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Conteúdo Interativo Aula 4 Cerâmicas e Vidros

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05/02/2019 Disciplina Portal
http://estacio.webaula.com.br/Classroom/index.html?id=1551918&classId=1119144&topicId=2121891&p0=03c7c0ace395d80182db07ae2c30f034&enableForum=S&enableMessage=S&enableClassMate=S#course… 1/18
QUÍMICA DOS MATERIAIS
Aula 4 - Cerâmicas e Vidros
INTRODUÇÃO
05/02/2019 Disciplina Portal
http://estacio.webaula.com.br/Classroom/index.html?id=1551918&classId=1119144&topicId=2121891&p0=03c7c0ace395d80182db07ae2c30f034&enableForum=S&enableMessage=S&enableClassMate=S#course… 2/18
Nesta aula, você irá compreender as cerâmicas e os vidros. A palavra cerâmica se origina da palavra grega keramikos que signi�ca “material queimado”. Já o vidro surgiu pelo menos há 4.000 anos a. C.
Julga-se, entretanto, que os egípcios começaram a soprar o vidro em 1.400 a. C., dedicando-se, acima de tudo, à produção de pequenos objetos artísticos e decorativos, muitas vezes, confundidos com belas
pedras preciosas. Sua decomposição é de 4.000 anos. A cada 1.000 kg de vidro leva-se 1.300 kg de areia.
O fato de que os materiais cerâmicos e o vidro vêm sendo utilizados cada vez mais em tecnologias de ponta, sejam como supercondutores, sejam como matérias isolantes, motivam suas pesquisas.
Bons estudos!
OBJETIVOS
Reconhecer as características e os comportamentos das cerâmicas;
Identi�car as características e os comportamentos dos vidros;
Analisar as novas tecnologias e aplicações das cerâmicas e dos vidros.
05/02/2019 Disciplina Portal
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CERÂMICAS
Fonte da Imagem:Fonte da Imagem: Coprid / Shutterstock
Recebem o nome de cerâmicas os objetos, obtidos pela moldagem, secagem e cozimento de argila ou mistura de solos argilosos. Na fabricação deles, podem ser suprimidas algumas dessas etapas, contudo, a
matéria-prima base para a fabricação de peças cerâmicas é a argila.argila.
Nos processos de fabricação dos materiais cerâmicos, a argila �ca aglutinada por uma pequena quantidade de vidro, que surge pela ação do calor ou cocção sobre os componentes da argila.
Fonte da Imagem:Fonte da Imagem: N-sky / Shutterstock
A argila é um material terroso natural, que quando se mistura com água adquire comportamento altamente plástico.
As argilas são constituídas essencialmente de partículas cristalinas extremamente pequenas, formadas por um número restrito de substâncias, que recebem o nome de argilomineraisargilominerais. Uma argila pode ter um
ou mais argilomineral.
05/02/2019 Disciplina Portal
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, Segundo a NBR 7250 (http://licenciadorambiental.com.br/wp-content/uploads/2015/01/NBR-7.250-Indenti�ca%C3%A7%C3%A3o-e-descri%C3%A7%C3%A3o-de-amostras-de-
solo.pdf), as argilas são compostas de partículas coloidais de diâmetro inferior a 0,005mm, com alta plasticidade quando úmidas e que, secas, formam torrões que geralmente não
são quebrados com a pressão dos dedos., , Os argilominerais são compostos por silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio, comumente com alguma porcentagem de
álcalis e de alcalinoterrosos. Junto com esses elementos básicos encontra-se a sílica, a alumina, a mica, o ferro e o cálcio, o magnésio, a matéria orgânica, etc. percebe-se que
estão incluídos elementos formadores de vidro.
Os argilominerais classi�cam-se da seguinte forma:
Os argilominerais classi�cam-se da seguinte forma:
AS ARGILAS, DE MODO GERAL, PODEM SER TIPIFICADAS DA SEGUINTE FORMA:
05/02/2019 Disciplina Portal
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De cozimento branco: caulim e argilas plásticas.
Refratárias e altamente aluminosas.
Para produtos de grés.
Para materiais cerâmicos estruturais, amarelas ou vermelhas.
