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MATERIAIS E ENSAIOS TECNOLÓGICOS 2 SUMÁRIO 1 - INTRODUÇÃO ..........................................................................................................................4 2 - MATERIAIS................................................................................................................................5 2.1-‐ INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DOS MATERIAIS......................................................................................................5 2.2-‐ CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO..........................................................................................6 2.2.1-‐Quanto à origem.....................................................................................................................6 2.2.2-‐Quanto à composição química...............................................................................................9 2.2.3-‐ Quanto à aplicação...............................................................................................................10 3 - CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS MATERIAIS.................................................12 3.1 – PROPRIEDADES MECÂNICAS...................................................................................................................12 3.2 – PROPRIEDADES GERAIS.........................................................................................................................14 4 - MATERIAIS METÁLICOS E SUAS LIGAS.............................................................................16 4.1 – CLASSIFICAÇÃO...................................................................................................................................16 4.2 – OBTENÇÃO........................................................................................................................................17 4.3 – APLICAÇÕES.......................................................................................................................................18 4.4 -‐ TRATAMENTOS TÉRMICOS......................................................................................................................19 4.4.1-‐ Descrição prática do tratamento térmico em metais...........................................................20 4.5 -‐ PRINCIPAIS ENSAIOS MECÂNICOS..............................................................................................................20 4.5.1-‐ Tipos de ensaios mecânicos...................................................................................................21 5 - MATERIAIS POLIMÉRICOS....................................................................................................24 5.1 – OBTENÇÃO........................................................................................................................................25 5.2 – CLASSIFICAÇÃO...................................................................................................................................26 5.3 -‐ COMPORTAMENTO TÉRMICO E MECÂNICO................................................................................................28 5.4 -‐ PRINCIPAIS ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO.................................................................................................29 5.5 – APLICAÇÕES.......................................................................................................................................30 6 - MATERIAIS CERÂMICOS E VIDROS....................................................................................34 6.1 -‐ MATÉRIAS-‐PRIMAS..............................................................................................................................34 6.2 – CLASSIFICAÇÃO..................................................................................................................................35 6.2.1-‐ vidros...................................................................................................................................35 6.2.2-‐ vidrocerâmicas....................................................................................................................36 6.2.3-‐ Argila...................................................................................................................................36 6.2.4-‐ Refratário............................................................................................................................37 6.2.5-‐ Abrasivos.............................................................................................................................38 6.2.6-‐ Cimentos.............................................................................................................................38 6.2.7-‐ Cerâmicas avançadas.........................................................................................................39 6.3 -‐ PROCESSO DE FABRICAÇÃO...................................................................................................................40 6.4 -‐ PRINCIPAIS ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO................................................................................................40 7 – AGLOMERANTES.................................................................................................................42 7.1 – CLASSIFICAÇÃO QUANTO À COMPOSIÇÃO................................................................................................42 7.2 – CLASSIFICAÇÃO GERAL.........................................................................................................................43 8 – AGREGADOS.........................................................................................................................45 8.1 – CLASSIFICAÇÃO DOS AGREGADOS...........................................................................................................45 8.1.1-‐ Classificação quanto à origem.............................................................................................45 8.1.2-‐Classificação quanto à densidade.........................................................................................46 8.1.3-‐ Classificação quanto às dimensões......................................................................................46 9 – ARGAMASSAS.......................................................................................................................49 3 9.1 – CLASSIFICAÇÃO DA ARGAMASSA.........................................................................................................499.1.1-‐ Argamassa de chapisco....................................................................................................50 9.1.2-‐ Argamassa de reboco.......................................................................................................50 9.1.3-‐Argamassa de emboço......................................................................................................50 10 – CONCRETO......................................................................................................................52 10.1 – PROPRIEDADES MECÂNICAS...........................................................................................................52 10.1.1-‐Resistência á compressão..............................................................................................52 10.1.2-‐Resistência à tração......................................................................................................53 10.1.3-‐Módulo de elasticidade.................................................................................................55 11 - TRAÇOS DE CONCRETO E ARGAMASSA....................................................................57 11.1 – TRAÇO DE ARGAMASSA................................................................................................................57 11.2 – TRAÇO DE CONCRETO..................................................................................................................58 12 - CRITÉRIOS DE DOSAGEM.............................................................................................62 13 - OUTROS MATERIAIS......................................................................................................70 4 1 INTRODUÇÃO Na história da humanidade, os materiais sempre tiveram fundamental importância no atendimento das necessidades de vestuário, transporte, habitação, defesa e outras. No estudo das civilizações antigas, eles serviram de referência em diversos períodos de acordo com o domínio destes materiais pelo homem: idade da pedra, idade do cobre, idade do bronze, idade do ferro etc. Inicialmente, por não conhecer ou dominar ainda determinados processos de transformação dos materiais, o homem os utilizava como eram encontrados na natureza, tais como madeira, ossos, pedras e peles de animais. A utilização baseava-se nas propriedades apresentadas na condição em que eram obtidos. O domínio do fogo e de outros processos permitiu transformações que procuravam adequar os materiais a formas mais aprimoradas. Ao longo dos tempos, inúmeros processos de transformação, beneficiamento e composição de novos materiais foram desenvolvidos e melhorados. Com o desenvolvimento tecnológico baseado em estudos e pesquisas científicas, a produção dos materiais tem se mostrado cada vez mais complexa e racional, permitindo a obtenção de produtos de melhor qualidade e menor custo. 