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Judson Ricardo Ribeiro da Silva Materiais de Construção Civil I © 2016 by Universidade de Uberaba Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida ou transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio, eletrônico ou mecânico, incluindo fotocópia, gravação ou qualquer outro tipo de sistema de armazenamento e transmissão de informação, sem prévia autorização, por escrito, da Universidade de Uberaba. Universidade de Uberaba Reitor Marcelo Palmério Pró-Reitor de Educação a Distância Fernando César Marra e Silva Editoração Produção de Materiais Didáticos Capa Toninho Cartoon Edição Universidade de Uberaba Av. Nenê Sabino, 1801 – Bairro Universitário Catalogação elaborada pelo Setor de Referência da Biblioteca Central UNIUBE Judson Ricardo Ribeiro da Silva Sou o professor Judson Ricardo Ribeiro da Silva, graduado em Química Tecnológica pela Universidade Estadual de Londrina (UEL), mestre em Engenharia de Materiais pela Universidade Fe- deral do Paraná (UFPR) e também graduado em Engenharia Civil pelo Centro Universitário Cesumar (Unicesumar). Ampla experiên- cia na área industrial no setor da construção civil e docência do ensino superior, principalmente para o curso de Engenharia Civil, sendo titular das disciplinas de Química Aplicada à Engenharia e Materiais de Construção. Sobre os autores Sumário Capítulo 1 Agregados ......................................................................9 1.1 Importância do estudo dos materiais de construção ....................................... 11 1.1.1 Definição ................................................................................................ 11 1.1.2 Classificação .......................................................................................... 12 1.1.3 Produtos industrializados ....................................................................... 14 1.1.4 Matérias-Primas ..................................................................................... 15 1.1.5 Produção das britas ............................................................................... 16 1.1.6 Uso dos agregados ................................................................................ 17 1.1.7 Impurezas ............................................................................................... 20 Capítulo 2 Aglomerantes .................................................................23 2.1 Definição .......................................................................................................... 25 2.1.1 Cal .......................................................................................................... 26 2.1.2 Reações Químicas ................................................................................. 27 2.1.3 Etapas do ciclo da Cal ........................................................................... 27 2.1.4 Gesso ..................................................................................................... 31 Capítulo 3 Cimento ..........................................................................37 3.1 Definição .......................................................................................................... 38 3.1.1 Produção do cimento Portland ............................................................... 40 3.1.2 A QUÍMICA DO CIMENTO ..................................................................... 41 3.1.3 TEMPO DE PEGA DO CIMENTO ......................................................... 42 3.1.4 TIPOS DE CIMENTO PORTLAND ........................................................ 44 3.1.5 Aplicações dos tipos de cimento Portland ............................................. 45 3.1.5.1 Cimento Portland Comum CP I e CP I-S (NBR 5732) ....................... 45 3.1.5.2 Cimento Portland CP II (NBR 11578) ................................................. 45 3.1.5.3 Cimento Portland de Alto Forno CP III – (com escória - NBR 5735) . 46 3.1.5.4 Cimento Portland CP IV – 32 (com pozolana - NBR 5736) ............... 47 3.1.5.5 Cimento Portland CP V ARI - (Alta Resistência Inicial - NBR 5733) .. 47 Capítulo 4 Concreto de Cimento Portland .......................................51 4.1 Definição .......................................................................................................... 52 4.1.1 Propriedades do Concreto ..................................................................... 54 4.1.2 Relembrando! ......................................................................................... 54 4.1.3 Concreto Fresco ..................................................................................... 55 4.1.4 Consistência .......................................................................................... 55 4.1.5 Plasticidade ........................................................................................... 56 4.1.6 Poder de retenção de água .................................................................. 57 4.1.7 Trabalhabilidade .................................................................................... 58 4.1.8 Concreto Endurecido ............................................................................ 58 4.1.9 Resistência mecânica ............................................................................ 