbico de concreto e dividir o resultado pelo
calor específico do concreto. Esse cálculo aproximado não se desenvolve, evidentemente,
com essa simplicidade esquemática, devendo ser considerados vários outros fatores que
intervêm na evolução do fenômeno, tais como a velocidade de reação, o coeficiente de
condutibilidade térmica do concreto, a variação do calor específico do concreto com a
temperatura etc. Este assunto será desenvolvido no capítulo referente ao endurecimento
do concreto.
3.4.3. Resistência aos Agentes Agressivos. Nos concretos em contato com a água e com
a terra pocem ocorrer fenômenos de agressividade. As águas, como as terras, podem
conter substâncias químicas suscetíveis a reações com certos constituintes do cimento
presentes nos concretos. Nestes últimos, o cimento constitui o elemento mais suscetível ao
eventual ataque, já que os agregados são de natureza predominantemente inerte. Os
silicatos de cálcio mais ou menos hidratados e principalmente a cal hidratada, presentes
no cimento hidratado, são os elementos submetidos a ataque químico. O hidróxido de
cálcio presente na proporção de 15 a 20% do peso do cimento original constitui ó ponto
mais vulnerável.
As águas puras, de fontes graníticas ou oriundas do degelo atacam o cimento
hidratado por dissolução da cal existente. Essa dissolução alcança cerca de 1,3 grama por
litro nas temperaturas correntes. Águas puras renovadas acabam lavando toda a cal exis-
tente no cimento hidratado, após o que começam, com menor intensidade, a dissolver os
próprios silicatos e aluminatos.
As águas ácidas, como, por exemplo, a água de chuva, com certa proporção de gás
carbônico dissolvido, agem sobre a cal do cimento hidratado segundo processo que varia
em função da concentração do anidrido carbônico. Se a concentração é baixa, o sal
formado é o carbonato de cálcio, pouco solúvel, que obstrui os poros, constituindo
proteção a ataques posteriores.
Se a concentração é relativamente forte, o carbonato formado é dissolvido como
bicarbonato, prosseguindo o ataque até completa exaustão da cal presente. Os sais de
cálcio são atacados em seguida.
As águas podem ser igualmente agressivas quando contêm outros ácidos, como
acontece com os resíduos industriais e águas provenientes de charcos contendo ácidos
orgânicos. Tanto num caso como no outro, há exaustão da cal, e um ataque posterior dos
sais constituintes do cimento hidratado deixa no concreto um esqueleto sem coesão e
inteiramente prejudicado nas suas características mecânicas e outra~:. Para estimar a resis-
tência química d~ um cimento à água .:ma e ácida, é útil conhecer seu índice de Vicat,
CIMENTO PORTLANO I 49
isto é, a relação s11ica mais alumina dividida por cal. Se é inferior ai, tem-se o cimento
rico em cal, como o Portland, portanto, um cimento facilmente atacável. Se, ao contrário,
o índice é superior a 1, cimento aluminoso, cimento metalúrgico, cimento pozolânico,
trata-se de material pobre em cal e capaz de resistir à agressividade da água dissolvente.
A água sulfatada ataca o cimento hidratado por reação do sulfato com aluminato,
produzindo um sulfoaluminato com grande aumento de volume. Essa expansão interna é
responsável pelo fissuramento que, por sua vez, facilita o ataque, conduzindo o processo a
completa deterioração do material. Águas paradas, contendo mais de meio grama de
sulfato de cálcio/litro, e águas correntes com mais de 0,3 g podem, em geral, ser conside-
radas perigosas.
A água do mar contém numerosos sais em solução, entre os quais os sulfatos de
cálcio, o sulfato de magnésio e o cloreto de sódio. A presença deste último contribui para
aumentar a solubilidade da cal. O pequeno conteúdo de ácido carbônico contribui ligeira-
mente como medida de proteção, pela formação de ;;arbonato insolúvel. Já os sulfatos,
principalmente os de cálcio, agem da maneira já descrita, resultando no final ataque
progressivo dos cimentos ricos em cal pelas águas do mar.