5 2. MATERIAIS 2.1 INTRODUÇÃO À CIENCIA DOS MATERIAIS São inúmeras as aplicações dos materiais nas construções. Os diversos sistemas que compõem uma construção exigem dos materiais constituintes propriedades que estejam devidamente adequadas às funções de cada material, tais como de fundação, de estrutura, de vedação, de acabamento, de impermeabilização conforme exemplos destacados na figura abaixo. Figura 1 – Obra com seus diversos materiais Fonte: SXC.HU, 2013. Figura 2 – Materiais aplicados em estruturas e alvenarias Fonte: SXC.HU, 2013. 6 Na construção civil, é imprescindível o conhecimento dos materiais dos elementos que compõem as edificações, tanto no que se refere à obtenção destes materiais, como suas propriedades e técnicas de emprego. A Ciência dos materiais, ramo da ciência que estuda os materiais, suas estruturas, propriedades, formas de caracterização e processamento, assim como a performance dos mesmos tem como objetivo entender o comportamento destes materiais.Abaixo, veja exemplo de materiais que constituem os elementos que compõem as edificações. Figura 3 – Diversidade de materiais de construção Fonte: SENAI, 2013. 2.2 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Os materiais de construção podem ser classificados conforme a origem, composição e aplicação. 2.2.1 - Quanto à origem Naturais – aplicados como são encontrados na natureza, sem sofrerem modificações na composição. § De origem vegetal (madeira, borracha, piaçava etc.) 7 Figura 4 – Madeiras serradas (a), Extração do latex (b), Telhado de piaçava (c) Fonte: PUBLICDOMAINPICTURES, SXC.HU, 2013. § De origem mineral (areia, argila, pedras etc. ) Figura 5 – Areia (a), Jazida de argila (b), Parede de pedras (c) Fonte: SXC.HU, 2013. Artificiais – produzidos a partir da transformação ou composição de outros materiais. Oriundos de produtos naturais (cimento, cal, materiais cerâmicos, gesso etc.) Figura 6 – Cimento portland em sacos (a), Cal hidratada em saco (b), Blocos cerâmicos (c) Fonte: SENAI, 2013. 8 Quem inventou o cimento? Os primeiros povos a falarem de cimento foram os antigos romanos, porém, no primeiro momento, não se chamou cimento, e sim "caementum”, que na verdade era uma mistura de cal, criada pelos egípcios, com pozolana, uma cinza vulcânica do Monte Vesúvio, que fica na região de Pozzuoli. Mas este novo material ficou esquecido por muitos anos, voltando apenas no século XVIII. § Oriundos de metais (ligas metálicas) Figura 7 – Perfis de aço laminado (a), Aço para concreto armado (b), Tubos de aço (c) Fonte: SXC.HU, 2013. § Oriundos de compostos químicos (plásticos, tintas, colas) Figura 8 – Tubos de PVC (a), Tintas (b), Colas (c) Fonte: SXC.HU, 2013. 9 Combinados – resultantes da composição de materiais naturais e artificiais (concreto,argamassas de cal, argamassas de cimento) Figura 9 – Concreto usinado (a), Reboco com argamassa de cal, cimento e areia (b), Blocos de cimento e pedrisco (c) Fonte: COMMONS WIKIMEDIA, SXC.HU, 2013. 2.2.2 Quanto à composição química Minerais – (cimento, tijolo, aço, ligas metálicas etc.) Figura 10 – Cimento portland (a), Materiais cerâmicos (c), Tubos de cobre (c) Fonte: COMMONS WIKIMEDIA, SENAI, 2013. 10 Orgânicos - (madeira, asfalto, plástico, etc.). Figura 11 – Madeiras (a), Asfalto (b), Tubos e conexões de PVC (c) Fonte: SENAI, SXC.HU, 2013. 2.2.3 Quanto à aplicação Estruturais – quando utilizados em estruturas, compondo os elementos resistentes das mesmas. Participam da responsabilidade pela segurança da construção. Exemplos: concreto, aço, madeira, pedra, tijolos e blocos (quando assim aplicados), conforme figuras abaixo. Figura 12 – Estrutura de concreto Fonte: SXC.HU, 2013. Figura 13 – Estrutura metálica Fonte: SXC.HU, 2013. 11 Figura 14 – Estrutura de madeira Fonte: SENAI, 2013. Não estruturais – quando de aplicação em serviços sem responsabilidade estrutural, tais como: § Vedação (tijolos, blocos, pedras, madeira etc. ); § Revestimento (argamassas,gesso, cerâmicas etc.); § Isolamento térmico/acústico (vermiculita, lã de rocha, cortiça etc.); § Impermeabilização (asfaltos, resinas, produtos hidrofugantes); Instalações prediais (PVC, cobre, cerâmica etc.); Materiais de uso estrutural são também utilizados em aplicações não estruturais, com funções de vedação, revestimento ou outras. 12 3. CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS MATERIAIS O conhecimento das propriedades dos materiais, das suas deficiências e vantagens de aplicação, conduz ao uso adequado, racional, economicamente viável e tecnicamente correto deles. Os diversos tipos de materiais de construção apresentam propriedades básicas que variam conforme o grupo a que pertençam, cabendo ao profissional conhecê-las e ter domínio sobre elas, de modo a executar uma obra segura, durável, com bom acabamento. 3.1 Propriedades Mecânicas As propriedades mecânicas dos materiais de construção, que definem a capacidade de resistir aos esforços oriundos da ação de agentes externos, em geral, são consideradas as mais importantes do ponto de vista da Construção Civil. Vamos relembrar as principais propriedades: a) Resistência à tração – resistência aos esforços geradores de tensões normais internas que tendem causar o alongamento e ruptura das peças. Os metais, alguns materiais poliméricos e as madeiras no sentido paralelo às fibras resistem bem à tração. O concreto, as pedras e as madeiras no sentido perpendicular às fibras resistem mal à tração. Figura 15 - Material submetido à tração. Fonte: SENAI 2012. b) Resistência à compressão – resistência aos esforços geradores de tensões normais que tendem a causar encurtamento e esmagamento das peças. A resistência característica dos concretos e argamassas é definida a partir de ensaios de corpos de prova rompidos à compressão. 13 Figura 16 Material submetido à compressão. Fonte: SENAI 2012. c) Resistência ao cisalhamento – o verbo cisalhar significa fazer corte, neste caso, cisalhamento seria o esforço de corte ao eixo de uma haste. A resistência ao cisalhamento, portanto, é a capacidade que a peça tem de resistir a esse esforço cortante. A madeira resiste menos às tensões de cisalhamento paralelas às fibras do que às tensões normais às fibras. Figura 17 - A peça cilíndrica sofre tensões de cisalhamento. Fonte: SENAI 2012. Dureza – capacidade de resistir à penetração e ao risco. Está intimamente relacionada às demais resistências mecânicas. Esta propriedade é importante para os materiais submetidos a esforços capazes de ocasionar desgaste superficial. (ex: pavimentações, pistas de rolamento, trilhos). Resistência à fadiga – capacidade de resistir à ação repetida e contínua de esforços com variação da intensidade de forma cíclica. O número de ciclos associado à intensidade dos esforços, assim como à variação destes, define a capacidade de resistência à fadiga. Elasticidade – capacidade de um material recuperar a sua forma original, após deformar-se, quando cessada a ação de esforço externo causador de deformação. Nos materiais que gozam desta propriedade, o módulo de elasticidade define a proporcionalidade entre as tensões e as deformações. O comportamento elástico fica limitado a um valor de tensão acima do qual o material plastifica ou entra em ruptura. 14 Plasticidade – capacidade de um material manter a deformação sofrida pela ação de um esforço externo mesmo quando cessada a ação desse esforço. Essa propriedade está presente nas argilas dentro de determinados limites do teor de umidade, nos materiais dúcteis e maleáveis quando submetidos a tensões superiores ao limite de elasticidade, nos plásticos quando submetidos a certos níveis de temperatura. Ductilidade – propriedade relacionada à plasticidade, que permite a um material ser transformado em fios quando submetido a esforços de tração. Os metais apresentam esta propriedade. Maleabilidade – propriedade de um material, também relacionada com a plasticidade, que permite ser transformado em lâminas mediante a aplicação de esforços de compressão. Tenacidade – capacidade de resistir a impactos, estando relacionada à resistência e à deformabilidade. É o contrário da fragilidade. A deformação plástica dos materiais cerâmicos na temperatura ambiente é praticamente desprezível. Entretanto, alguns monocristais, como o NaCl, MgO e KBr, apresentam considerável alongamento plástico quando ensaiados em flexão. Este comportamento também aumenta com a elevação da temperatura. Porém, vale lembrar que é um comportamento anômalo que ocorre em condições específicas. 