Apontamentos - Primeira prova de Materiais II

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APONTAMENTOS – PRIMEIRA PROVA DE 
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO II 
 
Conceitos Básicos 
 
Materiais de construção: Elementos de naturezas diversas, que devem desempenhar papéis 
específicos e previsíveis de maneira a possibilitar e garantir a existência de um determinado 
ambiente construído, pensado para um determinado fim – habitação, transporte, serviços e 
vários outros. Para que uma construção se materialize, todas as etapas sejam elas de 
concepção, projeto, cálculo, quantificação, obra, ocupação e manutenção, são pensadas e 
executadas em função dos seus materiais constituintes, o que denota a sua importância e a 
necessidade de bem compreendê-los. 
Caracterizar tecnologicamente um material é, em sentido amplo, compreende-lo: quanto às 
suas propriedades intrínsecas, ou seja, decorrentes da sua natureza, da sua origem, da sua 
constituição mesma; quanto ao seu comportamento, quando submetido a certas solicitações; 
e, finalmente, quanto a certos requisitos técnicos aos quais ele deve atender para cumprir 
determinadas funções estabelecidas, previamente. 
Portanto os materiais de construção podem ser simples ou compostos, ser obtidos 
diretamente da natureza ou constituir o resultado de elaboração industrial. 
Além dos requisitos de utilidade e estética é necessário que a solução adotada em uma obra 
corresponda também a exigências econômicas e nesse particular, assume grande relevância a 
escolha criteriosa dos materiais. 
Os materiais devem satisfazer às seguintes condições: 
 Técnicas: Função que os materiais desempenham na obra e sua utilização. 
 Econômicas: Custo mínimo na obtenção e na aplicação. 
As condições técnicas são examinadas principalmente quanto à: 
 Trabalhabilidade: Resulta na facilidade de aplicação do material na obra. 
 Durabilidade: Implica na Estabilidade e Resistência aos agentes físicos, químicos e 
biológicos, oriundos de causas materiais ou artificiais tais como: luz, calor, umidade, 
insetos, microorganismos, sais, etc. 
 Estética: Resulta do aspecto dos materiais, de cujo emprego, simples ou combinado, 
se pode tirar partido para a beleza da construção. 
 Higiene: Os requisitos de higiene visam a saúde do homem, como o seu poder isolante 
ao calor e ao som, a sua impermeabilidade a ação da água e ausência de emanações 
prejudiciais. 
As qualidades técnicas e econômicas devem ser analisadas conjuntamente a fim de se poder 
comparativamente estabelecer a preferência entre um ou outro. 
Argamassas: são materiais, geralmente pulverulentos, que entram na composição das pastas, 
argamassas e concretos. Sob a forma de pasta tem a propriedade de se solidificar e endurecer 
com o passar do tempo. 
Pasta: mistura de aglomerante e água. 
Nata: pasta mais fluida. 
Argamassa: pasta e agregado miúdo. 
Concreto: argamassa e agregado graúdo. 
 
Aglomerantes 
 
Aglomerantes betuminosos: forma pasta sem auxílio de água. 
Classificação Geral dos Aglomerantes: 
 Quimicamente Inertes (Inativos): dão pega por um fenômeno físico. 
 Quimicamente Ativos: dão pega por um processo químico. 
 Aéreos: possuem durabilidade fora da água, em ambiente aéreo. 
 Hidráulicos: se comportam indistintamente no ar ou na água. 
 
Argilas 
 
Argila: material proveniente da decomposição, durante milhões de anos, das rochas 
feldspáticas, muito abundantes na crosta terrestre. Não sofrendo nenhum processo de 
tratamento, o seu endurecimento é motivado pela evaporação da água de amassamento, 
sendo um aglomerante quimicamente inativo (inerte). 
Mineral básico: caolinita. 
Composição química mais comum: silicato aluminoso hidratado (2SiO2.Al2O3.2H2O). 
Argilas e caulins são materiais plásticos, pois têm a propriedade de quando misturados com 
água em devidas proporções, apresentarem a possibilidade de serem amassados e trabalhados 
mantendo a forma que se quer. Quando secos ainda crus basta adicionar água para que 
voltem ao estado de plasticidade. 
 