3.4.4. Reação Álcali-Agregado. Identifica-se como reação álcali-agregado a formação
de produtos gelatinosos acompanhada de grande expansão de volume pela combinação
dos álcalis do cimento com a st1ica ativa finamente dividida, eventualmente presente nos
agregados. Trata-se de fenômeno estudado em época recente que, embora não tenha sido,
até agora, constatado objetivamente no Brasil, por constituir importante risco na durabili-
dade dos concretos, merece detalhada investigação quando do uso de agregados oriundos
de novas fontes, sem experiência anterior. Tal assunto será examinado no capítulo corres-
pondente aos agregados.
3.5. CLASSI FICAÇÃO
Os cimentos foram originariamente fabricados segundo as especificações dos consu-
midores que encomendavam, das fábricas, o produto com certas características convenien-
tes a um trabalho. A partir de 1904, quando as primeiras especificações da ASTM foram
introduzidas, a indústria limitou-se a produzir alguns tipos de cimento.
Em cada país, a indústria produz os cimentos padronizados pelo organismo normali-
zador nacional e algUns outros fora de normas, mas sempre um número limitado de tipos.
Não se encontram todos os tipos, entretanto, disponíveis no mercado. Muitos deles,
destinados a usos especiais, são obtidos mediante encomenda.
No Brasil são produzidos vários tipos de cimento, oficialmente normalizados.
Fabrica-se também, para emprego ordinariamente não estrutural, o cimento branco,
que é um cimento Portland ordinário, praticamente isento de óxidos de ferro, e que se
consegue mediante cuidados adequados na escolha da matéria-prima e na condução do
processo de fabricação. Na Tab. 3.4 são apresentadas as principais características dos ci-
mentos normalizados brasileiros.
Tabela 3.4 Algumas Características Especificadas pela ABNT para Cimentos Brasileiros
C.P. de
C.P. de
c.P. de AltoC.P.Moderadac.P. de AltaTipos
C.P. Comum
AltaFornoPozolânicoResistênciaResistência
Propriedades
Resistência
a Sulfatosa SulfatosInicial
250
320400 2503202503202S0320
MgO máx. (%)
6,S6,56,56,5-
-6,06,06,56,5 6,5
Perda ao fogo máx.(%)
4,04,04,04,04,04,04,04,04,04,0 4,0
Resíduo
na peneira
15,015,015,006,010,010,012,012,015,015,015,0
Finura
0,075 (%)
cm2/g
2.4002.6002.6003.0002.6002.8002.5002.9002.6002.6002.600
Tempo mínimo de
1
11 1111111 1
pega, Vicat (h)
01 dia
--- 11------ -
Resistências
03 dias8101422810
710810 -mínimas
argamassa
07 dias152024 31152015181520 10
normalizada (MPa)
28 dias253240- 253225322532 20
90 dias
--- - 32403240-- -
NORMA BRASILEIRA
NBR-S732NBR-5733NBR-5735 NBR-5737NBR-5737
(EB-l)
(EB-2)(EB-2()8)(EB-758)
U1o-
3:
~-l
m
:D
~
Cii
O
m
C')
O
Z
VI-l
:D
C
o(')
~I
O
CIMENTO PORTLAND I 51
Nos Estados Unidos são especificados cinco tipos principais de cimento Portland,
cujas características mais importantes estão na rabo 3.5.
Tabela 3.5. Algumas Características Especificados pela ASTM para Cimentos Americanos
~s
12345Propriedades
MgOmáx.%
5,05,05,05,04,0
Perda ao fogo máx. %
3,03,03,02,33,0
Finura cm'/g
16001700 18001800
Tempo de
Início4545454545
pega Vicat
Fim h máx.10101010
10
Resistência à
1 d 8,7
compressão da
3d
65,217,5argamassa 1:2,75 7d
1210,4 5,610,4
MPa 28 d
2121 1421
o cimento tipo 1 é o cimento Portland comum utilizado nos trabalhos gerais de
construção, onde nenhuma das características diferenciadoras dos tipos restantes são
exigidas e constituem um desenvolvimento natural do cimento fabricado antes de 1936,
quando foi introduzida essa classificação.
O cimento tipo 2, freqüentemente conhecido como "modificado",é um cimento
com desenvolvimento moderado de calor de hidratação. Foi muito utilizado nas pavimen-
tações antes do desenvolvimento da técnica de incorporação de ar, e recomendado para
construções volumosas de porte moderado.