3.2 Propriedades Gerais Além das propriedades mecânicas, faz-se necessário o conhecimento de outras propriedades dos materiais de construção que garantam a aplicabilidade destes e indiquem seu comportamento quando expostos à ação de outros agentes externos que possam afetar o seu desempenho. 15 Densidade Densidade – número obtido do quociente entre a massa e o volume de um corpo. Mede o grau de concentração de massa por unidade de volume. Geralmente é representada pelas unidades: g/cm³, kg/m³, t/m³. Massa Específica Massa específica – definida da mesma forma que a densidade (massa específica = massa/volume), porém referindo-se a um determinado material e não a um objeto. Um corpo com determinada densidade pode conter em seu volume materiais diversos com massas específicas diferentes. Densidade Relativa Densidade relativa – medida da densidade de um corpo considerando-se, no seu volume total, o volume dos vazios contidos nele. Densidade Absoluta Densidade absoluta – medida da densidade de um corpo considerando-se somente o volume do material de que é constituído (volume total menos o volume dos vazios). 16 4. MATERIAIS METÁLICOS E SUAS LIGAS Tecnologicamente, definem-se os metais como elementos químicos existentes no estado sólido como cristal ou agregado de cristais, caracterizados pelas seguintes propriedades: elevadas dureza, resistência mecânica, plasticidade e condutibilidade térmica e elétrica. As estruturas cristalinas da maioria dos metais apresentam a distribuição interna dos átomos de acordo com os três tipos de reticulado indicados na Figura abaixo. Figura 18 – Estruturas cristalinas da maioria dos metais Fonte: SENAI, 2013. A metalurgia compreende a ciência dos metais e ligas metálicas e estuda as propriedades destes materiais e as mudanças sofridas por estas propriedades ocasionadas pelos tratamentos e combinação com outras substâncias a que são submetidos. 4.1 CLASSIFICAÇÃO Uma liga metálica é um produto metalúrgico resultante da combinação ou mistura de um metal com outros elementos simples (metais ou não), objetivando a obtenção de propriedades especiais. Os metais e ligas metálicas classificam-se em ferrosos e não ferrosos devido à importância do ferro nas mais diversas aplicações da indústria e da Construção Civil. 17 Metais ferrosos – são os metais constituídos de 90% de ferro. Os ferrosos mais comuns são o aço, o ferro fundido e o ferro laminado. Hoje, na área estrutural, o único metal desta natureza é o aço, mas com o teor de carbono limitado a 0,29%. Esse cuidado se dá pelo fato de o carbono ser responsável pelo aumento de resistência do aço. Teores mais elevados podem causar redução de ductibilidade e soldabilidade. Metais não ferrosos – são os metais que nãopossuem em sua composição o ferro ou que possuem em pouca quantidade. Esses metais são mais caros, pois são resistentes à corrosão, possuem menor resistência mecânica e pior resistência a temperaturas elevadas do que o aço carbono. 4.2 OBTENÇÃO Um dos grandes marcos de desenvolvimento para a sociedade foi, sem dúvida, a utilização de metais como utensílios para fabricação de armas. Hoje, este material está presente em nosso dia a dia e nas indústrias. Alguns metais encontram-se dentro dos minerais e outros no estado puro, tais como o ouro, o cobre nativo e o metal. Para a obtenção dos metais, a priori, tem-se a jazida, de onde o minério será extraído e moído; após esse processo, este material será fundido. Fundição é o processo de transformação dos metais para o estado líquido (fundido), próprio para sua manipulação, sendo locados em moldes para fabricações diversas, conforme figura abaixo. Os metais podem ainda passar por outros processos, tais como o de conformação mecânica, ajustes dimensionais, soldagem ou usinagem. Figura 19 – Fundição de Metais Fonte: SENAI, 2013. 18 4.3 APLICAÇÕES Os metais mais usados na Construção Civil são o aço e o alumínio. O alumínio aparece em forma de esquadrias, coberturas, fachadas e acabamentos. O alumínio é um metal infinitamente reciclável, apresenta um elevado grau de leveza, exibe qualidade em seu acabamento, é muito usado como coletor de energia solar e proporciona conforto térmico e acústico (figura 20). Fig. 20 – Fachada em Alumínios Fonte: SENAI, 2013. Figura 21 – Esquadria em Alumínios Fonte: SENAI, 2013. Figura 22 –– Cobertura em Alumínios Fonte: SXC.HU, 2013. Porém, o alumínio não pode ser utilizado como base estrutural devido ao seu alto custo e a sua baixa resistência mecânica quando comparado ao aço, por exemplo, que 19 atende de forma satisfatória às solicitações de tração, visto como vergalhões presentes no concreto armado. Veja figura abaixo. Figura 23 – Peças em concreto armado Fonte: SENAI, 2013. Além das vantagens já mencionadas, o aço apresenta outras que o destacam: § Maior liberdade nos projetos arquitetônicos; § Maior flexibilidade na construção; § Compatibilidade com outros materiais; § Racionalização de material e mão de obra; § Reciclabilidade; § Alívio de cargas nas fundações, entre outros. 4.4 TRATAMENTOS TERMICOS Agora que estamos com o conteúdo atualizado sobre os materiais metálicos, vamos recapitular seus principais tratamentos térmicos. Tratamento térmico de metais nada mais é que o conjunto de processos de mudança de temperatura (aquecimento e resfriamento) de forma controlada, conforme figura 24, tendo como principal função alterar a estrutura do material que, por consequência, modificará suas propriedades mecânicas, conferindo-lhes características pré- determinadas. 20 Figura 24 – Tratamento térmico dos metais Fonte: SENAI, 2013. 4.4.1 Descrição Prática do Tratamento Térmico em Metais § Aquecer o metal a certa temperatura, sob certa velocidade; § Manter o metal aquecido a esta temperatura por certo tempo; § Resfriar o metal a certa velocidade para que o mesmo apresente as características metalúrgicas e mecânicas desejadas. Em peças usinadas, não se deve deixar marcas de usinagem quando destas é solicitado elevada resistência mecânica, pois as marcas seriam os pontos mais frágeis, tendo como consequência o possível rompimento da peça após o tratamento térmico, já que, nas etapas de tratamento descritas no nosso capitulo, fica claro que essa fragilidade aumentaria consideravelmente. 4.5 PRINCIPAIS ENSAIOS MECÂNICOS Com o passar do tempo, vários estudos foram feitos no sentido de ampliar a funcionalidade dos metais. Para fundamentar esses estudos, foram feitos diversos tipos de ensaios para se avaliar as principais propriedades mecânicas, tais como: § Resistência; § Elasticidade; § Plasticidade; § Resiliência; § Tenacidade. F 21 4.5.1 Tipos de Ensaios Mecânicos Ensaios de Tração – é aplicação de uma carga de tração crescente, em um determinado corpo de prova, em uma única direção até a ruptura do mesmo. Nesses ensaios, deseja-se medir a variação no comprimento em função da carga aplicada. A máquina que fornece esses dados de tração, juntamente com o controlador hidráulico, está exposta na figura 25. Figura 25 – Máquina de ensaio de tração. Fonte: SENAI, 2013. Ensaios de Compressão – o processo é o mesmo do ensaio de tração, porém este tem como objetivo determinar a deformação linear obtida. Figura 26 – Máquina de ensaio de Compressão. Fonte: SENAI, 2013. 22 Ensaio de Dureza - consiste na impressão de uma pequena marca feita na superfície do material, com a ajuda de uma ponte de penetração, por uma máquina normatizada (Figura 27). A dureza do metal está relacionada à marca deixada nesta superfície. Em um ensaio de dureza simples, quanto menor for a marca, maior será a dureza do material para uma mesma carga. Figura 27 – Máquina de ensaio de Dureza. Fonte: SENAI, 2013. Ensaio de Torção - Consiste na aplicação de carga rotativa em um corpo de prova normalmente cilíndrico. Mede-se o ângulo de deformação em função do momento torsor aplicado. Veja a figura abaixo que ilustra a máquina de ensaio de torção. Figura 28 – Máquina de ensaio de Torção. Fonte: SENAI, 2013. 23 Ensaio de Flexão – consiste na aplicação de uma carga crescente num corpo de prova em determinados pontos. A carga aplicada parte de um valor inicial igual a zero e aumenta lentamente até a ruptura do corpo de prova. Observe a Figura 29. Figura 29 – Máquina de ensaio de Flexão. Fonte: SENAI, 2013. 