PROPRIEDADES FÍSICAS DAS CERÂMICAS
Em relação às argilas, material base para a concepção de cerâmicas, podemos destacar as seguintes propriedades:
Plasticidade das argilasPlasticidade das argilas
É considerado plástico um corpo que tem a característica de ser continuamente deformado, sem que sofra a ruptura total.
Ao se juntar água lentamente aos argilominerais percebe-se que eles apresentam dois comportamentos, denominados de fase:fase:
• Na primeira fase, a argila desagrega facilmente;
• Na segunda fase ela �ca com característica mole.
O ponto que de�ne essas duas fases, ou seja, quando ela não desagrega mais, mas ainda não é pegajosa, é denominado ponto de máxima plasticidadeponto de máxima plasticidade.
A plasticidade ocorre em função de que as partículas coloidais sempre têm grande atração, contudo essa atração pode ser anulada se a película de água intermediaria for
excessiva. Ela também depende das características físicas como formato e tamanho, e do comportamento dos grãos na presença de outros materiais além dos argilo
minerais.
Retração das argilasRetração das argilas
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Pode ser de�nida em função da perda de água por evaporação. Isso ocorre gradativamente, sendo que a evaporação ocorre, em primeiro, na superfície do objeto, e por
capilaridade, a água existente no interior, evapora através da superfície. O vazio que �ca no interior em função da perda de água leva à retração.
Efeito do calor sobre as argilasEfeito do calor sobre as argilas
Com o aquecimento, as argilas sofrem alterações físicas de acordo com as temperaturas a que elas �cam expostas, sendo que o aquecimento entre 20 e 150ºC leva à
perda de água por capilaridade e amassamento.
Entre 150 e 600ºC começa a ocorrer o enrijecimento em função da perda de água absorvida. A partir do aquecimento acima de 600ºC, iniciam-se as reações químicas.
Que apresentam três estágios:
• No primeiro estágio, são queimadas as matérias orgânicas. Ocorre a desidratação química da peça, isso porque a água de constituição também é expulsa, resultando no
endurecimento;
• No segundo estágio, ocorre a oxidação; os carbonetos são calcinados e se transformam em óxidos;
• Já no terceiro estágio, iniciado com temperatura acima de 750ºC, começa o processo de vitri�cação, ocorrendo devido à presença de sílica na constituição das areias,
que, pelo processo de fusão, formam uma pequena quantidade de vidro, que se aglutina aos demais elementos, dando dureza, resistência e compactação ao conjunto.
Após tais estágios, temos a cerâmica propriamente dita. A qualidade de um artigo cerâmico depende principalmente da quantidade de vidro formado. É ín�ma nos tijolos
e grande nas porcelanas.
FABRICAÇÃO DAS CERÂMICAS
A fabricação dos materiais cerâmicos segue, basicamente, a seguinte ordem:
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Extração do barro
Antes de iniciar o processo de extração, é necessário realizar a escolha do barro em virtude das características desejadas e das variáveis presentes que podem in�uenciar nos
elementos cerâmicos, tais como: o teor de argila, a composição granulométrica e a umidade, entre outros.
Devido à diversidade dos materiais a serem extraídos, existe uma variedade de produtos cerâmicos no mercado.
A qualidade do barro deve ser observada, veri�cando a quantidade de carbonato de cálcio ou compostos sulfurosos, os quais originam cerâmica excessivamente fendilhadafendilhada. Se for
muito suja, ou seja, com matérias orgânicas tais como raízes mortas, a cerâmica será muito porosa. Se tiver com excesso de cal, ela poderá vir a queimar quando receberumidade.
A formação de vidro da qual depende a dureza, varia em relação à constituição do material.
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Preparo da matéria-prima
Após extraída, a argila é depositada ao ar livre e passa pelo primeiro processo chamado de apodrecimentoapodrecimento. Recebe esse nome por um dos principais objetivos que é a fermentação
das partículas orgânicas, que se tornam coloidais, aumentando a plasticidade. O apodrecimento também serve para corrigir o efeito das pressões sobre a argila.
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Quando necessário, deve-se proceder à retirada das impurezas grosseiras e a uma maior classi�cação do material, isso ocorre através de processos de levigação, sedimentação,
centrifugação, aeração etc.