59 4.1.10 Durabilidade e impermeabilidade ........................................................ 61 Capítulo 5 Materiais cerâmicos para alvenaria ...............................63 5.1 Definição de material cerâmico ....................................................................... 65 5.1.1 Definição de Alvenaria ........................................................................... 65 5.1.2 Alvenaria para Edificações ..................................................................... 66 5.1.3 Blocos Cerâmicos Maciços .................................................................... 67 Capítulo 6 Materiais cerâmicos de revestimento ............................73 6.1 Definição .......................................................................................................... 75 6.1.1 Classificação .......................................................................................... 76 6.1.2 Matérias-Primas ..................................................................................... 78 6.1.3 Processo de fabricação dos revestimentos cerâmicos ......................... 78 6.1.4 Revestimentos Cerâmicos ..................................................................... 79 6.1.5 Características dos Revestimentos ....................................................... 80 6.1.6 Propriedades dos Revestimentos .......................................................... 80 Capítulo 7 Materiais Metálicos .........................................................87 7.1 Definição .......................................................................................................... 89 7.1.1 Obtenção do Ferro ................................................................................. 89 7.1.2 Metais ..................................................................................................... 90 7.1.3 Classificação dos Produtos Siderúrgicos .............................................. 91 7.1.4 Obtenção do Aço .................................................................................... 92 7.1.5 Aços para concreto armado e protendido .............................................. 93 Capítulo 8 Materiais Poliméricos: Tintas e Vernizes .......................99 8.1 Generalidades .................................................................................................. 101 8.1.2 Formulação Das Tintas .......................................................................... 105 8.1.3 Preparação de superfícies .....................................................................108 Prezado(a) aluno(a), tudo bem? Com grande satisfação que lhes apresento o livro de Materiais de Construção Civil I. Como autor desta obra, digo que foi elaborada com a proposta de criar um entendimento mais claro no estudo dos materiais de construção. O texto tem uma linguagem mais direta, com alguns exemplos e ilustrações. Os termos técnicos foram mais suavizados para que você, aluno(a), tire suas dúvidas com a leitura. Este livro trará, no primeiro momento, a importância de se estudar os materiais de construção para os futuros engenheiros civis. Esta obra seguirá uma abordagem cronológica dos principais grupos dos materiais que são incorporados e usados na construção civil. Começando com a família dos agregados com suas definições e aplicações dentro desta área, bem como sua importância. Em seguida, estudaremos os aglomerantes inorgânicos, como a cal e o gesso, abordando definições, obtenção e suas aplicações. Caberá um capítulo à parte para estudar o cimento, que também se enquadra na família dos aglomerantes, mas que por sua importan- tíssima aplicação, merecerá ser tratado separadamente. O concreto de cimento Portland, neste livro e nesta disciplina, será tratado de forma mais superficial, com suas definições e aplica- ções. Seu estudo mais detalhado será abordado na disciplina de Materiais de Construção II. Apresentação Judson Ricardo Ribeiro da Silva Introdução AgregadosCapítulo 1 Neste capítulo, vamos trabalhar para entender por que estudar os materiais de construção civil. Muitos alunos de engenharia, e é comum isso, se dedicam na maior parte de seu tempo ao estudo das disciplinas de cálculo. Porém, é fundamental o embasamento teórico dos conceitos para que os cálculos tenham um entendimento melhor. A disciplina de materiais de construção I é a base das disciplinas específi cas para os futuros engenheiros civis. É nesta disciplina que os alunos aprenderão e começarão a falar em engenharia civil. Terão contato com assuntos que terão que levar consigo para toda a vivência profi ssional. O início dos estudos em materiais de construção é com um dos grupos de materiais mais utilizados nas construções, os agregados. Este grande grupo é a base para e maior proporção para a produção de um dos materiais mais consumidos no planeta, que é o concreto. Mas afi nal, o que são os agregados? Qual a sua fi nalidade? Estudaremos tudo isso neste capítulo e ainda teremos a oportunidade de conhecermos os vários tipos de agregados que podem ser usados em determinadas situações específi cas. 10 UNIUBE • Compreender a importância dos materiais de construção. • Descrever agregados. • Compreender classificação dos agregados. • Explorar as