24 5. MATERIAIS POLIMÉRICOS São os materiais orgânicos macromoleculares, ou seja, possuem estruturas moleculares muito grandes, compõem os plásticos e as borrachas. São materiais usados há muitos anos, porém seu uso na Antiguidade era somente de polímeros naturais, pois para a fabricação de polímeros sintéticos exigem-se processos muito complexos, dominados a partir do século XIX, com o avanço nos estudos sobre reações químicas de materiais orgânicos. A partir disto, o processo de fabricação deste material vem se aperfeiçoando e proporcionando novos materiais plásticos e emborrachados mais econômicos. Estes materiais apresentam algumas características importantes: § Baixa densidade; § Grande deformabilidade (termoplásticos); § Baixo ponto de amolecimento e fusão; § Baixa resistência; § Baixa dureza; § Resistem bem à degradação por produtos inorgânicos e pouco a produtos orgânicos; § Isolante térmico. Os polímeros são formados a partir de unidades orgânicas chamadas “MEROS”, que se repetem sucessivamente ao longo da cadeia, conforme figura ilustrativa. Figura 30 – Cadeia de Polímeros. Fonte: SENAI, 2013. 25 5.1 OBTENÇÃO A obtenção dos polímeros ocorre por meio da polimerização, ou seja, conjunto dos monômeros (mono = 1 + meros = repetições) formando a cadeia de monômeros. Nas indústrias, a obtenção de polímeros deve ocorrer de forma sintética e prática. Para isso, o processo mais indicado é a polimerização, processo de mistura dos monômeros, radicais livres e surfactantes na presença de água. Além de um processo rápido, apresenta um baixo consumo de energia e boa trabalhabilidadeem temperatura ambiente. Este processo está descrito na figura 31. Figura 31 – Obtenção de Polímeros por emulsão. Fonte: SENAI, 2013. 26 5.2 CLASSIFICAÇÃO CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS QUANTO À OCORRÊNCIA Definição Exemplos Naturais São polímeros que já existem normalmente na natureza. Celulose, amido, glicogênio. Sintéticos São polímeros fabricados pelo homem a partir de moléculas simples. Nylon, o polietileno, o PVC. QUANTO À NATUREZA DA CADEIA Definição Exemplos Homogêneas Quando o esqueleto da cadeia é formado apenas por átomos de carbono. Heterogêneas Quando no esqueleto da cadeia existem átomos diferentes de carbono QUANTO À DISPOSIÇÃO ESPACIAL DOS MONÔMEROS Definição Táticos Quando as unidades monoméricas dispõem-se ao longo da cadeia polimérica segundo certa ordem, ou seja, de maneira organizada. Exemplos Definição Atáticos Quando as unidades monoméricas dispõem-se ao longo da cadeia polimérica. Exemplos 27 Tabela 01 – Classificação de Materiais Poliméricos. Fonte: SENAI, 2012. Os polímeros exibem dois tipos de morfologia no estado sólido: amorfo e semicristalino. Em um polímero amorfo, as moléculas estão orientadas aleatoriamente e estão entrelaçadas. Os polímeros amorfos são, geralmente, transparentes. Nos polímeros semicristalinos, as moléculas exibem um empacotamento regular, Ordenado em determinadas regiões. QUANTO À ESTRUTURA FINAL DO POLÍMERO Definição Exemplos Linear Quando a macromolécula é um encadeamento linear de átomos Definição Tridimensional Quando a macromolécula se desenvolve em todas as direções Exemplos 28 5.3 COMPORTAMENTO TÉCNICO E MECÂNICO As propriedades mecânicas dos polímeros estão associadas ao modo como respondem às solicitações mecânicas aplicadas (tensão e deformação). A natureza dessa resposta depende da estrutura química, temperatura, tempo e condição de processamento dos polímeros. A avaliação das propriedades mecânicas pode ser realizada de forma estática ou dinâmica. A caracterização do comportamento técnico/ mecânico pode ser feito atingindo ou não a ruptura do material conforme tabela 02. CARACTERIZAÇÃO DA AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS COM RUPTURA DO MATERIAL SEM RUPTURA DO MATERIAL Tensão e Deformação na Ruptura; Módulo Elástico; Resistência ao impacto; Tensão e Deformação no Escoamento; Número de ciclo de vida sobre a Fadiga; Tensão Máxima. Tabela 02 – Avaliação das Propriedades Mecânicas dos Polímeros. Fonte: SENAI, 2012. O comportamento mecânico ou dinâmico-mecânico de um material será governado por sua viscoelasticidade, que será função do tipo de ensaio e de solicitação aplicados. Dependendo da resposta ao estímulo mecânico, o material pode ser classificado como elástico ou viscoso. Dentro do comportamento técnico mecânico dos polímeros, estudaremos sua classificação simples quanto à plasticidade, que se subdivide em termoplástico ou termorrígido, elastômero e fibra, conforme tabela 03. CLASSIFICAÇÃO DOS POLÍMEROS QUANTO AO COMPORTAMENTO MECÂNICO PLÁSTICO TERMOPLÁSTICOS São polímeros sensíveis a efeito de temperatura e pressão, sofrendo amolecimento e até escoamento, podendo assim, ser facilmente conformado nesta situação. A remoção neste fator ativo retorna o material ao seu estado 29 sólido, podendo ser remodelado novamente. TERMORRÍGIDOS São polímeros que, sujeitos a aplicação de temperatura e pressão, também amolecem e fluem. A diferença é que este material reage quimicamente, formando então, ligações primárias. Após se solidificar, este material se torna insolúvel, infusível e não pode mais ser reciclável. ELASTÔMEROS Este material caracteriza-se por ser flexível, pois tem a capacidade de se deformar até mais que duas vezes o seu comprimento, retornando ao seu tamanho inicial logo após a remoção da força modificadora. Geralmente este material apresenta cadeias de baixa densidade e boa resistência. FIBRAS São materiais de cadeia unidirecional. Isto significa que apresentam uma elevada resistência mecânica, podendo ser usados na formação de fios. Tabela 03 – Classificação dos Polímeros quanto ao comportamento Mecânico. Fonte: SENAI, 2012. 5.4 PRINCIPAIS ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO Para a realização dos ensaios de polímeros, é necessário antes identificar sua caracterização primordial. Com base nisso, devem ser realizadas as locações usuais das funções pretendidas descritas neste capítulo. Com a obtenção sintética de muitos polímeros, dentro das indústrias, estes são muitas vezes misturados, chamados de blendas para a criação de novos produtos encontrados no mercado. As propriedades das blendas derivam, normalmente, das mesmas propriedades dos polímeros de origem, mas, em alguns casos, novas propriedades são adquiridas conforme os novos produtos. Os principais ensaios dos polímeros são de caráter mecânico, químico e/ou térmico, divididos da seguinte forma: § Ensaio Mecânico – tração, dureza, impacto, flexão, compressão; § Ensaio Químico – termogravimetria (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC); 30 § Ensaio Térmico – infravermelho e análises químicas para identificação de materiais poliméricos. Figura 32 – Laboratório de Polímeros CIMATEC. Fonte: SENAI, 2013. 5.5 APLICAÇÕES Os polímeros têm sido cada vez mais solicitados na construção civil devido as suas diversas propriedades e eficiência. Neste sentido, eles vêm substituindo alguns produtos tradicionais, tais como o aço, madeira e barro. Veremos algumas aplicações destes materiais: Instalações Hidráulicas Prediais Os polímeros podem ser usados nas instalações prediais de água, esgoto sanitário, captação e condução de águas pluviais. Figura 33 – Sistema PP-R para condução de água quente. Fonte: SENAI, 2013. F 31 Instalações Elétricas Neste ramo, os polímeros são usados como eletrodutos, para passagem de fios e cabos internamente nas paredes das construções. Figura 34 – Eletrodutos a partir de Polímeros. Fonte: SENAI, 2013. Fechamento de Fachada – esquadrias e portas Figura 35 – Porta Sanfonada a partir de Polímeros. Fonte: SENAI, 2013. Um polímero bastante conhecido por nós é o PVC. Sua sigla significa Policloreto de Vinila. O PVC apresenta diversas vantagens para construção civil, o que explica sua 32 vasta utilização, são elas: a) boa resistência química e térmica b) impede a rápida propagação de chama c) pode ser flexível ou rígida. Os perfis de esquadria que conhecemos são confeccionados em PVC e alguns tipos particulares de portas e persianas também são fabricados com o mesmo material (portas sanfonadas). Fechamento de cobertura – Telhas Outro material bastante usual na construção civil é a telha de fibra de vidro, usada para fechamento de cobertura. Essa telha também é chamada de fiberglass ou vitrofibra e possui siglas GRP ou RP. Suas principais vantagens são: a) Baixo peso; b) Resistência a intempéries; c) Facilidade para manutenção; d) Boa resistência química; e) Baixo custo; f) Alta temperatura mecânica, entre outros. As telhas plásticas utilizadas atualmente são feitas de policarbonato, fibra de vidro e polipropileno. Figura 36 – Telha de fibra de vidro a partir de Polímeros. Fonte: SENAI, 2013.33 Pisos e Forros Figura 37 – Piso Vinílico a partir de Polímeros. Fonte: SENAI, 2013. Os pisos vinílicos são derivados do PVC, porém é vendido em forma de placas ou mantas adaptáveis a sua aplicação de ambientes internos e externos. Além deste material, lembramos ainda do papel de parede, que suporta bem a lavabilidade, é econômico e de boa receptividade pelo cliente. Já o forro se apresenta entre a cobertura e os ambientes das edificações, funcionando como um excelente isolante térmico e acústico, além de bons acabamentos internos. Tintas e Vernizes Hoje em dia, as tintas não servem apenas para fins estéticos, sua principal função é proteger o material envolvido. Em suma, é um polimero que tem a consistência viscosa e que, posteriormente, forma uma película fina e aderente. As tintas são produzidas como emulsões acrílicas estirenadas, e os vernizes são polímeros formados a partir de emulsões vinilacrílicas. Esses polímeros apresentam baixo módulo de elasticidade e grande resistência a intempéries. Figura 38 – Tintas a partir de Polímeros. Fonte: SENAI, 2013. 