O cimento tipo 3 é o cimento de alta resistência inicial, diferindo do tipo 1 pela
proporção mais elevada de C3S e maior finura.
O cimento tipo 4, pouco utilizado atualmente, é um cimento de calor de hidratação
muito baixo, destinado ao emprego em construções volumosas de grande porte. Isso é
conseguido pela redução na proporção de C3 A e C3S.
O cimento tipo 5 é destinado ao emprego em obras onde a resistência ao ataque às
águas sulfatadas é importante. Nesse produto a proporção de C3A é substancialmente
reduzida.
Os tipos 1, 2 e 3 são também especificados com a incorporação de agentes de
a"astamento de ar, constituindo os tipos IA, 24 e 3A. O agente incorporador de ar ge-
ralmente está presente na proporção de 0,01 a 0,03% e permite, nos concretos realizados
com esses aglomerantes, a introdução, na mistura, de bolhas de ar de muito pequeno
diâmetro, na proporção de 3 a 6% em volume.
De todos esses tipos de cimento, apenas os tipos 1 e 3, e mais raramente o 2, são
normalmente encontrados em estoque.
52 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
Além desses tipos de cimento, fabrica-se, nos Estados Unidos, um cimento Portland
ordinário de pega muito lenta, os cimentos de poços de petróleo, que devem endurecer
em condições de temperatura a pressão muito elevada, o que se consegue mediante a
adição de outros agentes retardadores que não o gesso. Da mesma forma, o cimento
branco, que é uma variedade do cimento tipo 1, é encontrado normalmente no mercado
americano, havendo também, em grau menor de disponibilidade, outros tipos especiais
constituídos de cimento tipo 1 com aditivos variados, como, por exemplo, os cimentos
antibactericidas.
Na França encontra-se, provavelmente, a maior variedade na classificação de tipos
de cimento. Na Tab. 3.6 apresentam-se algumas características dos principais produtos
franceses. Os cimentos franceses são identificados por um símbolo cujo prefixo é uma
associação de letras constituídas pelas iniciais do nome do produto, seguidas por um
sufixo composto por um par de números que representam as resistências à compressão a
7 e a 28 dias, respectivamente, em MPa.
O supercimento 355-400 e o cimento de elevada resistência inicial (315-400) consti-
tuem os produtos de alta qualidade mecânica e pequena disponibilidade no mercado,
preço mais elevado e emprego restrito aos casos não resolvidos pela aplicação do cimento
Portland ordinário.
O cimento comum é fabricado nas classes CPA-250/315 e CPB-250/315, diferen-
ciando-se um qo outro pela adição de escória de alto-forno finamente dividida no produto
CPB. Esses dois cimentos constituem o grosso da produção industrial francesa.
Tabela 3.6. Algumas Caracteristicas de Alguns Cimentos Franceses
CompressãoTração
Cimento
51mboloProporçãoMPaMPa
de Escória
2d
7d28 d2d7d28 d
Portland artificial
CPA-250/31510%2531,5 22,5
Idem
CPB-250/31510%2531,5 22,5
Alta resistência
HRI-315/40016.31,5401,82,53
Supercimento
Super1635,550 33,5
-Meta!úrgico
CMM-250/31550%2531,5
Encontram-se, a seguir, os chamados cimentos ao ferro CF -250/315, que é uma
variante do cimento comum, contendo, porém, de 20 a 30% de escória de alto-forno. Os
tipos subseqüentes, cimento metalúrgico misto, cimento de alto-forno e cimento de escó-
ria e clinker, são todos constituídos por mistura de cimento Portland comum CPA com
proporções variadas de escória de alto-forno, que participa até com 80% da mistura no
último cimento.
A escória de alto-forno finamente dividida não constitui propriamente um aglome-
rante hidráulico, podendo, entretanto, combinar com a cal livre existente no cimento
CIMENTO PORTLAND / 53
Portland hidratado, endurecendo lentamente e proporcionando ao produto final quali-
dades que o capacitam a diferentes utilizações nas obras de construção.
