Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
LAMAT Profª Maria Aparecida Nogueira Campos LABORATÓRIO DE MATERIAIS LAMAT OBJETIVO: Apresentar aos alunos de engenharia civil os ensaios em materiais, enfatizando a importância das Normas, da interpretação dos resultados dos ensaios, suas aplicações, causas e consequências. LAMAT Profª Maria Aparecida Nogueira Campos I - INTRODUÇÃO: I.1 Ensaios: Como você se sentiria se a chave de fenda que acabou de comprar, quebrasse ao dar a primeira volta? Ou se a cerâmica refratária, dita capaz de suportar altas temperaturas sem perder suas propriedades, teve problema ao ser utilizada em um forno industrial? Se o granito escolhido para o banheiro, em pouco tempo está manchado? Hoje em dia ninguém se contenta com objetos que apresentem esses resultados. Mas por longo tempo essa foi a única forma de avaliar a qualidade de um produto! Antigamente, como a construção dos objetos era essencialmente artesanal, não havia um controle de qualidade regular dos produtos fabricados. Avaliava-se a qualidade de uma lâmina de aço, a dureza de um prego, a pintura de um objeto simplesmente pelo próprio uso. Um desgaste prematuro que conduzisse à rápida quebra da ferramenta era o método racional que qualquer um aceitava para determinar a qualidade das peças, ou seja, a análise da qualidade era baseada no comportamento do objeto depois de pronto e do uso. Os acessos a novas matérias-primas e o desenvolvimento dos processos de fabricação obrigaram a criação de métodos padronizados de produção em todo o mundo. Ao mesmo tempo, desenvolveram-se processos e métodos de controle de qualidade dos produtos. Atualmente, entende-se que o controle de qualidade precisa começar pela matéria-prima e deve ocorrer durante todo o processo de produção, incluindo a inspeção e os ensaios finais nos produtos acabados. Nesse quadro, é fácil perceber a importância dos ensaios de materiais. É por meio deles que se verifica as propriedades dos materiais que os tornarão adequados ao uso. Algumas das propriedades analisadas são: Compressão, Tração, Cisalhamento, Cortante, Flambagem, Flexão, Torção. É evidente que os produtos têm de ser fabricados com as características necessárias para suportarem esses esforços. Mas como saber se os materiais apresentam tais características? REALIZANDO OS ENSAIOS! Os Ensaios são procedimentos padronizados que compreendem testes, cálculos, gráficos e consultas a tabelas, tudo isso em conformidade com Normas Técnicas. Realizar um ensaio consiste em submeter um objeto já fabricado ou um material que vai ser processado industrialmente, a situações que simulem os esforços que eles vão sofrer nas condições reais de uso, chegando a limites extremos de solicitação. O Engenheiro deve conhecer as propriedades físicas dos materiais, a fim de saber a sua adequada utilização de acordo com as exigências de uma dada construção. Por exemplo: Em uma câmara frigorífica, uma exigência de desempenho básica é que o material a ser empregado tenha boas características de isolamento térmico. O estudante de engenharia civil deve ter uma atenção especial ao estudo dos materiais empregados, suas propriedades, limitações, vantagens e sua utilização; que devem ser perfeitamente conhecidas. LAMAT Profª Maria Aparecida Nogueira Campos II – ROCHAS PARA REVESTIMENTO: II .1 INTRODUÇÃO: As rochas constituem elementos utilizados em obras de engenharia e em materiais utilizados na sua construção. Estão presentes nas obras arquitetônicas antigas como nas pirâmides do Egito, e em monumentos como pontes, estradas, aquedutos, palácios, castelos e igrejas. Foram muito utilizadas devido a sua abundância na natureza, sua resistência e durabilidade. Pela sua grande diversidade de padrões, a rocha como material de construção se apresenta de diversas formas: - na forma natural (pedra britada, lajotas, paralelepípedos, alvenaria), - beneficiada (placas para revestimento de pisos, paredes e fachadas; bancadas), - industrializada (cimento), - ou como elemento ornamental. Para a utilização adequada das rochas na construção civil, seja como fundação, agregados pra concreto, pavimento ou revestimento, é muito importante o conhecimento básico desses materiais: o que são, do que e como se constituem e, principalmente, como isto influencia nas suas propriedades físicas e mecânicas. A determinação da natureza das rochas se inicia nos trabalhos de campo e se completa em laboratório. As rochas compõem-se de 03 grandes grupos: -Rochas Ígneas ou Magmáticas – resultam da solidificação do magma, gerado no interior da crosta terrestre. Exemplo: granitos (formadas em profundidade – principais minerais: quartzo e feldspato). Sua abundância e boas características físicas e mecânicas favorecem seu uso em obras civis, e sua aparência os torna muito apreciados para uso como rocha ornamental e para revestimento. - Rochas Metamórficas – derivadas de outras preexistentes. Exemplo: Mármores (predominante calcita ou dolomita) e Quartzitos; Ardósias (predominante mica) e Gnaisses (quartzo/feldspática) -Rochas Sedimentares – formadas pela erosão, transporte, decomposição de rochas e precipitação quimica. Exemplo: arenitos; calcários e dolomitos (natureza química); travertino. A estratificação é típica de rochas sedimentares, com camadas distintas e espessuras variáveis. II .2 ROCHAS PARA REVESTIMENTOS As Rochas Ornamentais são todos os materiais rochosos aproveitados pela aparência estética e utilizados como elemento decorativo, em trabalhos artísticos e como materiais de construção. LAMAT Profª Maria Aparecida Nogueira Campos Já as Rochas para Revestimento constituem uma aplicação específica das rochas ornamentais, compreendendo os produtos do desmonte de materiais rochosos em blocos, constituídos de: -placas e ladrilhos (pisos, escadas, fachadas e paredes). -peças acabadas e semi-acabadas (tampos de mesas, bancadas de cozinhas, e de lavatórios, tampos para uso na construção civil). Elas são agrupadas, para efeito comercial, em 02 grandes categorias: mármores e granitos. No Brasil, o uso da Pedra é quase totalmente destinado para revestimento. O país situa- se entre os maiores produtores mundiais de mármores e granitos. O Espírito Santo é o maior produtor nacional e os Estados Unidos o maior consumidor internacional. O padrão estético constitui o principal critério para escolha e valorização da rocha de revestimento, e é regido pela moda. Antigamente, apenas o critério estético atendia em parte, pois o mercado era dominado por poucos tipos de rochas, e eram principalmente granitos. Atualmente, devido à diversidade de materiais, usos e tecnologias, necessita- se incorporar critérios técnicos na escolha da rocha. Por exemplo, a seleção de uma rocha para pavimento, envolve critérios distintos daqueles para outra aplicação, como em fachadas. Abaixo segue tabela 1.1 que relaciona as propriedades das rochas e sua importância com relação ao seu uso. Tabela 1.1 - propriedades para a escolha de rochas, conforme o emprego. Função do Revestimento Pisos Paredes Propriedades Externo Interno Externa Interna Fachada Bancadas de Cozinha Absorção x x x x x x Dilatação Térmica x x x x x - Flexãox x x x x x Compressão x x x x x - x = obrigatória; x = muito importante; x = importante A correta utilização da rocha, requer o auxílio de Normas, que permita a orientação na escolha do material adequado e que forneça parâmetros para a correta elaboração dos projetos arquitetônicos. A Normalização se desenvolve em 02 níveis: o dos procedimentos de ensaios; e o dos requisitos (especificações) que os materiais devem cumprir, de acordo com o seu uso. Segue tabela 1.2 com os requisitos a serem atendidos para os Granitos: LAMAT Profª Maria Aparecida Nogueira Campos Tabela 