34 6. MATERIAIS CERÂMICOS E VIDROS Vamos relembrar os tipos de materiais que dispomos (Figura 39). Os metais e polímeros já foram estudados nos capítulos anteriores, falaremos agora sobre os materiais cerâmicos e vidros. Figura 39 – Tipos de materiais. Fonte: SENAI, 2013. O termo cerâmica vem do grego Keramikos, que significa matéria-prima queimada, indicando que a otimização das propriedades é atingida por processos em alta temperatura (ignição). Define-se como cerâmico o material inorgânico e não metálico, porém oriundo de compostos formados por elementos metálicos e não metálicos, com ligação predominantemente iônica ou totalmente iônica. A maioria dos materiais cerâmicos se enquadra em uma aplicação-classificação com os seguintes grupos: vidros, produtos estruturais a base de argila, louças brancas, refratários, abrasivos e cimentos. 6.1 MATÉRIAS-PRIMAS A qualidade de um produto cerâmico está no controle da matéria-prima que entra na fábrica. Ao contrário de muitos outros produtos industrializados, a matéria-prima da indústria da cerâmica vem da natureza, sem beneficiamento, refinamento ou processamento prévio. Exceto a cerâmica avançada possui sua matéria-prima industrializada. As principais matérias-primas minerais utilizadas nos produtos cerâmicos são: 35 Para massa – Agalmatolito, argila, bauxito, calcita, caulim, cromita, dolomita, feldspato, filito, granito, magnesita, pegmatito, quartzo, serecita, silimanita, talco e wollastonita. Para vidrados – Calcita, caulim, dolomita, feldspato, quartzo, zirconita, wollastonita. 6.2 CLASSIFICAÇÃO A figura 40 apresenta, de forma simples, a classificação da cerâmica. Iremos rever de forma rápida cada um dos tipos. Figura 40 – Classificação dos materiais cerâmicos. Fonte: CALLISTER JR., 2012. 6.2.1 Vidros Os produtos de vidro são conformados (moldados) a quente quando o material está “fundido” (apresentando-se como um material de elevada viscosidade, que pode ser deformado plasticamente sem se romper). Exemplos no cotidiano: embalagens, janelas, lentes, fibra de vidro. O vidro apresenta as seguintes propriedades: Figura 41– Fibra de Vidro. Fonte: SENAI, 2013. F 36 Não ocorre cristalização (ordenação dos íons em uma estrutura cristalina) durante o resfriamento. Quando o líquido é resfriado, aumenta a sua viscosidade (e diminui o seu volume) até que o material comece a apresentar o comportamento mecânico de um sólido. Não existe uma temperatura de fusão cristalina, mas uma temperatura de transição vítrea (Tg ). 6.2.2 Vidrocerâmicas São vidros inorgânicos transformados, a partir de um estado não cristalino, em um estado cristalino através de um tratamento térmico apropriado a altas temperaturas. Os materiais vidrocerâmicos foram projetados para possuir as seguintes características: Figura 42 –Vidrocerâmica. Fonte: SENAI, 2013. a) Resistência mecânica relativamente elevada; b) Baixos coeficientes de expansão térmica; c) Capacidade de utilização em temperaturas elevadas; d) Boas propriedades dielétricas. 6.2.3 Argila É, sem dúvida, a matéria-prima cerâmica mais utilizada, devido a sua abundância na natureza. Quando misturadas nas proporções corretas, a argila e a água formam uma massa plástica muito boa para modelagem; essa peça é seca e posteriormente cozida a uma elevada temperatura para melhorar sua resistência mecânica. A maioria dos produtos à base de argila se enquadra em duas classificações abrangentes: os produtos estruturais e as louças brancas. F 37 Figura 43– Argila Fonte: SENAI, 2013. Você saberia explicar por que a argila, uma vez que tenha sido cozida em uma temperatura elevada, perde a sua hidroplasticidade? O fenômeno da hidroplasticidade ocorre quando as moléculas de água formam uma fina película ao redor das pequenas partículas de argila. Durante o cozimento, essas partículas individuais se fundem uma com as outras pelo líquido viscoso que preenche o volume dos poros (que era ocupado pela água no estado hidroplástico) entre as partículas. 6.2.4 Refratário Os refratários são materiais capazes de suportar altas temperaturas sem perder suas propriedades físico-químicas (resistência, condutividade térmica e elétrica). As propriedades relevantes destes materiais incluem a capacidade de suportar elevadas temperaturas sem se fundir ou se decompor, e a capacidade de permanecer não reativos e inertes quando expostos a ambientes severos. Além disso, a habilidade de proporcionar isolamento térmico é, com frequência, uma consideração importante. Entre outras características: § Pouco fundente; § Elevadas temperaturas; 38 § Pequena vitrificação; § Baixa porosidade; § Alta resistividade térmica. Figura 44 – Tijolos a base de cerâmica refrataria. Fonte: SENAI, 2013. 6.2.5 Abrasivos As cerâmicas abrasivas são usadas para desgastar, polir ou cortar materiais, que são mais moles. Assim sendo, a principal exigência para essa classe é a dureza ou resistência ao desgaste. Outra característica importante é um alto grau de tenacidade para garantir que as partículas abrasivas não se fraturem com facilidade. Esse material é muito utilizado como disco de esmerilhamento, lixamento e polimento. Figura 45 – Lixadeira a base de cerâmica abrasiva. Fonte: SENAI, 2013. 6.2.6 Cimentos A característica especial desse material é que, quando misturado à água, forma uma pasta que alcança o processo de pega (mudança do estado de consistência constante para consistência crescente) e posteriormente de endurecimento. Esse comportamento 39 é bastante útil no sentido estrutural. Dentro do grupo de cimentos, destaca-se o cimento Portland (cimento hidráulico) produzido pela moagem e mistura de argila e de minerais que contêm cal em proporções adequadas e, posteriormente, aquecido em um forno rotativo, resulta no clínquer, que deve ser moído e adicionado ao gesso para retardar o processo de pega. Figura 46 – Cimento. Fonte: SENAI, 2013. 6.2.7 Cerâmicas Avançadas É uma classe de novas cerâmicas, produzidas com matérias-primas artificiais e processada sob um rigoroso controle, principalmente sobre sua microestrutura. Também são chamadas de “cerâmicas técnicas” ou “cerâmicas finas”. Particularmente, as propriedades elétricas,magnéticas, ópticas e as combinações de propriedades exclusivas das cerâmicas têm sido exploradas em um novo quadro de produtos industrializados. Além disso, são utilizadas em sistema de comunicação por fibras ópticas, em sistema microeletromecânicos (MEMS), entre outros. Figura 47 – Fibra Óptica. Fonte: SENAI, 2013. 40 6.3 PROCESSO DE FABRICAÇÃO Os processos de fabricação empregados pelos diversos segmentos cerâmicos assemelham-se parcial ou totalmente. O setor que mais se diferencia quanto a esse aspecto é o do vidro, embora exista um tipo de refratário (eletrofundido) cuja fabricação se dá através de fusão, ou seja, por processo semelhante ao utilizado para a produção de vidro ou de peças metálicas fundidas. Esses processos de fabricação podem diferir de acordo com o tipo de peça ou material desejado, conforme esquema da figura 48. De modo geral, eles compreendem as etapas de preparação da matéria-prima e da massa, formação das peças, tratamento térmico e acabamento. No processo de fabricação, muitos produtos são submetidos à esmaltação e decoração. Figura 48 – Fabricação de materiais cerâmicos. Fonte: SENAI, 2013. 6.4 PRINCIPAIS ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO Para os materiais cerâmicos, existem alguns testes que podem determinar cada tipo de característica particular do produto, são eles: § Verificação de resistência à compressão de blocos cerâmicos e de concreto; § Determinação de absorção de água em materiais cerâmicos e blocos; 41 § Resistência à flexão de telhas cerâmicas; § Verificação de impermeabilidade em telhas cerâmicas; § Padronização (forma e dimensões) de blocos cerâmicos; § Determinação de absorção de água em telhas cerâmicas; § Padronização (forma e dimensões) de telhas cerâmicas. 