3.6. FABRICAÇÃO
o cimento Portland é atualmente produzido em instalações industriais de grande
porte, localizadas junto às jazidas que se encontram em situação favorável quanto ao
transporte do produto acabado aos centros consumidores. Trata-se de um produto de
preço relativamente baixo, que não comporta fretes a grandes distâncias. As matérias-
primas utilizadas na fabricação do cimento Portland são, usualmente, misturaS de mate-
riais calcário~ e argilosos em proporções adequadas que resultem em composições químicas
apropriadas para o cozimento.
O condicionamento econômico do empreendimeüto, combinado com a natureza
das jazidas disponíveis, determina os materiais que podem ser utilizados na manufatura do
cimento Portland. Entre os materiais calcários utilizados encontram-se o ca1cário propria-
mente dito, conchas de origem marinha etc. Entre os materiais argilosos encontram-se a
argila, xistos, ardósia e escórias de alto-forno.
A fabricação do cimento Portland comporta seis operações principais, a saber:
extração da matéria-prima;
britagem;
mOl"dura e mistura;
queima;
moedura do c/inker;
expedição.
A extração da matéria-prima se faz pela técnica usual de exploração de pedreiras,
quando se trata de rochas e xistos; por escavação, segundo a técnica usual de movimenta-
ção d'.l terras, quando se trata de argila, e por dragagens, quando é o caso. A técnica de
exploração de pedreiras será desenvolvida mais adiante, quando se tratar da produção de
agregados.
A matéria-prima, quando rochosa, é submetida a uma operação de beneficiamento
com o propósito de reduzir o material à condição de grãos de tamanho conveniente.
Trata-se da britagem, operação também comum no processo de exploração de pedreiras
para a produção de agregados. Os materiais britados, calcário, por exemplo, são encami-
nhados a depósitos apropriados, de onde são processados segundo duas linhas principais
de operação: via seca e via úmida.
No processamento por via seca, a matéria-prima é inicialmente conduzida a uma
estufa, onde é convenientemente secada. Secos, os materiais argilosos e calcários são
proporcionados e conduzidos aos moinhos e silos, onde se reduzem a grãos de pequeno
tamanho em mistura homogênea.
Utilizam-se, para esse fim, moinhos, usualmente de bolas, associados em série e
conjugados a separadores de peneira, ou ciclones, por cuja ação se conduz o processo na
produção da mistura homogênea de grãos de pequeno tamanho, intimamente misturados,
das matérias-primas.
54 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
Essa mistura é conduzida por via pneumática para os silos de homogeneização, nos
quais a composição básica da mistura é quimicamente controlada e são eventualmente
feitas as correções.
A mistura homogênea é armazenada em silos apropriados, onde aguarda o momento
de ser conduzida ao forno para a queima.
No processo por via úmida, onde se emprega a argila natural como matéria-prima,
esta é inicialmente misturada com água, formando uma lama espessa.
O calcário britado proveniente dos silos é proporcionado e misturado com a lama de
argila e conduzido para os moinhos, também usualmente de bolas, onde a rocha calcária é
reduzida a grãos de tamanho muito pequeno. Esses moinhos trabalham também com
equipamentos separadores, neste caso, câmaras de sedimentação que proporcionam meio
eficaz de controle dos tamanhos dos grãos de calcário em suspensão na lama.
A lama, após a operação de moedura do calcário, é bombeada para os silos de
homogeneização, nosquais, como se procedeu na via seca, se controla a composição
química e se fazem as eventuais correções. A mistura, devidamente controlada e homoge-
neizada, é conduzida para os silos de armazenamento do cru. Nesta altura, os dois pro-
cessos novamente se encontram, procedendo-se à alimentação do forno, com a mistura
pulverulenta proveniente da via seca ou com a lama proveJliente da via úmida.
O fomo, como é utilizado atualmente, é constituído por um longo tubo de chapa
de aço, revestido internamente de alvenaria refratária, girando lentamente em tomo de
seueixo, levemente inclinado, tendo na extremidade mais baixa um maçarico onde se
processa a queima de combustível e recebendo pela sua boca superior o cru.
A operação de queima da mistura crua devidamente proporcionada num fomo
onde, pela combustão controlada de carvão, gás ou óleo, a temperatura é elevada aos
níveis necessários à transformação química que conduz à produção do clinker, subseqüen-
temente resfriado, é, talvez, a mais importante fase na fabricação do cimento. O material
submetido ao processamento das queimas percorre o fomo rotativo de uma ponta a outra
em cerca de 3 horas e meia a 4 horas. O clinker produzido sai do fomo em elevada
temperatura, incandescente, e é resfriado mediante corrente de ar ou mesmo por ação de
água.