 
Classificação: 
 Argilas Primárias ou Residuais: formadas no mesmo local da rocha mãe e têm sido 
pouco atacadas pelos agentes atmosféricos. Possuem partículas mais grossas e 
coloração mais clara, são pouco plásticas, porém de grande pureza e possuem alto 
nível de fusão. O caulim é uma das argilas deste tipo. 
 Argilas secundárias ou sedimentares: têm sido transportadas para mais longe da 
rocha mãe pela água, pelo vento e incluindo ainda o desgelo. A água especialmente 
tritura a argila em partículas de diferentes tamanhos, fazendo com que as mais 
pesadas se depositem primeiro, as outras vão se depositando de acordo com seu peso 
pelo decorrer do caminho, sendo que os mais leves se depositam onde a água pára. 
São mais finas e plásticas que as primárias, podendo, no entanto conter impurezas ao 
se misturarem com outras matérias orgânicas. 
 
Cal 
 
Cal: nome genérico de um aglomerante simples, resultante da calcinação de rochas calcárias, 
com características resultantes da natureza da matéria-prima empregada e do processamento 
conduzido. 
Cal aérea é um aglomerante quimicamente ativo, aéreo, pulverulento, de cor esbranquiçada, 
utilizado sob a forma de pasta ou argamassa. 
Matéria–prima: calcário (CaCO3). 
 
Reações químicas: 
 
Calcinação: 850°C < T < 1200°C. Abaixo de 850°C produto fica subcozido, e acima de 1200°C o 
óxido de cálcio combina-se com impurezas, causando vitrificação. 
 
 Cal viva (CaO) não é aglomerante usado na construção. 
Extinção: hidratação da cal viva. É um processo exotérmico, violento em cal cálcica pura e 
brando em cal magnesiana (pois gera menos calor e aumento de volume), há aumento de 
volume. 
 ( ) 
 Cal extinta: hidratação realizada no local do emprego do material. 
 Cal hidratada: extinção se processa na fábrica. 
 
Carbonatação: Ocorre na temperatura ambiente e exige a presença da água. A cal endurece 
por recombinação do hidróxido com o gás carbônico presente na atmosfera, reconstituindo o 
carbonato original. Este processo é lento e ocorre de fora para dentro, exigindo certa 
porosidade que permita a evaporação da água em excesso e a penetração do ar atmosférico. 
Por depender do ar atmosférico para endurecer, é dado a este aglomerante o nome de Cal 
Aérea. 
 ( ) 
Acelerar o processo de endurecimento com o aumento da proporção de CO2 não é satisfatório, 
pois se desenvolve insuficientes cristais de carbonato, resultando no enfraquecimento final do 
produto. 
 
Classificação 
 
De acordo com a composição química: 
 Cal cálcica: mínimo de 75% de CaO e máximo de 20% de MgO. 
 Cal magnesiana: mínimo de 20% de MgO. 
 %MgO + %CaO ≥ 95%. 
De acordo com o rendimento em pasta (valor do volume de pasta de cal obtido com uma 
tonelada de cal viva): 
 
 ( ) 
 
 ( ) 
 Cal gorda: n > 1,82. 
 Cal magra: n < 1,82 (cal magnesiana). 
 Presença de impurezas, supercozimento ou subcozimento influem no rendimento da 
cal. 
 
 
 
 
 
 
 
Propriedades 
 
Plasticidade: maior ou menor facilidade na aplicação das argamassas como revestimento. Cal 
magnesiana produz argamassas mais bem trabalháveis do que a cal cálcica. 
Retração: a carbonatação do hidróxido realiza-se com perdas de volume, razão pela qual o 
produto está sujeito a retração, causando o aparecimento de trincas nos revestimentos. A cal 
cálcica tem maior capacidade de sustentação de areia do que cal magnesiana. 
Rendimento: cal cálcica oferece melhores rendimentos que a cal magnesiana. 
Endurecimento: material não endurece embaixo da água. Além, da carbonatação, o 
endurecimento se dá pela combinação do hidróxido com sílica que constitui a argamassa,constituindo material mais duro e de elevado valor ligante. 
Durabilidade: A cal diminuindo a ocorrência de eflorescência e é um poderoso agente 
fungicida e bactericida, combatendo a presença de fungos nas argamassas endurecidas e 
evitando a geração de manchas. 
Eflorescência: fenômeno de lixiviação dos sais minerais existentes no interior das argamassas, 
que, dissolvidos pela água, depositam-se na superfície e nas juntas de cerâmicas, azulejos e 
pedras. A eflorescência praticamente não ocorre quando usamos a cal em rebocos e emboços, 
devido a esse aglomerante ter um teor menor de álcalis (Na2O e K2O) que o cimento, 
impedindo este tipo de reação. 
Propriedades da cal hidratada: 
 Endurece sob a água. 
 Fácil manuseio, transporte e armazenamento, pronto para ser utilizado. 
 Seco, pulverulento: oferece maior facilidade de mistura na elaboração de argamassas. 
 Plasticidade inferior, rendimento menor e maior retração. 
 Não está sujeito a riscos provocados pela hidratação espontânea da cal viva. 
 