42 7. AGLOMERANTES É todo material geralmente pulverulento, ou seja, em disposição de pó muito fino facilmente levado com o vento que, sob forma de pasta, tem a propriedade aglutinante, que por natureza junta, reúne, solidificando-se e, posteriormente, endurecendo com o passar do tempo.Antes de estudar esse assunto, vamos firmar alguns conceitos básicos: Agregado= materiais “inertes” (granulosos); Pasta = aglomerante + água; Nata = pasta muito fluida; Argamassa = pasta + agregado miúdo; Concreto = argamassa + agregado graúdo. Para caracterizar esse tipo de material, seguiremos 2 tipos principais de classificação, quanto à composição e classificação geral, conforme esquema abaixo. 7.1 CLASSIFICAÇÃO QUANTO À COMPOSIÇÃO a) Simples - tem na sua composição apenas aglomerante. Ex: gesso e cal hidratada. Figura 49 – Gesso. Fonte: COMMONS WIKIMEDIA, 2013. 43 b) Composto – tem na sua composição a adição de outras substâncias de propriedade também aglomerante. Ex: cimento Portland. Figura 50 – Cimento Portland. Fonte: SXC.HU, 2013. c) Aditivado – tem na sua composição adição de produtos com diferentes finalidades. Normalmente, adicionado a uma mistura de aglomerante, conforme figura 51. Ex: aditivos retardadores de pega. Figura 51 – Aplicação de aditivo. Fonte: SENAI, 2013. 7.2 CLASSIFICAÇÃO GERAL: 1) Aéreos – pouco resistentes à ação prolongada da água; utilizáveis em ambientes secos. Ex: cal, gesso. 2) Hidráulicos – mais resistentes à ação prolongada da água; utilizáveis em ambiente externo ou úmidos. 44 Ex: Cimentos Portland Os aglomerantes têm a função de unir seus componentes e, na presença de água, gerar uma pasta que posteriormente pode endurecer. Pega é o fenômeno físico-químico em que ocorrem as reações químicas e, consequentemente, o endurecimento do aglomerante logo que em contato com a água. Esse processo segue uma ordem, chamada de tempo, como é descrito na figura 52. O 1o tempo, chamado de Tempo de Início de Pega (TIP), corresponde ao intervalo de tempo decorrido desde o lançamento de água no aglomerante até o instante em que a pasta apresenta grande perda de plasticidade. O 2o tempo, o Tempo de Fim de Pega (TFP), corresponde ao intervalo de tempo decorrido desde o lançamento da água no aglomerante até o instante em que a pasta perdeu completamente a sua plasticidade.Terminada a fase de pega, tem-se o início da fase de endurecimento, que pode durar vários meses caso as condições sejam favoráveis (havendo água e aglomerante disponíveis). Figura 52 – Esquema de Pega e endurecimento. Fonte: SENAI, 2012. 45 8. AGREGADO Agregado é o nome dado aos fragmentos de rocha originados de ação mecânica promovida pelo homem ou pela natureza. A principal função do agregado é compor a mistura de concreto. Como parâmetro, seria cerca de ¾ do volume de concreto. Por isso,a qualidade dosagregados temimportância básica na obtenção de um bom concreto, exercendo nítida influência não apenas na resistência mecânica do produto acabado, como também em sua durabilidade e no desempenho estrutural. A função básica é dar volume ao concreto, economizando pasta e minimizando os problemas causados pelas retrações da pasta nas argamassas e concretos. 8.1 CLASSIFICAÇÃO DOS AGREGADOS Os agregados se enquadram em três tipos de classificação: quanto à origem, densidade e dimensão. Veremos cada uma dessas. 8.1.1 Classificação quanto à origem Naturais – são os agregados que não sofrem beneficiamento industrial, ou seja, são retirados diretamente da natureza. Exemplo: areia natural e o cascalho. Artificiais – são os agregados que sofrem beneficiamento industrial. Exemplo: a pedra britada. Figura 53 – Areia Natural Fonte: SXC.HU, 2013. Figura 54 – Pedra britada Fonte: SXC.HU, 2013. 46 Nos agregados naturais temos sempre a dúvida de que as areias de dunas ou de rios são utilizadas na construção civil. Areias de cava de rio são consideradas boas para obras devido a sua granulometria e poucas impurezas. Já areias de dunas não são utilizadas devido ao alto teor de sódio presente na sua composição. Este sal pode reagir com C3A do cimento e formar um elemento expansivo ou corroer a armadura. 8.1.2 Classificação quanto à densidade Leves – são os agregados que possuem massa unitária menor que 1kg/dm³, muito utilizados em concretos leves. Exemplo: a argila expandida. Normais – são os agregados que possuem sua massa unitária entre 1 e 2kg/dm³, usados em concretos normais. Exemplo: a areia. Pesados – são os agregados com massa unitária maior de 2kg/dm³, usados em concreto de alto desempenho. Exemplo: a magnetita. 8.1.3 Classificação quanto às dimensões Antes de determinarmos a classificação quanto às dimensões, precisamos entender como é feito o ensaio de grãos, chamado de Ensaio Granulométrico por Peneiramento. É um processo de determinação da dimensão dos grãos, resultado do peneiramento de uma amostra de solo seca e, por consequência, indicação dos percentuais de cada faixa de tamanho. Mas como isso é feito? Para execução deste ensaio são utilizadas peneiras de graduação diferentes, que retêm grãos de determinados tamanhos, conforme figura abaixo. Figura 55 –Peneiras Granulometricas Fonte: SENAI, 2013. 47 Estas peneiras recebem a numeração adequada ao tamanho do grão, ou seja, os grãos com diâmetro menor que a peneira passa para peneira inferior que, por sua vez, possui diâmetro aindamenor. Veja a graduação destas peneiras na figura abaixo. Figura 56 – Graduação das peneiras Fonte: SENAI, 2013. Depois do ensaio, procede-se a determinação dos grãos conforme a classificação abaixo: Graúdos – são agregados que passam na peneira com abertura de 2” (50,8 mm) e ficam retidos na peneira de nº 10 (2,0 mm). Exemplo: o cascalho. Miúdos – são agregados que passam na peneira nº 10 (2,0 mm) e ficam retidos na peneira nº 200 (0,075 mm). Exemplo: a areia natural. Enchimento – são agregados que passam pelo menos 65% na peneira nº 200 (0,075 mm). Exemplo: o cimento Portland. Em seguida, a equipe de laboratório elabora a curva granulométrica, capaz de demonstrar essa classificação de maneira mais simples. Veja um exemplo desta curva. 48 Figura 57 – Curva granulométrica Fonte: www.scielo.br Com base nesta curva, determina-se a seguinte classificação: ● Granulometria Contínua – Solo bem graduado. ● Granulometria Descontínua – Solo mal graduado. ● Granulometria Uniforma – Solo uniforme Figura 58 – Classificação da curva granulométrica Fonte: www.fag.edu.br A norma que rege a classificação do solo de acordo a sua granulometria é a NBR 6502/95. 49 9. ARGAMASSA Argamassa é uma mistura homogênea de agregado(s) miúdo(s), aglomerante(s) inorgânico (s) e água, contendo ou não aditivos ou adições, com propriedades de aderência e endurecimento. Argamassas de cimento e areia com aditivos incorporadores de ar têm sido uma opção viável e bastante utilizada. Diversas obras adotam como revestimento de alvenarias traço de 1:6 e 1:8 (cimento:areia) com incorporador de ar para reboco externo e interno respectivamente. Vale salientar que essa solução torna a argamassa muito rígida, com pouca capacidade de movimentação. Tratando-se de estruturas muito esbeltas, essa solução deve ser evitada, devido a maior possibilidade de ocorrer deformações na estrutura e, consequentemente, fissuração no revestimento. 9.1 CLASSIFICAÇÃO DA ARGAMASSA CRITÉRIO DE CLASSIFICAÇÃO TIPO Quanto à natureza do aglomerante Argamassa aérea; Argamassa hidráulica. Quanto ao tipo de aglomerante Argamassa de cal; Argamassa de cimento; Argamassa de cimento e cal; Argamassa de gesso; Argamassa de cal e gesso. Quanto ao número de aglomerantes Argamassa simples; Argamassa mista. Quanto à consistência da argamassa Argamassa seca; Argamassa plástica; Argamassa fluida. Quanto à plasticidade da argamassa Argamassa pobre ou magra; Argamassa média ou cheia; Argamassa rica ou gorda. Quanto à densidade de massa da argamassa Argamassa leve; Argamassa norma; Argamassa pesada. Quanto à forma de preparo ou fornecimento Argamassa preparada em obra; Mistura semipronta para argamassa; Argamassa industrializada; Argamassa dosada em central. Tabela 04 – Classificação das argamassas Fonte: ISAIA, 2011. 50 A argamassa apresenta algumas finalidades básicas, tais como ligar pedras, regularizar superfícies, impermeabilizar e revestir. Tem como principais propriedades boa resistência ao esmagamento, poder de aderência e impermeabilidade. Quanto à função, a argamassa pode ser para assentamento ou fixação de alvenaria, e também para revestimento de parede, tetos e ou pisos, sendo a função de revestimento o nosso foco de estudo. 9.1.1 Argamassa de chapisco É uma argamassa rica em cimento, geralmente 1:1 ou 1:2 (cimento:areia), de consistência muito fluida, preparada para ser lançada sobre a superfície do substrato, com o objetivo de melhorar a ligação entre o bloco e o emboço. 9.1.2 Argamassa de reboco É uma argamassa com textura fina e espessura inferior a do emboço. Sua utilização deve conferir à camada superficial condições adequadas à pintura da parede, camada de acabamento composta na maioria dos casos por selador, massa corrida e tinta, sempre nessa sequência. 