Posteriormente, sugere-se a formação de pasta, que se inicia pela maceração contínua, com a correção e termina com o amassamento. A maceração consiste em um processo de
revolver a argila para se obter partículas menores, podendo esse processo ser mecânico ou manual.
A correção é feita para dar à argila a constituição que se deseja. Isso pode ocorrer pela obtenção de uma argila �na, recolhida através do processo de lavagem e �ltragem da pasta,
ou mesmo para a obtenção de uma argila mais grosseira, através da incorporação de areia.
O amassamento serve para preparar a argila para a moldagem. Esse processo consiste na moagem 
ou revolvimento da pasta, com objetivo de 
homogeneizar a mistura.
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Moldagem
Consiste na operação de dar a forma desejada à pasta de cerâmica. Esse processo pode ocorrer de quatro maneiras:
• Moldagem a seco ou semiseco: neste processo, o volume de água é baixo, cerca de 6 a 10% do volume total da pasta. 
• Moldagem com pasta consistente: neste processo, o volume de água também é considerado baixo, cerca de 20 a 35% do volume total da pasta. 
• Moldagem com pasta plástica: neste processo, o volume de água é considerado mediano, sendo que de 25 a 40% do volume total da pasta é água. Em virtude do volume de água,
este processo apresenta boa plasticidade. 
• Moldagem com pasta �uida: neste processo, o volume de água é considerado alto (30 a 50%), o que confere mais �uidez e plasticidade a mesma.
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Secagem
É tão importante quanto o cozimento, pois, após a moldagem, ainda permanece de 5 a 35% de água. Levar as peças ao cozimento pode ocasionar as mesmas, tensões que
provocam o fendilhamento das peças.
O processo de secagem pode ocorrer de 1 a 6 semanas, dependendo do teor de umidade da argila, da época do ano ou das condições de secagem.
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Cozimento
Esta talvez seja a etapa mais importante do processo de fabricação de peças cerâmicas, pois nela ocorrem reações químicas que determinam a resistência e a qualidade das
peças. O cozimento ocorre em formas, geralmente obtidas de forma rudimentar, utilizando produtos refratários para constituição.
USO NA ENGENHARIA
Os produtos mais comumente utilizados na Engenharia são:
TIJOLOS
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Fonte da Imagem:Fonte da Imagem: EvgeniiAnd / Shutterstock
São classi�cados basicamente em dois tipos: comuns e especiais.
Veja, a seguir, as características de cada tipo.
ComunsComuns
São os de uso corrente e podem ser classi�cados em A, B e C, conforme sua resistência à compressão.
Os tijolos não devem apresentar defeitos, tais como trincas, quebras, superfícies irregulares, deformações e falta de uniformidade na cor. Os tijolos são materiais que
geralmente apresentam baixo custo de produção.
Após moldada, a pasta pode variar de acordo com as características necessárias para a conformação dos tijolos. Em seguida, eles passam pelo processo de secagem e
após, pelo cozimento, que pode ocorrer em fornos de 900 a 1.000ºC.
Os tijolos podem ter aspecto maciço, sendo que sua superfície pode ter aparência estética agradável, quando tiver �nalidade de acabamento, ou rústica, quando for
aplicado para fechamento de paredes de alvenaria.
EspeciaisEspeciais
Podem ser fabricados em formatos e especi�cações acordados entre cliente e fornecedor.
BLOCOS CERÂMICOS
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Fonte da Imagem:Fonte da Imagem: Radovan1 / Shutterstock
Também chamados de tijolo baianotijolo baiano, é fabricado em um processo controlado de matérias-primas, o que exige que elas sejam melhor que as utilizadas no processo do tijolo comum. Hoje, encontra-se, no
mercado, uma variedade muito grande de materiais, em relação à textura da superfície, quantidade e tipos de furos, espessura das paredes e em suas dimensões.
TELHAS CERÂMICAS
Fonte da Imagem:Fonte da Imagem: EvgeniiAnd / Shutterstock
São também chamadas de telhas comunstelhas comuns, isso porque hoje são fabricadas com diversos tipos de materiais, como concreto, polímeros, vidro, �bras, dentre outros. Nesta aula, tratamos apenas das telhas
cerâmicas.