O clinker resfriado é conduzido a depósitos apropriados, onde aguarda o processa-
mento da moagem.
A operação de moagem do clinker é realizada em moinhos de bola conjugados com
separadores a ar. Sendo o clinker um material extremamente duro, a moagem é uma
operação dispendiosa, onde são consurnidas as esferas de aço duro utilizadas dentro do
moinho.
O clinker entra no moinho já de mistura com a parcela de gipsita utilizada para
controle do tempo de pega do cimento. Para facilitar a operação de moagem, a indústria
manufature ira de cimento tem utilizado como aditivos certas substâncias que facilitam
essa operação, os aditivos de ajuda na moagem.
O clinker pulverizado é conduzido pneumaticamente para os separadores de ar, um
ciclone que reconduz ao moinho os grãos de tamanho grande e dirige os de menor
tamanho, o cimento propriamente dito, para os silos de estocagem.
O produto acabado, o cimento Portland artificial, é então ensacado automatica-
mente em sacos de papel apropriado ou simplesmente encaminhado a granel para os
veículos de transporte.
GesSO
/"~ 'f.i\ "'Combustível~ \.:...//
/ // /
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....
....
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Argila
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Jazido
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m/I o ~ \V
I 0
..., I d' 11 l, JI I ~>., /
\ .,// ~
1\, fl~~I V-"~>/o
AMBOS OS SISTEMAS
Queima no forno
Resfriamento do clinker
Estocagem do clinker
Moedura
Silos de cimento
Expedição
VIA SECA
Britagem
Estocagem de matéria-prima
Secagem da argila
Mistura e proporcionamento
Moedura
Silos do cru
VIA ÚMIDA
7. ESlocagem de lama
8. Moedura
9. Silos do cru
1 .
2.
3.
4.
5.
6.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Fig. 3.7. Esquema da fabricação de cimento
56 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
A indústria de cimento é de grande porte, e entre as indústrias químicas, onde se
classifica, não encontra nem de longe algum paralelo. O material movimentado se mede
por milhares de toneladas por dia e o tamanho das peças de equipamento se mede pela
potência dos motores utilizados, milhares de HP.
A produção anual de cimento no mundo alcança 300000000 t, contribuindo o
Brasil com cerca de 5 000 000 t.
Na Fig. 3.7 está esquematizada a fabricação do cimento.
3.7. TRANSPORTE
A maior parte do cimento consumido em obras é transportada, ensacada, por via
ferroviária ou rodoviária. Envolve tal operação perda por sacos rasgados, que alcança até
2%. Sendo o cimento um material de grande densidade e de baixo preço, o custo de frete
incide de maneira ponderável. Resulta daí a necessidade de processar o transporte com
utilização plena dos veículos, operando-se com partidas que ocupem a carga total de um
vagão ou de um caminhão, conforme seja o caso. O transporte de parcelas menores que a
capacidade do veículo onera desnecessariamente o custo do produto.
Como o preço do saco de papel contribui de maneira apreciável na formação do
custo do cimento, procede-se, sempre que possível, ao seu transporte a granel. Há diversos
sistemas apropriados para o transporte de cimento a granel, feito sempre em reservatórios
metálicos estanques, quer sobre gôndola ferroviária, quer sobre chassis de caminhões.
Diferenciam-se, porém, os processos de carga e descarga do material, utilizando-se sistema
pneumático, de escorregamento e parafuso sem fim.
No sistema pneumático, o cimento é arrastado dentro de um tubo por forte cor-
rente de ar. A sucção é processada no fundo do reservatório ou silo por dispositivo de
arraste que se constitui por uma simples trompa de ar, conforme se observa na Fig. 3.8.
A alimentação da trompa de sucção é feita por gravidade, deslocando-se o cimento
para a parte inferior do reservatório. Essa movimentação do material é facilitada por um
processo curioso de fluidificação, obtida pela introdução de ar a baixa pressão nos vazios
entre os grãos de cimento. O ar é introduzido através de janelas porosas localizadas em
posição apropriada, conforme se vê na Fig. 3.8.