9.1.3 Argamassa de emboço É uma camada de argamassa mais grossa e áspera. A rugosidade superficial melhora a ligação entre ela e a próxima camada conhecida como reboco, que deve ser dosado segundo as condições de agressividade do meio, características e propriedades dos materiais empregados. Para simplificar, veja a figura 59, na qual é identificado cada tipo de argamassa de revestimento, aplicado de forma ideal. 51 Figura 59 – Disposição da argamassa como revestimento. Fonte: SENAI, 2013. 52 10. CONCRETO É a pedra artificial produzida pela mistura de cimento, água e materiais inertes que, empregados em estado plástico, endurecem com o passar do tempo devido à hidratação do cimento, isto é, sua combinação química com a água. Com o tempo, o concreto vai aumentando sua resistência. Serão considerados concretos de massa específica normal (ρc) compreendida entre 2000 kg/m3 e 2800 kg/m3. Para efeito de cálculo, pode-se adotar para o concreto simples o valor 2400 kg/m3 e para o concreto armado 2500 kg/m3. 10.1 PROPRIEDADES MECÂNICAS Estudaremos as principais propriedades mecânicas do concreto. Essas propriedades são definidas a partir de ensaios realizados conforme normas e condições específicas. 10.1.1 Resistência à Compressão É a característica mecânica mais importante representada por (fc).Todos os ensaios são realizados para controle da qualidade e atendimento às especificações técnicas. O corpo de prova padrão brasileiro é o cilíndrico 15 cm de diâmetro e 30 cm de altura, e apresenta idade de referência de 28 dias para realização dos ensaios. Após ensaio de um número muito grande de corpos de prova, podemos gerar Curva Estatística de Gauss ou Curva de Distribuição Normal, conforme figura abaixo. Nesta curva, encontram-se dois valores de fundamental importância: a resistência média do concreto à compressão, (fcm), e resistência característica do concreto à compressão, (fck). O valor fcm é a média aritmética dos valores de fc para o conjunto de corpos de prova ensaiados, e é utilizado na determinação da resistência característica, fck, por meio da fórmula fck = fcm − 1,65s. O desvio-padrão corresponde à distância entre a abscissa de (fcm) e a do ponto de inflexão da curva (ponto em que ela muda de concavidade). 53 Figura 60 – Curva Estatística de Gauss. Fonte: SENAI, 2013. Para construir este gráfico, é necessário antes resultados de diversos corpos de prova; após estes ensaios, os resultados são analisados por uma equipe especializada.O valor 1,65 que aparece na formula corresponde a apenas 5% dos corpos de prova deste ensaio, que possuem (fc)<(fck), ou ainda 95% dos corpos de prova possuem (fc) ≥ (fck). Portanto, pode-se definir (fck) como sendo o valor da resistência que tem 5% de probabilidade de não ser alcançado, em ensaios de corpos de prova de um determinado lote de concreto. Nas obras, devido ao pequeno número de corpos de prova ensaiados, calcula-se fck. 10.1.2 Resistência à tração O ensaio de tração se apresenta em três formas: Tração direta (fct) Aplica-se tração axial até a ruptura em corpos de prova de concreto simples. A seção central é retangular, medindo 9 cm por 15 cm, e as extremidades são quadradas, com 15cm de lado. 54 Figura 61 – Tração direta. Fonte: SENAI, 2013. Tração na compressão diametral (fct,sp) Para a sua realização, um corpo de prova cilíndrico de 15 cm por 30 cm é colocado com o eixo horizontal entre os pratos da prensa, sendo aplicada uma forçaaté a sua ruptura por tração indireta (ruptura por fendilhamento). Figura 62 – Tração na compressão diametral. Fonte: SENAI, 2013. 55 Tração na flexão (fct,f) Figura 63 – Tração na flexão. Fonte: SENAI, 2013. Para a realização deste ensaio, um corpo de prova de seção prismática é submetido à flexão, com carregamentos em duas seções simétricas até a ruptura. O ensaio também é conhecido por “carregamento nos terços”, pelo fato de as seções carregadas se encontrarem nos terços do vão. Relações entre os resultados dos ensaios Como os resultados obtidos nos dois últimos ensaios são diferentes dos relativos ao ensaio de referência de tração direta, há coeficientes de conversão: fct, = 0,9 fct,spoufct, = 0,7 fct,f 10.1.3 Módulo de Elasticidade A relação entre tensão e deformação, para determinados intervalos, pode ser considerada linear (Lei de Hooke). Quando não forem feitos ensaios e não existirem dados mais precisos sobre o concreto, para a idade de referência de 28 dias, pode-se estimar o valor do módulo de elasticidade inicial usando a expressão abaixo. Eci e fck são dados em MPa. σ = E ε σ = a tensão, ε = a deformação específica E = o Módulo de Elasticidade 56 Eci = 5600 fck1/2 Coeficiente de Poisson Quando uma força uniaxial é aplicada sobre uma peça de concreto, resulta em uma deformação longitudinal na direção da carga e, simultaneamente, uma deformação transversal com sinal contrário. A relação entre a deformação transversal e a longitudinal é denominada coeficiente de Poisson e indicada pela letra ν. Para tensões de compressão menores que 0,5 fc e de tração menores que fct, pode ser adotado ν = 0,2. Figura 64 – Deformação em referência ao coeficiente de Poisson. Fonte: SENAI, 2013. 57 11. TRAÇOS DE CONCRETO E ARGAMASSA 11.1 TRAÇO DE ARGAMASSA Traço é a relação, em volume, entre os elementos que compõem a argamassa, ou seja, entre os aglomerados e o agregado miúdo. O processo decorre das relações entre os volumes aparentes e os volumes reais dos componentes e a quantidade de água de amassamento. Segue o passo a passo. Volumes reais de alguns materiais importantes no traço MATERIAL VOLUME REAL Cal em pasta 1,00 m3 Cimento 0,47 m3 Areia fina 0,50 m3 Brita 0,50 m3 Areia média 0,55 m3 Areia grossa 0,60 m3 Tabela 05 – Relação Material e Volume Real. Fonte: SENAI, 2012. 1. Pesos específicos dos materiais componentes principais: - Cimento: 1400 kg/m³ - Cal em pasta: 1300 kg/m³ - Cal viva (em pedra): 1200 kg/m³. 2. Outras relações importantes: a) 1 m³ de cal viva produz 1,5 m³ de cal em pasta. b) 1m³ de cal viva = 1200 kg e equivale 800 kg de cal em pasta. c) Quantidade média de água por traço: 0,15 do Vol. Ap. 58 EXEMPLOS DE CÁLCULOS Calcular a quantidade dos materiais integrantes de 1m³ de argamassa 1 Ca em pasta x 3 em areia fina (1:3). Vol aparente Vol real 1 m³ de cal em pasta 1,0 m³ + 3 m³de areia fina (3x0,50) 1,5 m³ 4 m³ Água 0.15 x4 0,6 m³ 3,1 m³ + Cálculo das quantidades dos materiais Cal em pasta:1/3,1 = 0,323 m³0,323m³ x1300kg/m³ = 419 kg cal viva: 0,323 m³ x 800 kg/m³ = 258 kg Areia fina: 3/3,1 = 0,968 m³. Água: 0,6/ 3,1 = 0,193 m³ = 193l. 11.2 TRAÇO DE CONCRETO É a relação, em volume, entre o cimento, o agregado miúdo (areia grossa lavada) e o agregado graúdo (brita,pedregulho, cascalho). Ex. 1:4:8 Critério para fixação da resistência de dosagem: Fixar a condição característica da obra pela resistência do concreto fck, estipulado no concreto, na idade “f” dias, definida na fórmula abaixo. Fcj = Fck + 1,65 Sd Onde Sd é o desvio padrão definido da seguinte forma: Fck 10 á 80MPa = Sd 4,0 Mpa Fck 10 á 20MPa = Sd 5,5 Mpa Fck 10 á 15MPa = Sd 7,0 Mpa 59 A composição do traço é definida da seguinte forma: 1 : X : A : B 1 – Cimento X – Água A – Areia B – Brita O fator água/cimento X é determinado em função da resistência média aos 28 dias, conforme tabela 06. Fator água / cimento (x) Para cimento portland tipo I Resistência média aos 28 dias (ƒcm) Kgƒ/cm2 MPa 0,37 450 45 0,40 400 40 0,45 350 35 0,50 300 30 0,55 250 25 0,60 220 22 0,65 200 20 0,70 175 17,5 0,75 150 15 0,80 130 13 0,90 100 10 Tabela 06 – Determinação do fator água/cimento. Fonte: SENAI, 2012. Consumo de Cimento O consumo de cimento C (kg de cimento por m³ de concreto) pode ser calculado pela seguinte fórmula: 1000 – 1,5% = C * ( 1/mc+ X/mx + A/mA + B/mB) A parte da esquerda corresponde a 1000 litros menos 1,5% de ar em volume normalmente incorporado na mistura. Lembrando que, na fórmula, deve-se utilizar a massa específica e não a massa aparente. Para isso, vamos descrever cada massa específica: Mc = massa específica do cimento = 3,125 kg/l Mx = massa específica da água = 1 kg/l 60 MA = massa específica da areia = 2,60 kg/l MB = massa específica da brita = 2,75 kg/l Fórmula para determinação das massas dos agregados em função de X. Massa de agregado para 1kg de cimento Tipo de concreto para colocação com vibrador Sem aditivo Com aditivo Brita (B) 0,5. x y 0,55. x y Areia (A) 0,5. x - 1 y 0,45. x - 1 y Tabela 07 – Determinação da massa de agregado. Fonte: Autor Relação Peso da Água e Peso dos Sólidos Diâmetro máximo do agregado dmax Concreto sem aditivo com aditivo 19 mm 9% 8% 25 mm 8,5% 7,5% Tabela 08 – Peso da Água x Peso de Sólidos. Fonte: SENAI, 2012. EXEMPLO: Calcular um traço em peso sem aditivo plastificante com as seguintes características: Fck = 20Mpa e Dmáx. = 19mm Resolução: Fcj = 20+ 1,65* 4,0 = 26,5 Mpa Com o valor da resistência média, pode-se determinar o valor de X através da tabela 06. Como não há o valor de 26,6 Mpa, deve-se fazer uma interpolação para se economizar cimento nos valores entre 25 e 30 Mpa. (30-25) / (0,50-0,55) = (30-26,5) / (0,50-X) = X = 0,535. 