Índice de hidraulicidade: Tem consistência mais ou menos plástica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gesso 
 
Gesso: Termo genérico de uma família de aglomerantes simples, constituídos por sulfatos 
maior ou menos hidratados e anidros de cálcio. Pulverulento, cor branca, solidifica 
rapidamente com água. 
Obtido pela calcinação da gipsita natural (CaSO4.2H2O), acompanhado de impurezas, como 
sílica, alumina, óxido de ferro, carbonatos de cálcio e magnésio. O total de impurezas varia até 
cerca de 6%. 
 
 
 ⁄ 
 
 ⁄ 
Gesso comum: 
 
 ⁄ . 
Gesso acartonado: prensagem do gesso com papel reciclado. Devido ao peso reduzido trás 
alivio nas fundações e estrutura, além do ganho econômico. 
Pega do gesso: quando os semi-hidratos e os sulfato-anidro solúveis, colocados na presença da 
água, em temperatura ordinária, reconstituem rapidamente o sulfato biidratado original, 
ocorre a produção de uma fina malha cristalizada, interpenetrada, responsável pela coesão do 
conjunto. Este fenômeno é acompanhado de elevação de temperatura (reação exotérmica). 
A velocidade de endurecimento depende: 
Propriedades Tempo de pega Resistência 
Temperatura e tempo de calcinação ↑ ↑ 
Finura ↓ ↑ 
Quantidade de água de amassamento ↑ ↓ 
Presença de impurezas e aditivos ↑ Depende 
 
Propriedades: 
 Aderem facilmente ao tijolo, pedra e ferro e mal à madeira. 
 Possuem excelentes isolamentos térmico, acústico e impermeabilidade ao ar. 
 Confere aos revestimentos com ele realizados considerável resistência ao fogo. 
 Aplicado em revestimentos e decorações interiores. Não presta para aplicações 
exteriores por se deteriorar por causa da solubilização da água. 
 Quando moldado forma uma pasta que adere fortemente aos dedos e adquire boa 
resistência após a pega. 
 Bom isolante térmico, fácil de cortar, perfurar, pregar e aparafusar. 
Qualidade: 
 Gesso de boa qualidade: Cor branca, suave ao tato. 
 Gesso de má qualidade: apresenta-se grunioso. 
 
Cimento Portland 
 
Cimento Portland: produto obtido pela pulverização de clinker constituído essencialmente de 
cal, sílica, alumina, magnésia e óxido de ferro. 
Clinker é um produto de natureza granulosa, resultante da calcinação de uma mistura 
daqueles materiais, conduzida até a temperatura de sua fusão incipiente. 
Gipso é sulfato de cálcio hidratado (CaSO4.2H2O). É um produto de adição final no processo de 
fabricação de cimento portland, com o fim de regular o tempo de pega. 
Constituintes fundamentais: 
 Essencial – Cal (CaO); 
 Essencial – Sílica (SiO2); 
 Essencial – Alumina (Al2O3); 
 Óxido de ferro (Fe2O3); 
 Magnésia (MgO); 
 Anidrido sulfúrico (SO3) – Adicionado pó-calcinação para retardar o tempo de pega do 
produto. 
Constituintes menores: 
 Impurezas; 
 Álcalis do cimento – Óxido de sódio (Na2O); 
 Álcalis do cimento – Óxido de potássio (K2O); 
 Óxido de titânio (TiO2); 
Obtenção de clinker – Combinações químicas: 
 Silicato tricálcico (3CaO . SiO2 = C3S); 
 Silicato bicálcico (2Cao . SiO2 = C2S); 
 Aluminato tricálcico (3Cao . Al2O3 = C3A); 
 Ferro aluminato tetracálcico (4CaO . Al2O3 . Fe2O3 = C4AFe). 
Determinação da composição potencial do cimento – Método de Bogue: As principais 
propriedades do cimento portland decorrem da percentagem dos seus constituintes cristalinos 
presentes, sendo, portanto, de alto interesse tecnológico o seu conhecimento. 
 