Quando se força a passagem de ar por percolação do volume de um material granu-
loso como o cimento, observa-se uma queda imediata no ângulo de atrito interno do
material. No caso do cimento, o material em repouso tem um ângulo de atrito interno de
cerca de 45° , oferecendo, então, uma resistência apreciável à sua movimentação. Com a
introdução de ar nas condições descritas, esse ângulo baixa a um valor inferior a 5°,
quando, então, o material se comporta quase como um líquido. Esse fenômeno, que é
comum a todos os materiais pulverulentos, é muito usado na movimentação do cimento e
se explica pela lubrificação conferida pelas bolhas de ar forçado nos vazios inter-
granulares.
O material succionado na trompa é arrastado dentro do tubo de maneira muito
cômoda, pois o caminho não é limitado por elevações e curvas. O processo se aplica
convenientemente bem na movimentação do material dentro das fábricas, cobrindo per-
cursos que alcançam mais de 300 metros, vencendo diferenças de altura da ordem de 30 a
Ar comprimido-
CIMENTO PORTLAND I 57
Grelhaspara introdução
de ar para fluidificaçõo
do cimento
-Recalque do cimento
Fig.3.8. Vaso para transporte de cimento a granel.
Grelhas para introduçõo de ar
ou gases para fluidificaçõo
do cimento
Fig. 3.9. Tanque para transporte de cimento a granel com descarga por escorregamento.
58 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
40 metros. Usado na descarga de caminhões e vagões de transporte de cimento a granel,
proporciona uma operação muito rápida. Um caminhão com 9 t pode ser descarregado
em 9 minutos.
No processo de escorregamento, a descarga do veículo se faz por gravidade ao longo
de uma calha interna, que corre pelo fundo do reservatório, neste caso um longo tanque,
semelhante aos tanques de transporte de combustível (Fig. 3.9).
Essas calhas, embora de pequena inclinação, são constituídas de um material poro-
so, geralmente um tecido, através do qual o ar é forçado. Em virtude da fluidificação
conferida ao cimento, ele escorrega com facilidade pelas calhas, esvaziando-se o reserva-
tório em pouco tempo. Nesse processo, ocorre uma descarga de duas toneladas por
minuto.
No sistema de parafuso sem fim, mais antigo, a descarga do veículo é levada a efeito
pela ação de uma hélice longa, alojada na calha inferior que constitui o tubo do reserva-
tório. A capacidade de descarga é menor e aléança cerca de 0,7 t/minuto.
Tais sistemas de transporte a granel são econômicos e se impõem no caso de grande
consumo. No Brasil, esse gênero de transporte está sendo desenvolvido atualmente como
conseqüência da fabricação local desse tipo de equipamento.
A quantidade mínima de consumo de cimento que permite a instalação de uma
frota para o transporte a granel é da ordem de 200 t por mês, ou seja, 10 000 sacos de
cimento por mês. O problema econômico é resolvido mediante uma análise dos custos de
investimento e operação do equipamento de transporte em face da econo~ia resultante
da eliminação dos sacos de papel.
3.8. ARMAZENAMENTO
O cimento exige algum cuidado no seu armazenamento no canteiro de serviço. É
necessário evitar qualquer risco de hidratação. Os sacosde papel não garantem a imper-
meabilização necessária, razão pela qual não se deve armazenar cimento por muito tempo.
Os barracões para armazenamento de cimento devem ser bem cobertos e bem fechados
lateralmente, devendo ser o soalho bem acima do nível do solo.
Para armazenagem por curto espaço de tempo, podem-se cobrir as pilhas de sacos de
cimento com lona, sendo elas colocadas sobre estrados de madeira convenientemente
elevados do solo. Não se recomenda o armazenamento de cimento por mais de três meses.
Quando se inicia a hidratação, o que se reconhece pela existência de nódulos que
não se desmancham com a pressão dos dedos, o cimento torna-se suspeito. Pode ser
usado, após peneiramento, somente em serviços secundários, como argamassas, pavimen-
tos secundários etc.