Seu processo de fabricação é muito parecido com o do tijolo comum, ou seja, é feita a moldagem, que, nesse caso, pode ocorrer por pressão ou extrusão, seguida da secagem e do cozimento.
As telhas cerâmicas podem ser agrupadas em dois tipos:
As de encaixeencaixe apresentam, em suas bordas, saliências e reentrâncias permitindo o acoplamento entre elas. Os modelos são: romanaromana, francesafrancesa e termoplantermoplan.
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As telhas cerâmicas de capacapa e canalcanal apresentam formato meia cana, geralmente fabricadas por processos de prensagem. Caracterizam-se por apresentar canais que se apoiam sobre ripas e peças convexas
(capas) que se apoiam nos canais. Os modelos mais comuns são: colonialcolonial, paulistapaulista e aplanaplan.
TIJOLEIRAS E LADRILHOS
Fonte da Imagem:Fonte da Imagem:  -Taurus- / Shutterstock
São tijolos de pequena espessura; tijoleiras têm, em média, 2cm de espessura e ladrilhos de 5 a 7cm. São, normalmente, empregados em pavimentações e revestimentos.
Costuma-se dar o nome de tijoleiratijoleira quando se trata de uma cerâmica comum e ladrilholadrilho quando se trata de cerâmica prensada.
MATERIAIS DE GRÉS CERÂMICO
Fonte da Imagem:Fonte da Imagem: Vagnergamba / Shutterstock
Apresentam-se de três formas:
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Alta vitri�cação: azulejos, pastilhas e louça sanitária;
Manilha de grés: manilhas, conexões e tubos;
Ladrilhos de grés: também conhecidos como lito-cerâmica.
Os materiais de grés cerâmico são classi�cados basicamente de duas formas:
Classe PEI, que se refere à abrasão super�cial;
Classes de absorção de água/ módulo de ruptura.
O índice PEI classi�ca a peça cerâmica em relação ao desgaste por abrasão, em função da apresentação de defeitos após a aplicação de um esforço de abrasão, realizado em certo número de ciclos desta
aplicação.
MATERIAIS DE LOUÇA BRANCA
Fonte da Imagem:Fonte da Imagem: SOMMAI / Shutterstock
São feitos com pó de louça, proveniente de argila branca. Os produtos de louça apresentam alta dureza, granulometria �na e uniforme, com a superfícienormalmente vidrada.
Existem quatro tipos básicos de louça:
Calcária (louça de mesa e artística);
Feldispática (azulejos e cerâmicas sanitárias);
Mista;
De talco.
Destaca-se para o uso desses materiais a fabricação de:
AzulejosAzulejos — são placas de louça que apresentam pouca espessura, vidrados em uma das faces, na qual normalmente são aplicados corantes ou estampas. O processo de fabricação dos azulejos permite com
que eles sejam produzidos em diversos tamanhos.
Pastilhas de louçaPastilhas de louça — são fabricadas pelos mesmos processos do azulejo. Normalmente apresentam-se em peças de 2,5 x 2,5cm, e para facilitar a comercialização, são coladas em folhas de papéis ou telas
sintéticas, que agilizam o processo de colocação.
VIDROS
05/02/2019 Disciplina Portal
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As principais matérias primas utilizadas na fabricação do vidro são:
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Areia
Constituída, em sua grande parte, de sílica SiO , pode ser extraída das praias de mar ou de rios, ou em jazidas, além disso pode ser obtida a partir da moagem de rocha de quartzo.
galeria/aula4/img/img14.png
Calcário
É uma rocha constituída de carbonato de cálcio (CaCO ), extraída na forma de pedreiras, a rocha é britada e moída, resultando no óxido de cálcio (CaO).
galeria/aula4/img/img15.png
Dolomita
É uma rocha constituída de um carbonato duplo de cálcio e magnésio (CaMgCO ). Assim como o calcário, é britado e moído para a obtenção da granulometria desejada.