 
 
 
Silicato tricálcico: maior responsável pela resistência em todas as idades, especialmente até o 
fim do primeiro mês de cura, contribui para o calor de hidratação e o tempo de pega. 
Silicato bicálcico: maior importância no processo de endurecimento em idades mais 
avançadas, sendo responsável pelo ganho de resistência a um ano ou mais. Baixo calor de 
hidratação. 
Aluminato tricálcico: Contribui para a resistência, especialmente no primeiro dia. Pega muito 
rápida controlada com adição de gesso. Susceptível ao ataque de sulfatos, alto teor de 
hidratação e retração, baixa resistência final. 
Ferro aluminato de cálcio: não contribui para a resistência. Endurecimento lento e resistente 
aos meios sulfatados. 
Aluminato de cálcio: Maior contribuinte para o calor de hidratação especialmente no início da 
cura. Se presente em forma cristalina, contribui para a rapidez de pega. 
Quanto a composição química: 
 Perda ao fogo: menor igual a 4%. 
 Perda insolúvel: 1%. 
 Perda de enxofre: 3 a 4%. 
 Óxido magnésio: 6%. 
Simbologia: 
 CP: Cimento Portland. 
 I: Comum. 
 II: Composto. 
 III: De alto forno. 
 IV: Pozolânico. 
 ARI ou V: Alta resistência inicial. 
 S: Com sulfatos. 
 E: Com escória granulada. 
 Z: Com material pozolânico. 
 F: Com filler. 
 RS: Resistente a sulfatos. 
 
Propriedades físicas 
 
Densidade: usualmente considerada 3,15. 
Densidade aparente: ordem de 1,5. 
Pasta do cimento: densidade variável com tempo, aumentando à medida que progride o 
processo de hidratação (retração). 
Finura (superfície específica do produto): tamanho máximo do grão. Governa a velocidade da 
reação de hidratação do mesmo e tem sua influência em muitas qualidades da pasta, 
argamassa e dos concretos. O aumento de finura melhora a resistência (especialmente da 
primeira idade), diminui a exsudação e outros tipos de segregação, a expansão em autoclave, 
aumenta a impermeabilidade, a trabalhabilidade e a coesão dos concretos. Geralmente em 
torno de 15%. 
Exsudação: Fenômeno que ocorre antes do início da pega e que consiste na separação 
espontânea da água de mistura, um tipo de segregação que conduz a uma heterogeneidade 
indesejável, prejudicando a uniformidade, a resistência e durabilidade dos concretos. Os grãos 
mais pesados que a água que os envolve são forçados, por gravidade, a uma sedimentação, 
resultando num afloramento do excesso de água que é chamado de exsudação. 
Trabalhabilidade: Estado que oferece maior ou menor facilidade nas operações de manuseio 
com as argamassas e concretos frescos. 
Tempo de pega: Evolução das propriedades mecânicas da pasta no início do processo de 
endurecimento, propriedades essencialmente físicas, consequente a um processo químico de 
hidratação. Momento em que a pasta adquire certa consistência que a torna imprópria a um 
trabalho. A partir de certo tempo após a mistura, a pasta não é mais trabalhável e não admite 
operação de remistura. Início de pega: 1 hora; fim de pega: 10 horas.Índice de hidraulicidade de Vicat: 
 
 
 
 
Módulo hidráulico de Michaelis: 
 
 
 
 
Módulo de sílica: 
 
 
 