61 Com o Dmáx. = 19mm Y = 9% = 0,09. Assim sendo, segundo a tabela 08, determinamos os agregados: A =0,5 * ( X/Y) – 1 = 0,05 * ( 0,535/0,009) – 1 = 1,97 B = 0,5 * (X/Y) = 0,5 * ( 0,535/0,009) = 2,97 Traço solicitado: cimento – areia – brita 1 : 1,97 : 2,97 62 12. CRITÉRIOS DE DOSAGEM Devem ser determinados os seguintes itens: Cálculo da resistência de projeto fcdj; Determinação das britas a serem usadas. Para uso em concreto armado, as britas comuns são “brita 2” (Dmáx. = 25mm) e “brita 1” (Dmáx. = 19mm). Verifica-se, portanto, se é possível a utilização da brita 2 de acordo com as limitações vistas anteriormente. Se for viável o uso da brita 2, usa-se uma mistura das duas britas, com a finalidade de obter a máxima compacidade (menor quantidade de vazios), minimizando o custo do concreto. A metodologia para esse uso é descrita a seguir. Pelo método previsto na NBR 7810, para determinação da Massa Unitária no estado compactado seco, testam-se diversas misturas entre os dois tamanhos de britas até encontrar a proporção de maior densidade. Para tal, é separado 30Kg de brita 2 em um recipiente predeterminado,obtendo-se a massa unitária no estado compactado. Prossegue-se, então, fazendo “interações” com o aumento em cada uma delas de 10% de brita 1, obtendo-se proporções 90/10, 80/20, 70/30 e assim por diante. Ao longo do crescimento da proporção da brita 1, a massa unitária compactada deve aumentar até a estabilização (ponto que significa que não adianta mais aumentar a quantidade de brita 1), sendo assim, a proporção ideal de mistura entre as duas graduações de brita. A fase experimental parte do princípio de que são necessários três pontos para poder montar o diagrama de dosagem, que relacionam a resistência à compressão, relação a/c, traço e consumo de cimento. Para determinar esse diagrama, inicia-se o estudo usando três traços bem representativos: 63 Traço base = 1:5 (1Kg de cimento para cada 5Kg de agregados secos) Traço rico = 1: 3,5 Traço pobre = 1:6,5 Para determinar, dentro do peso dos agregados, quanto será de agregado graúdo e quanto de miúdo, precisa-se saber o “teor ideal de argamassa”, já estudado. 64 13. OUTROS MATERIAIS MADEIRA Na condição de material de construção, as madeiras incorporam todo um conjunto de características técnicas, econômicas e estéticas que dificilmente se encontram em outro material existente. Assim, este material apresenta: § Resistência mecânica tanto a esforços de compressão como aos esforços de tração na flexão (foi o primeiro material de construção a ser utilizado tanto em colunas como em vigas); § Tem resistência mecânica elevada, superior ao concreto, com a vantagem do peso próprio reduzido; § Resiste excepcionalmente a choques e esforços dinâmicos. Apresenta boas características de isolamento técnico e absorção acústica; § Tem facilidade de afeiçoamento e simplicidade de ligações: pode ser trabalhado como ferramentas simples; § Em seu estado natural, apresenta finalidade de padrões estéticos e decorativos. TINTAS As tintas, que são os produtos mais usados para proteger materiais, são constituídas essencialmente de uma suspensão de partículas opacas (pigmentos) em veículos fluidos. A principal função das partículas é cobrir e decorar a superfície; a do veiculo, aglutinar as partículas e formar um película de proteção. A composição básica das tintas é formada pela resina, pigmentos, solvente e aditivos, que funcionam da seguinte maneira: Resina - é responsável pela fixação da tinta no local onde esta é aplicada. Ao fazer uma analogia com o concreto, a resina, em relação à tinta, tem a mesma função do aglomerante. A tinta tem como veículo as resinas; Pigmentos - são responsáveis pela cobertura, rendimento, coloração e volume; Solvente - é responsável pela solubilização dos componentes, pela viscosidade e pelo tempo de secagem das tintas; 65 Aditivos - são responsáveis pela correção e melhoria das tintas, proporcionando características especiais a esta. Os aditivos atuam na condição de produção, armazenamento, aplicação e vários outros, os quais serão citados a seguir. VERNIZES Como já vimos, os vernizes são polímeros, que se apresentam em forma de óleos ou solventes. Os dois tipos principais são: Vernizes à base de óleo – apresentam em sua composição resina e óleo secativo; Vernizes à base de solventes – são convertidos em película útil após a evaporação do solvente. Além desses, a fabricação de vernizes tem ampliado bastante suas propriedades conforme necessidade do mercado. Veja mais alguns: Verniz sintético plástico – é aplicado para impedir a ação de resinas provenientes de madeiras tropicais sobre o filme da tinta. Indicado para madeiras resinosas; Preservativos ou fungicidas – são vernizes aplicados para proteção de ataques de microrganismos, cupins e traças; Verniz poliuretano com filtro solar mono componente fosco e solvente alifático – é aplicado como acabamento do sistema de pintura, em superfícies externas e internas; Verniz poliuretano sem filtro solar mono componente fosco e solvente alifático – é aplicado como acabamento do sistema de pintura em superfícies internas; Verniz poliuretano com filtro solar mono componente brilhante e solvente alifático – é aplicado como acabamento do sistema de pintura, em superfícies externas e internas. 66 CONTROLE TECNOLÓGICO DOS MATERIAIS São os serviços que garantem a qualidade do material de forma satisfatória ao cliente e atendendo às normas de exigência. A execução de uma obra demanda inicialmente a escolha de materiais adequados, que devem atender as especificações vigentes, as quais determinam os índices mínimos de qualidade necessários. Estes materiais devem ser escolhidos levando-se em consideração as razões técnicas, econômicas, ambientais e também a estética (beleza exterior), sendo que, do ponto de vista técnico, eles devem atender principalmente aos seguintes aspectos: § Resistência solicitada (compressão, tração, flexão, cisalhamento, torção); § Trabalhabilidade, que responde pela facilidade de manusear; § Durabilidade, que está relacionada com aspectos tais como obras temporárias e definitivas; § Higiene que se torna hoje mais importante, envolvendo o ser humano e o meio ambiente. Os serviços desenvolvidos por empresas de controle tecnológico são basicamente: estudo de dosagem de concretos e argamassas, acompanhamento dos serviços de concretagem, moldagem de corpos de prova, extração de testemunhos, realização de ensaios, entre outros. As normas que auxiliam a análise e aceitação do concreto, tanto no estado fresco quanto endurecido são: NBR 7223: Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone – método de ensaio (“SLUMP TEST”); NBR 5739 (1994): Concreto - Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndrico; NBR 12655 (1996): Concreto – Preparo, controle e recebimento; NBR 12654: Ensaios que caracterizam os materiais, como massa específica, granulometria etc. 67 RECAPITULANDO No primeiro capítulo, fizemos uma abordagem sobre o tipos de materiais; no capítulo 2, verificamos a ampla diversidade dos materiais utilizados na Construção Civil de acordo com as necessidades abordadas. Vimos também as várias classificações destes materiais, quanto a sua origem, composição química e aplicação dos mesmos. O capitulo 3 descreve de maneira clara as principais características e propriedades dos materiais, além de discorrer sobre a importância de ter esses conceitos ou, pelo menos, entender os grupos aos quais cada material pertence. Assim sendo, daremos continuidade ao nosso programa. Estudamos, ainda, no quarto capítulo, a definição do metal, como sendo elemento químico existente no estado sólido como cristal ou agregado de cristais. Analisamos suas estruturas cristalinas e suas classificações, como materiais ferrosos e não ferrosos, seguido de alguns exemplos. Relembramos também a forma de obtenção dos materiais: a priori, encontram-se nas jazidas, de onde o minério é extraído e moído para, após esse processo, ser fundido. Vimos ainda sua aplicação no âmbito da Construção Civil. Para fechar o capítulo, vimos as formas de tratamento térmico e seus principais ensaios voltados para propriedades mecânicas. No capítulo 5, relembramos a definição, função e classificação dos polímeros. Relembramos suas aplicações na Construção Civil, na parte de instalações elétricas e hidráulicas, no uso de telhas, papéis de paredes e telhas a base de polímeros. Vimos seus principais comportamentos técnicos
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