Resultando no óxido de magnésio.
galeria/aula4/img/img16.png
Feldspato
É um mineral constituído de um alumino silicato de sódio e potássio (KNaAlSi O ), desse minério é possível extrair óxido de alumínio, ou alumina (Al O ), além da alumina o
feldspato fornece outros óxidos que fazem parte da constituição do vidro como: SiO , NaO e K O.
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Boratos
Este mineral fornece óxido de boro (B O ) sendo os mais utilizados o Bórax penta hidratado, Bórax anidro e o ácido bórico.
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Alumina calcinada (Óxido de Alumínio ou Alumina)
É uma substância produzida industrialmente por meio da calcinação do hidróxido de alumínio, obtido a partir da puri�cação da bauxita.
Além dos produtos, citados que são extraídos, é possível a utilização de alguns produtos obtidos por processos industriais como:
Outros compostos são utilizados em menor escala para o processo de fabricação do vidro como:
AGENTES AFINANTES
Normalmente é utilizado o sulfato de sódio, mas pode ser usado o sulfato de cálcio, de bário ou cloreto de sódio. A �nalidade dos agentes a�nantes é fazer com que os gases que
se formam durante o processo de fusão, se desprendam, mantendo a estrutura do vidro homogênea.
2
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05/02/2019 Disciplina Portal
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COLORANTES E DESCOLORANTES
Para conferir cor ao vidro é adicionada a sua composição uma combinação de óxido colorante, como, óxido de ferro, cobalto, manganês, níquel, cromo etc. Ao passo que quando se
deseja conferir ao vidro aspecto de transparência é só impedir a presença desses óxidos.
, Como o óxido de ferro está presente em toda matéria-prima utilizada para a fabricação do vidro, é possível que se usem compostos para proporcionar este aspecto de
transparência como selênio e o óxido de cobalto.
PROPRIEDADES DO VIDRO
Fonte da Imagem:Fonte da Imagem: Verkhozina Ekaterina / Shutterstock
Entende-se por vidro a substância inorgânica, amorfa e �sicamente homogênea, obtida pelo resfriamento de uma massa em fusão que enrijece através de um aumento contínuo da viscosidade.
As propriedades que o vidro apresenta são:
ViscosidadeViscosidade
É a propriedade mais importante para a fabricação do vidro; ela permite a moldagem a quente, o re�no, a limpeza e o clareamento da fusão, além da homogeneização,
recozimento e têmpera do vidro.
Tensão super�cialTensão super�cial
Interfere no desprendimento de gases durante a fusão, no encolhimento e formação de rugas durante a moldagem.
Tensões internas e recozimentoTensões internas e recozimento
05/02/2019 Disciplina Portal
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Resultam no gradiente de temperatura durante o resfriamento e podem tornar os vidros quebradiços e birefrigerante. Essas tensões podem ser facilmente eliminadas pelo
processo de recozimento.
Calor especí�coCalor especí�co
Cresce com a temperatura e a viscosidade podendo ser na ordem de 40 a 1.000ºC.
Dilatação térmicaDilatação térmica
Esse parâmetro apresenta uma variação linear com a temperatura, subindo bruscamente no ponto de transformação do vidro. A dilatação interfere principalmente na
resistência ao choque térmico.
Resistência ao choque térmicoResistência ao choque térmico
O principal fator de rupturas é a dilatação térmica. O módulo de elasticidade do vidro resiste melhor ao aquecimento brusco do que ao resfriamento.
Condutividade térmicaCondutividade térmica
Propriedade de conduzir calor por condução; aumenta com a temperatura e a pressão empregadas no processo de produção.
Temperatura de amolecimentoTemperatura de amolecimento
É a temperatura de deformação. Caracteriza-se em função do alongamento de uma peça com seção e tamanhos devidos em virtude de um tempo preestabelecido.
Peso especí�coPeso especí�co
Geralmente apresenta os seguintes valores: 2,20 g/cm³ para vidro de quartzo; 2,46 g/cm³ para vidro de garrafas e 2,50 g/cm³ para vidro plano.
DurezaDureza
Consiste na resistência do vidro quando submetido a uma carga aplicada por um diamante, sendo veri�cada degradação provocada na área de contato. A dureza depende
da composição, do recozimento e do estado da superfície.