1.2 – Especificação para granito NORMA Tipo de Rocha Densidade Aparente(ρa) kg/m³ Absorção(αa) % Resistência à Compressão Uniaxial (σc) MPa Resistência à Tração na Flexão (σtf) MPa Resistência à Flexão – Ensaio a 4 pontos (σf) MPa ABNT NBR 15844 Granito > 2550 < 0,4 > 100 > 10 > 8,0 II .3 NORMAS PARA CONSULTA: A determinação das propriedades de rochas é realizada em laboratório, por meio de ensaios normalizados, e compreendem a obtenção de parâmetros petrográficos, físicos e mecânicos que permitam a caracterização tecnológica da rocha para uso na construção civil ou no revestimento de edificações. Os ensaios representam as diversas solicitações às quais a rocha é submetida, desde a extração, esquadrejamento, serragem dos blocos em chapas, polimento das placas, recorte em ladrilhos, até seu emprego final. Para a realização de ensaios tecnológicos, a amostragem tem papel primordial devendo ser realizada pelo produtor, preferencialmente acompanhado por um técnico do laboratório, e ser o mais representativa possível do material a ser explorado, inclusive contendo as variações mais comuns. Diversos estudos mostram que a presença da água na rocha provoca vários efeitos nas propriedades das rochas, dentre os quais a redução da resistência mecânica. Por esse motivo, os ensaios mecânicos devem ser realizados em corpos de prova secos e saturados. Abaixo estão as duas principais Normas relacionadas à realização de ensaios em rochas para revestimento: a)*MB 28 ou ABNT NBR 6490 - Reconhecimento e amostragem para fins de caracterização de ocorrência de rochas. Esta Norma fixa as condições de reconhecimento e amostragem de rochas. b)*ABNT NBR 15845:2010 - Rochas para revestimento - Métodos de Ensaio. Esta Norma especifica os métodos de ensaios em rochas para revestimento, que são: - Análise petrográfica. - Densidade aparente, porosidade aparente e absorção de água. - Coeficiente de dilatação térmica linear. - Resistência ao congelamento e degelo. - Resistência à compressão uniaxial. - Método de ruptura (flexão por carregamento em três pontos). - Flexão por carregamento em quatro pontos. - Resistência ao impacto em corpo duro. LAMAT Profª Maria Aparecida Nogueira Campos II.3.1 – Resumo e comentário da Norma NBR 6490/85 MB 28: “Reconhecimento e amostragem para fins de caracterização de ocorrência de rochas”, tem como objetivo fixar as condições exigíveis aos trabalhos para reconhecimento e amostragem, para fins de caracterização, de ocorrências de rochas suscetíveis de utilização como material de construção em obras de engenharia. Condições Gerais para Amostragem: Reconhecimento do local para extração da rocha: a) Todos os afloramentos em raio de 1km. b) Ocorrências em número de 3 (melhor viabilidade técnica e econômica). c) Buscar localidades mais próximas (transporte e locais prováveis de consumo). d) Sondagens a cada 20m / Seções transversais / Cubagem. e) Características geológicas da ocorrência: - Estrutura (maciça, gnáissica, estratificada ou xistosa). - Fratura ou juntas (existência ou ausência de fraturas). - Anormalidades eventuais (registro de falhas, dobras, alterações, zonas de rochas diferentes). Condições Específicas: a) Coleta de amostras para fins de identificação da estrutura da rocha (pelos geólogos): Análise macroscópica ou microscópica: A amostra é formada por fragmentos de 3x7x10cm de pontos no mínimo 20cm abaixo da superfície da rocha viva, ou por sondagens rotativas. Remessa das amostras para Laboratório de ensaio petrográfico com indicação de onde foram colhidas. A análise petrográfica deve conter: - Composição Mineralógica. - Estado de Alteração dos minerais. - Textura. - Classificação. b) Coleta de amostras para ensaios tecnológicos: Dos diferentes pontos do afloramento, por meio de marreta ou pequenas cargas de explosivos, são retirados pedaços não menores que 8x10x12cm. Os fragmentos que não