3.9. CIMENTOS POZOLÂNICOS
Pozolanas são substâncias siliciosas e aluminosas que, embora não tendo qualidades
aglomerantes próprias, reagem com a cal hidratada na presença de água, nas temperaturas
CIMENTO PORTLAND I 59
ordinárias, resultando a formação de compostos cimentícios. Esses materiais podem ocor-
rer naturalmente ou ser produzidos em instalações industriais adequadas, sendo os primei-
ros encontrados como cinzas vulcânicas e os segundos resultantes do beneficiamento de
argilas cozidas, cinzas volantes e algumas escórias. As pozolanas serão tratadas mais
adiante, no capítulo referente aos agregados.
O emprego das pozolanas provavelmente é anterior ao início da História registrada.
É possível que os antigos tenham descoberto seu uso por acidente, na operação de
calcinação de calcários nas regiões vulcânicas, pela observação da melhoria introduzida no
comportamento das argamassas que continham essa impureza. Depósitos de pozolanas
naturais encontram-se próximos da cidade de Pozzuoli, perto do Vesúvio, na Itália. Estão
hqje os restos de obras romanas, aquedutos feitos com concretos pozolânicos, a teste-
munhar a excelente durabilidade do material feito com esse constituinte.
Com o desenvolvimento da indústria de cimento Portland, a utilização das pozola-
nas foi abandonada, havendo, entretanto, uma tendência recente de intensificação do
emprego desse material, traduzida no número significativo de obras realizadas com ele e
mesmo na orientação de fabricantes de cimento, que iniciam a produção de cimentos
pozolânicos englobando, já durante a manufatura, uma proporção desse material.
Não se conhece ainda o mecanismo da ação química entre as pozolanas e a cal
presente no cimento hidratado, embora se admita que a s11icaamorfa fmamente dividida,
presente nas pozolanas, reaja com a cal hidratada, produzindo, principalmente, silicato
monocálcico.
O uso conveniente das pozolanas nos concretos de cimento Portland melhora mui-
tas das qualidades desse material, como, por exemplo, a trabalhabilidade; além disso,
diminui o calor de hidratação, aumenta a impermeabilidade, assim como a resistência aos
ataques por águas sulfatadas, águas puras e águas do mar, diminui os riscos de reação
álcali-agregado, a eflorescência por percolação de água e, finalmente, os custos.
De um modo geral, cerca de 20 a 40% do cimento utilizado nos concretos podem
ser substituídos por pozolana sem diminuição da resistência mecânica final e com diversas
melhorias nas qualidades do produto.
Os cimentos franceses tipo D, os cimentos metalúrgicos, os cimentos de escória
franceses, americanos e alemães são, na realidade, cimentos pozolânicos. Na França, ini-
cia-se a mistura de cinza volante aos cimentos Portland para a fabricação de cimentos com
cinza. Essas cinzas volantes constituem um subproduto nas centrais termelétricas aciona-
das a carvão, constituindo a fase pulverulenta muito fina, arrastada pela fumaça das
fornalhas das caldeiras e que, para não contaminar a atmosfera, são retidas em fIltros
especiais.
As pozolanas poderão, eventualmente, ser desenvolvidas no Brasil por beneficia-
mento das escórias de alto-forno, havendo, naturalmente, necessidade de estudos e experi-
mentação, assim como de entendimentos com as usinas siderúrgicas.
Trata-se de a:ssunto extremamente complexo a investigação do comportamento das
pozolanas artificiais, uma vez que a sua constituição é muito variável. Não resta a menor
dúvida de que a utilização das pozolanas se vai tornando uma imposição de natureza
econômica e tecnológica, principalmente nas obras de grande envergadura, onde suas
qualidades fazem melhor efeito. Não há, até o presente momento, qualquer tentativa de
utilização desse material aqui no Brasil.
60 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
3.10. CIMENTOS ALUMINOSOS
o cimento aluminoso resulta do cozimento de uma mistura de bauxita e calcário. O
cozimento é conduzido até a fusão completa, donde também o nome de cimento fundido.
Esse cimento foi inventado em 1913, na França, como resultado da busca de um cimento
mais resistente aos ataques químicos.
Verificou-se que ele atingia resistências espetaculares em pouco tempo, 31,5 MPa
em dois dias, 35,5 em sete dias, 40 em vinte e oito dias. É um cimento de pega lenta,
iniciando-se esta duas horas após a mistura. Tem excelentes qualidades e resistência ao
ataque de águas sulfatadas, mas, em outros meios considerados menos nocivos, são, even-
tualmente, produzidas decomposições ainda mal-explicadas.