 
Módulo de alumina: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Agregados 
 
Agregado: material particulado, incoesivo, de atividade química praticamente nula, constituído 
de misturas de partículas cobrindo extensa gama de tamanhos. 
Função: 
 Técnica: menor retração, maior resistência ao desgaste. 
 Econômica: mais barato. 
Classificação: 
 Segundo origem: 
 Naturais: se encontram em forma particulada na natureza: areia e cascalho. 
 Artificiais: Obtidos pelo britamento de rochas. Indica o modo de obtenção e não se 
relaciona com o material em si. 
 Industrializados: composição particulada obtida por processos industriais. 
 Segundo dimensões das partículas: 
 Miúdo: Abaixo de #4,8mm: areias. 
 Graúdo: Acima de #4,8mm: cascalhos e britas. 
 Segundo peso específico aparente: 
 Leves: Menor que 1 ton/m³: argila expandida, escória granulada. 
 Médios: Entre 1 a 2 ton/m³: calcário, cascalho, granito, areia. 
 Pesados: Maior que 2 ton/m³: barita, magnetita. 
 Comercialmente: 
 Brita zero: 4,8mm à 9,5mm. 
 Brita 1: 9,5mm à 19mm. 
 Brita 2: 19mm à 38mm. 
 Brita 3: 38mm à 76mm. 
 Pedra de brita: Acima de 76mm. 
 Composição minerológica: 
 Rochas magmáticas. 
 Rochas sedimentares. 
 Rochas metamórficas: sofreram ação física ou química. 
 Agregados naturais: 
 Reisduais. 
 Aluviais. 
 Eólicos: os piores. 
 
 
 
 
Propriedades do concreto ligadas ao agregado: 
 Resistência à compressão: depende do fator água/cimento que depende da 
distribuição granulométrica do agregado. 
 Durabilidade: o agregado deve ser inerte, não reagindo com os agentes a que o 
concreto estiver exposto. 
 Trabalhabilidade: A forma dos grãos é a característica que mais afeta a 
trabalhabilidade do concreto. A distribuição granulométrica também possui influência. 
 Permeabilidade: distribuição granulométrica dos agregados influencia a 
permeabilidade do concreto. 
 Retração: não há influência. 
 Resistência ao desgaste: a pasta de cimento e água não resiste ao desgaste, quem lhe 
confere esta propriedade é o agregado. 
Propriedades: 
 Resistência à compressão: Não apresentam qualquer restrição ao seu emprego no 
preparo de concreto normal, pois têm resistência muito superior às máximas dos 
concretos. 
 Massa unitária: É incluído o volume aparente do material, ou seja, os grãos e os vazios 
entre eles. É importante para se transformar um traço de massa para volume e vice-
versa e para cálculos de consumo de materiais a serem empregados no concreto. 
 
 
 
 
 
 
 
 Onde mS é massa seca, VS volume seco e VAP volume aparente. 
 Massa específica: mede quantidade de materiais por metro cúbico de concreto. É 
importante para efeito de dosagem do concreto, pois conhece-se o volume ocupado 
pelas partículas do agregado, incluindo os poros existentes dentro das partículas. 
 
 
 
 
 
 
 
 Onde VR é o volume real sem vazios e VGR volume dos grãos. 
 Umidade: mede a variação de massa: 
 
 
 
 
 Onde mU é a massa úmida e a diferença mU – mS é a massa de água. 
 Inchamento: mede a variação de volume: 
 
 
 
 
 Onde VU é o volume úmido e a diferença VU – VS é o volume de água. 
 Granulometria: define a proporção relativa, expressa em porcentagem, dos diferentes 
tamanhos de grãos constituídos em um todo. Peneiras: 
 
 
 
Série normal (mm) Série intermediária (mm) 
76 - 
- 64 
- 50 
38 - 
- 32 
- 25 
19 - 
- 12,5 
9,5 - 
- 6,3 
4,8 - 
2,4 - 
1,2 - 
0,6 - 
0,3 - 
0,15 - 
 
Quanto maior o módulo de finura, mais graúdo é o agregado. 
Zona utilizável: 1,55 a 2,2 e 2,9 a 3,5. 
Zona ótima: 2,2 a 2,9. 
 Módulo de finura do material: somatório das percentagens acumuladas nas peneiras 
d série normal dividido por 100. 
 Diâmetro máximo do material: percentual acumulado igual ou imediatamente inferior 
a 5% retido na peneira. 
 Desgaste superficial (abrasão “Los Angeles”): 
 
 
 
 
Onde mi é a massa inicial e mf a massa final. 
 Coeficiente de forma: 
 
∑ 
∑ 
 
Onde VE é o volume da esfera que envolve o Gao. 
 Índice de vazios: 
 
 
 
 
Onde VV é o volume dos vazios. 
 Porosidade: 
 
 
 
 
 Durabilidade: 
 
 
 
 
Onde Pi é o peso inicial e Pf o peso final. 
 
 
 Absorção: quantidade total de água requerida para trazer um agregado da condição 
seca em estufa para condição saturado co superfície seca. 
 
 
 
 
Onde mAP é a massa aparente.