estejam sãos ou que apresentem fissuras são descartados. Todos os fragmentos de um mesmo tipo de rocha são reunidos, homogeneizados, quarteados, até formação da amostra de pelo menos 100kg. Se ocorrerem rochas diferentes, teremos novas amostras pelo mesmo processo. Devem ser enviadas remessas de amostras para o laboratório, para determinação de índices físicos e mecânicos (em caixas e recipientes adequados, com o nome do remetente, indicação e localização dos pontos coletados). II.3.2 – Análise Petrográfica Estudos macroscópicos e microscópicos a serem executados em laboratório especializado, visando à caracterização completa e classificação de uma rocha, que devem ser executados por geólogo(a). Compreende a descrição: -macroscópica (principalmente estrutura e cor); -microscópica (minerais, textura, granulação). LAMAT Profª Maria Aparecida Nogueira Campos II.3.3 – Método de Ensaio para Densidade aparente, porosidade aparente e absorção de água de Rochas para Revestimentos: tem como objetivo determinar a densidade aparente, porosidade aparente e absorção de água de rochas que se destinam ao uso como materiais de revestimento de edificações. A Densidade fornece o peso da rocha, importante parâmetro para o cálculo de cargas em construções, o dimensionamento de embalagens, os custos e meios de transporte, e outros. A Absorção e Porosidade fornecem indicação do estado fissural e de alteração de rochas. São considerados fatores determinantes para a resistência e durabilidade da rocha. A absorção é a capacidade de incorporação de água absorvida, em porcentagem. Nas rochas ígneas e metamórficas, a porosidade é relativamente baixa por serem mais compactas e coesas, especialmente quando comparadas às rochas sedimentares. Aparelhagem para o Ensaio: Estufa; Balança com resolução de 0,01g, que permita pesagens hidrostáticas; Equipamento para serragem ou máquina extratora; Bandejas de Alumínio - 40x20x10 cm; e Recipiente com dimensões adequadas para pesagem hidrostática. Execução do Ensaio: a) Amostragem: as amostras devem ser representativas da jazida ou do afloramento rochoso. Para isso, devem ser coletadas amostras em quantidades tais que representem todas as características da rocha. Deve-se assegurar volume suficiente de amostra para preparar 10 corpos de prova (c.p.) com dimensões entre 5cm e 7cm e com relação base:altura 1:1. . b) Lavar os c.p. em água corrente e escová-los com escova de cerdas macias. Manter os c.p. na estufa à temperatura de (70 ± 5)ºC até massa constante (a massa constante é atingida quando a diferença entre duas pesagens sucessivas for menor que 0,1%). Retirar os c.p. da estufa e deixar resfriar. Pesar individualmente ao ar, com precisão de 0,01g. Anotar a massa “Msec”. Adicionar água aos c.p. até alcançar1/3 de sua altura e após 4 h adicionar mais água até atingir 2/3 da altura dos c.p. Após mais 4 h, completar a submersão dos c.p. e deixa-los por mais 40 horas. Depois, pesar os c.p. individualmente, na condição submersa, por meio do dispositivo de pesagem hidrostática. Anotar a massa “Msub ”. Retirar os c.p. da água, enxugar suas superfícies com um pano levemente úmido e pesar ao ar. Anotar a massa “Msat ”. O volume no cálculo da densidade é obtido pela diferença entre a Massa Saturada e a Massa Submersa. Cálculos: a) ρa = densidade aparente ρa = [ Msec / ( Msat - Msub ) ] x 1000 Obs: valor adotado para densidade aparente da água = 1000 kg/m³ LAMAT Profª Maria Aparecida Nogueira Campos b) ηa = porosidade aparente ηa = [(Msat - Msec) /(Msat – Msub)] x 100 c) αa = absorção de água αa = [(Msat – Msec) / Msec] x 100 II.3.4 – Método de Ensaio para Coeficiente de Dilatação Térmica Linear: determinação do coeficiente de dilatação térmica linear em rochas que se destinam como materiais de revestimento de edificações. Dilatação térmica – Os materiais dilatam-se quando se aquecem, e contraem-se