05/02/2019 Disciplina Portal
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Velocidade do somVelocidade do som
Propriedade do vidro em conduzir ondas sonoras, geralmente varia de 500 a 5.200 m/seg.
Permeabilidade gasosaPermeabilidade gasosa
O vidro é permeável à maioria dos gases presentes na atmosfera, quando em temperaturas normais, contudo com o aumento da temperatura (acima de 500ºC) permite a
passagem do H , CO e O .
PROCESSO DE FABRICAÇÃO
Fonte da Imagem:Fonte da Imagem: Coprid / Shutterstock
O vidro é obtido a partir da fusão das matérias-primas. Esse processo ocorre em fornos, que produzem calor, dentro da necessidade que se deseja fundir os materiais. Os fornos trabalham em altas
temperaturas, podendo chegar a 1600ºC, de acordo com o material a ser fundido.
Os fornos devem produzir e suportar altas temperaturas, apresentando características de qualidade, resistência e durabilidade, para que possa se obter o vidro dentro das exigências de tempo, uniformidade,
qualidade e rentabilidade.
Os fornos podem ser constituídos basicamente de dois modos: queimadores laterais e queimadores frontais. No primeiro, os queimadores são posicionados nas paredes laterais do forno e no segundo são
posicionadas na parte frontal, dividido em dois grupos, direito e esquerdo.
APLICAÇÃO NA ENGENHARIA
O vidro está presente, na Engenharia, nas mais diversas maneiras. Veja algumas de suas aplicações:
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05/02/2019 Disciplina Portal
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Fonte da Imagem:Fonte da Imagem: Paket / Shutterstock
Suas aplicações mais comuns estão em janelas, sob a forma de lâminas ou chapas planas ou até mesmo curvas.
Os vidros podem ser utilizados em blocos, janelas, portas, divisórias, como elemento decorativo (espelhos e vidros impressos), como parte de sistemas construtivos (fachadas, cortinas, fachadas “pelo de vidro”,
e recentemente structural glazing [sistema que utiliza o vidro como fechamento, sendo que todos os elementos de �xação e da estrutura �cam “invisíveis”, quando visto o ambiente pelo lado de fora]).
Os vidros podem se apresentar incolores ou coloridos. No Brasil, encontramos os vidros nas seguintes cores: bronze, cinza e verde. Outras cores podem ser obtidas com vidros laminados.
Alguns vidros apresentam desenhos ou palavras em sua superfície e são conhecidos como vidros impressos ou fantasia. Outros podem receber �lme metálico, conferindo-lhe em aspecto espelhado.
Pode-se ainda encontrar vidros com elevada resistência mecânica e características de segurança muito superiores, quando comparados com vidros comuns. Eles são conhecidos como vidros de segurança e,
usualmente, são aplicados em automóveis, aviões, trens, ou em locais que exijam mais resistência como em portas, janelas baixas, sacadas, envidraçamento de banheiros e piscinas, claraboias e
envidraçamento em grandes alturas.
Veja, a seguir, um exemplo de aplicação de vidro em cobertura:
Exemplos de vidros aplicado em cobertura. Museu do Louvre-Paris
Fonte: http://7-themes.com/7041150-louvre-museum-at-sunset.html
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Chegou a hora de exercitar o que você aprendeu!
Analise os itens abaixo e, em seguida, relacione as suas características.
1 - Vidro 
2 - Cerâmicas
( ) São 100% recicláveis. 
( ) São obtidas pela moldagem, secagem e cozimento de argila ou mistura de solos argilosos. 
( ) Para a sua fabricação é necessário realizar a escolha do barro em virtude das características desejadas e das variáveis presentes que podem in�uenciar
nos elementos. 
( ) Uma das suas aplicações na construção civil é o tijolo que é classi�cado basicamente em três tipos, conforme sua resistência à compressão. 
( ) É obtido a partir da fusão das matérias-primas. Esse processo ocorre em fornos, que produzem calor, dentro da necessidade que se deseja fundir os
materiais. 
A sequência correta é:
2 −1 −1 −2 −1
1 – 1 – 1 – 2 – 2
1 −2 −2 −2 −1
2 – 2 – 1 – 1 - 2
Justi�cativa
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