É um cimento refratário de primeira qualidade, podendo resistir a temperaturas
superiores a 1 200°C e, em misturas com agregados convenientemente escolhidos, até
acima de 1 400°C. Na realidade, é um cimento refratário por excelência.
A quantidade de água necessária à hidratação desse cimento se aproxima da quanti-
dade necessária à formação de uma mistura trabalhável. As capacidades do produto
final são, portanto, muito grandes, o que explica a melhoria nas suas características
mecânicas. A reação é intensa, desenvolvendo grandes quantidades de calor.
O cimento aluminoso é empregado principalmente como cimento refratário. Não se
fabrica esse produto no Brasil.
3.11. CIMENTO NATURAL
Denomina-se cimento natural ao produto resultante do cozimento de rochas calcá-
rias argilosas em temperaturas abaixo da fusão, cerca de 1 OOO°C. Esse produto, quando
tem pega rápida, recebe o nome de cimento romano, denominação imprópria, como se vê.
Tais produtos oferecem apenas interesse histórico, uma vez que já não são fabricados em
parte alguma.
3.12. (NDICES E MÓDULOS
Na literatura consagrada ao estudo dos aglomerados hidráulicos, e particularmente
dos cimentos, é freqüente o encontro de limites estabelecidos para as proporções dos
diferentes constituintes, no propósito de relacionar tais valores com as características do
produto. Entre elas encontra-se o índice de hidraulicidade de Vicat, que é a relação entre
as somas das porcentagens de materiais argilosos e a porcentagem de cal:
I = % Si02 + % Al203
%CaO
Vicat afirmava que as propriedades hidráulicas dos aglomerantes estavam relacio-
nadas com o valor desses índices, figurando o cimento artificial de pega lenta com um
índice compreendido entre 0,5 e 0,65.
CIMENTO PORTLAND I 61
Le Chatelier estabeleceu para proporção máxima do óxido de cálcio nos constituin-
tes do cimento a seguinte relação:
% CaO máx. = 2,8 %, Si02 + 1,64 %, Ah 03.
Com isso, pretendia limitar a presença de cal livre no produto acabado, elemento
responsável pela expansão indesejável nos concretos.
O módulo hidráulico de Michaelis é uma relação semelhante ao índice de hidraulici-
dade de Vicat:
M
% CaO
% Si02 + % Ah 03 + % Fe2 03
O objetivo desse módulo é também semelhante ao índice de Vicat, isto é, limitar a
proporção dos constituintes de acordo com as qualidades finais do aglomerante.
Muitas outras relações, índices, módulos etc. encontram-se, como já foi dito, na
literatura especializada, representando sempre esforços de simplificação do problema geral
de dosagem dos constituintes na fabricação dos cimentos. Na rabo 3.7 estão relacionados
alguns aglomerantes com o inverso do módulo de Michaelis.
Tabela 3.7. Aglomerantes e Inverso do Módulo de Míchaelis
Nome Matéria-Prima
SiO. + AI. 03 + Fe203CaO
Cal aérea
Calcário pouco argiloso0,1
Cal hidráulica
0,10 - 0,50/
Pega lenta
Calcário argiloso
0,50 - 0,65
Natural o
Pega rápida 0,60 - 0,80i: '"e Pega lenta 0,45 - 0,50O MisturaArtificial Calcário -argilaPega rápida 0,60 - 0,80
3.13. EXERCICIOS
1. Citar quais os compostos provenientes da fusão das matérias-primas para a fabricação do ci-
mento Portland (clinker) e quais as suas principais propriedades.
2. Quais as principais propriedades físicas de um cimento Portland?
3. Quais as categorias e tipos de cimento existentes no Brasil?
62 I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
4. Em que fase da fabricação do cimento Portland é adicionado gipsita, e com que finalidade?
5. Quais os principais cuidados que devem ser tomados na armazenagem, em obra, de cimento
em sacos?
6. Quais as principais propriedades da pozolana utilizada como adição, em cimento Portland?
7. Quais as principais propriedades de um cimento aluminoso?
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