ao resfriarem, implicando variações nas dimensões e no volume. Os valores são importantes para o dimensionamento do espaçamento das juntas de revestimento, em pisos, paredes e fachadas (caso não seja usada adequadamente, pode ocorrer tensionamento das placas, que ao longo do tempo, pode causar fissuramentos e até quebra, com alto risco de queda do material, no caso de fachadas). Está relacionada com a expansão e a contração sofrida pelos sólidos quando submetidos a um aquecimento e um resfriamento, respectivamente. A deformação devido à variação da temperatura de um dado material vai depender do seu coeficiente de dilatação térmica e da magnitude da variação da temperatura. Ela pode ser tanto linear, quanto volumétrica. αLINEAR = ∆l = (10-6 (ºC) -1 ) l . ∆T Onde: αLINEAR = coeficiente linear de expansão l = comprimento inicial (Geralmente, os materiais que apresentam ligações químicas fortes têm coeficientes de dilatação térmica baixos; como é o caso dos materiais cerâmicos. Já os materiais poliméricos têm coeficientes de dilatação térmica mais alto). II.3.5 – Método de Ensaio para Determinação da Resistência ao congelamento e degelo. Determina a resistência ao congelamento e degelo em rochas que se destinam a materiais de revestimento de edificações, com avaliação do efeito por ensaio de resistência mecânica. LAMAT Profª Maria Aparecida Nogueira Campos II.3.6 – Método de Ensaio para Determinação da Resistência à Compressão Uniaxial: tem como objetivo prescrever a metodologia para determinação da tensão de ruptura na compressão uniaxial de rochas. Este ensaio além de fornecer parâmetros para o seu dimensionamento como elemento estrutural, também é um importante indicativo da integridade física da rocha. Aparelhagem para o Ensaio: Máquina de compressão hidráulica: Capacidade mínima de 1000 kN (100 t) com resolução de 2kN (200 kgf); Máquina para corte de rocha, para o preparo dos c.p. que devem apresentar faces planas e paralelas; Paquímetro; Bandejas de Alumínio 40x20x10 cm; Estufa regulável para (70 ± 5oC); Torno mecânico, ou outro equipamento, para retificação das faces de contato dos c.p., garantindo planeza e paralelismo de suas superfícies. Execução do Ensaio: a) Amostragem: coletar amostras em quantidades tais que representem todas as características da rocha. Assegurar volume suficiente para permitir a preparação dos c.p. b) Preparação: preparar os c.p. com formato: Cúbico: entre (70 ± 2)mm e (75 ± 2) mm de aresta (ou) Cilíndrico: diâmetro (70 ± 2)mm e (75 ± 2) mm e relação base/altura 1:1 Retificar as faces de carregamento dos c.p., de modo a eliminar eventual rugosidade. As faces precisam ser planas, paralelas e retificadas. Para rocha isotrópica, preparar no mínimo 05 c.p. Em caso de ensaios nas condições seca e saturada em agua, devem ser preparados 05 c.p. para cada condição. c) Ensaio: Antes do ensaio na condição seca, deixar os c.p. na estufa (70 ± 5)oC por 48 horas. No caso de ensaio na condição saturada, submergir os c.p. em água por 48 h, enxugá-los com pano úmido e imediatamente ensaiá-los. Colocar os c.p. no centro do prato da prensa. Movimentar o prato oposto até obter ajuste com o c.p.. Aplicar força a uma taxa menor que 0,7 MPa/s ou 1,3 mm/min até que ocorra a ruptura do c.p.. Anotar a força de ruptura registrada no ensaio. A aplicação da carga deve ser progressiva e sem choques. Anotar força máxima de ruptura F em (Kgf). d) Cálculo: Calcular a tensão de ruptura na compressão pela expressão: σc = tensão de ruptura na compressão, em (MPa). P = força máxima de ruptura em (N) (N = F em kgf x 9,81) A = área da face submetida ao carregamento, em (m²). Obs.: N / m² = MPa σc = P / A [MPa] LAMAT Profª Maria Aparecida Nogueira Campos II.3.7 – Método de Ensaio para Determinação da Flexão por Carregamento em Três Pontos: tem como objetivo prescrever a metodologia para determinação da resistência à tração na flexão de rocha para revestimento. Ensaio utilizado para rochas que são utilizadas principalmente como telhas, pisos elevados, degraus de escadas, tampos de pias e balcões. Possibilita principalmente o cálculo de parâmetros, como espessura. Aparelhagem: Prensa hidráulica capacidade mínima de 100kN; Máquina para corte de rocha, para o preparo dos c.p. que devem apresentar faces tão planas quanto possível; Paquímetro; Bandejas de Alumínio; Estufa regulável para (70 ± 5)oC. Execução do Ensaio: a) Amostragem - Coletar amostras em quantidades que representem todas as características da rocha. Assegurar volume suficiente para permitir a preparação dos c.p.. b) Preparação dos c.p. – Preparar os c.p. com formato retangular (50 x 100 x 200)mm. Superfícies planas e paralelas. Obs: Se não for possível estas dimensões, tomar o valor da espessura como referência e obedecer aos seguintes requisitos: • Espessura (d): 25mm ≤ d ≤ 100mm e d ≥ duas vezes o diâmetro do maior grão. • Largura (b): 50 mm ≤ b ≤ 3d; • Comprimento (c): c ≥ 6d; • Vão entre roletes: L ≥ 5d. Para rocha de estrutura isotrópica, preparar mínimo de 5 c.p. Executar os ensaios nas Condições Seca e Saturada. Traçar linhas nos sentidos da espessura e largura dos c.p.. Uma no meio do comprimento do c.p., perpendicular às suas arestas longitudinais e outras 2 paralelas e equidistantes da linha central (Observar as dimensões do c.p conforme figura). LAMAT Profª Maria Aparecida Nogueira Campos 1 – linhas que indicam a posição dos roletes inferiores; 2 – linha que indica aposição do rolete superior; Medir as dimensões do c.p. sobre as 3 linhas demarcadas e registrar os valores finais como a média aritmética dessas medidas; se a rocha apresentar estrutura heterogênea, assinalar a direção da estrutura no c.p. Para o ensaio na condição seca; deixar os c.p. 48 h na estufa (70 ± 5o)C e após deixar resfriar em ambiente seco e ensaiá-los. Para o ensaio na condição saturada; colocar o c.p em posição no plano comprimento-largura em bandeja e adicionar água até sua metade e, após 8 horas completar asubmersão e deixar por 48 horas. Retirar da bandeja, secando-o com pano úmido e logo ensaiá-lo. c) Ensaio: Assentar o c.p. pela sua largura nos apoios inferiores sobre as linhas demarcadas. Instalar o cutelo superior sobre a linha central e aplicar pequena carga para ajuste em todos os roletes (cutelos). Efetuar o carregamento lento e progressivo à taxa menor que 4.450 N/min, até a ruptura, e obter F em Kgf. d) Cálculo: Os resultados devem ser expressos em tensão de ruptura calculada pela expressão: σf = (3 x P x L) (2 x b x d²) σf = Resistência à flexão em 3 pontos, em MPa. P = Carga de ruptura em (N) (N = F em kgf x 9,81) L = Vão livre (distância entre roletes) em (m) b = Largura do c.p, em (m) d = Espessura do c.p, em (m) II.3.8 – Método de Ensaio para Determinação da Flexão por Carregamento em Quatro Pontos: tem como objetivo determinar a tensão de ruptura na flexão, por carregamento em 04 pontos, de placas de rochas. Serve principalmente para analisar o efeito do vento em placas de rocha fixadas em fachadas com ancoragens metálicas (É obrigatório nesse caso). LAMAT Profª Maria Aparecida Nogueira Campos Cálculos: σf = (3 x P x L) (4 x b x d²) σf = Módulo de ruptura (resistência à flexão a 4 pontos) expresso em MPa. P = Carga de ruptura em (N) (N = F em kgf x 9,81) L = Vão livre (distância entre roletes inferiores) em (m) b = base = largura do c.p em (m) d = Espessura do c.p em (m) II.3.9 – Método de Ensaio para Determinação da Resistência ao Impacto de Corpo Duro: Tem como objetivo prescrever o método de ensaio para determinação da resistência ao impacto de corpo duro de rochas que se destinam ao uso como materiais de revestimento. Como exemplo, pode ser utilizado para analisar a resistência à queda de uma ferramenta no piso do laboratório.
Compartilhar