características de agregados industrializados. • Conhecer e diferenciar os tipos de rochas. • Conhecer o processo de trituração dos agregados. • Entender a aplicabilidade dos agregados. • Saber o porquê estudar materiais de construção civil. • O que são os agregados na construção civil. • Especificar as categorizações dos agregados. • Quais são os produtos naturais e industrializados. • Delinear os produtos industrializados. • Qual é o fluxograma da produção de britas. • Apontar quais os agregados mais utilizados na construção civil. • Identificar nos agregados possíveis impurezas. Objetivos Esquema A leitura está bastante simples e de fácil entendimento. Você verá que existem muitos termos técnicos ao longo deste capítulo, mas como disse anteriormente, são assuntos, termos, que conviverão por toda a sua jornada de engenheiro(a) civil. Querido(a) acadêmico(a), torcemos para que você seja capaz de usufruir satisfatoriamente dos estudos expostos deste exemplar. Convido-o(a) percorrer os próximos capítulos! UNIUBE 11 Importância do estudo dos materiais de construção1.1 Interessante notar que a grande maioria dos estudantes de Engenharia quando entram na faculdade esperam um curso com muitos cálculos, de todos os tipos. Observa-se ainda que quando os alunos se deparam com disciplinas teóricas, tendem a demos- trar desinteresse, e acabam se descuidando nos estudos dessas, pois se dedicam aos cálculos. Porém, para que os alunos consigam aprender e fazer os cálculos é fundamental que estudem os conceitos. A disciplina de Materiais de Construção é a base da Engenharia Civil, pois toda e qualquer obra construtiva é resultado de materiais. Não basta saber calcular uma viga, é preciso saber dosar o concreto para que atenda as especificações e exigências dos cálculos de infraestrutura. O co- nhecimento dos materiais de construção possibilitará ao projetista escolher o material que poderá resistir às tensões. 1.1.1 Definição Aproximadamente 75% do volume de concreto são ocupados pelos agregados. Espera-se assim, que sua qualidade seja de extrema importância. Os agregados influenciam diretamente na resistência e ainda interferem significativamente a durabilidade e desempenho estrutural do concreto. Bauer (2005, p. 63) define o termo agregados como um “um ma- terial granular incoesivo de atividade química praticamente nula com misturas de partículas com uma grande variação de tama- nhos”, características e propriedades adequadas muito utilizadas na Engenharia. 12 UNIUBE BRITAS Fonte: Bolonha (2013) 1.1.2 Classificação Os agregados podem ser classificados quanto à sua origem em naturais e industrializados. Os naturais são aqueles que se encontram de forma particulada na natureza como areia e cascalho, ou seja, estão “prontos” para serem empregados. Já os industrializados apresentam sua composição particulada obtida por processos industriais. Neste caso, a matéria-prima pode ser as rochas, escórias de alto forno ou ainda as argilas. Você deve estar se perguntando, mas rochas e argilas não são encontradas na natureza também? E por que são de origem indus- trializada? O motivo termo industrializado tem a ver com a trans- formação ou trituração destes materiais para ficarem em tamanhos que sejam possíveis sua aplicação. Os agregados, tanto os de origem natural ou industrializada, apre- sentam propriedades como porosidade, composição granulométri- ca, absorção de água, forma e textura superficial das partículas, resistência à compressão, módulo de elasticidade e solidez. UNIUBE 13 Em relação às dimensões das partículas, os agregados podem ser classificados em graúdos e miúdos. A separação entre estas duas classificações está na dimensão de 4,8 mm, sendo que os agregados com o tamanho de partículas inferiores aos 4,8 mm são chamados de agregados miúdos e os agregados com tamanho de partículas superiores aos 4,8 mm são considerados os agregados graúdos (ABNT NBR 7211: 2009). Por convenção considera-se a areia, em geral, como agregado mi- údo, mas essa não é a denominação correta (NEVILLE; BROOKS, 2013). Pode se classificar os agregados quanto ao seu peso específico aparente, em leves, médios e pesados. A tabela, a seguir, mostra as densidades aparentes médias dos diversos tipos de agregados. Densidade Aparente Média Fonte: Bauer (2011, v. I) A forma dos grãos dos agregados influi na qualidade do concre- to, ao lhe alterar a trabalhabilidade, afetando as condicionantes de bombeamento, lançamento e adensamento. Os formatos mais arredondados, como exemplos os seixos de rios e as areias e os formatos mais angulares que possuem arestas 14 UNIUBE bem definidas na interseção das faces razoavelmente planas que têm como exemplos as pedras britadas de todos os tipos. Estas são as formas de melhor qualidade para o uso nos concretos, pois podem possibilitar um bom grau de empacotamento das partículas. O grau de empacotamento é a facilidade das partículas se encaixa- rem entre eles, diminuendo os espaços vazios formados entre elas.Isso reduz a absorção de água no concreto e aumenta assim sua resistência (NEVILLE; BROOKS, 2013). 1.1.3 Produtos industrializados Como produtos da trituração das rochas, obtemos os produtos in- dustrializados citados por Bauer (2011, p.64): 1. Brita: agregado obtido a partir de rochas com- pactas que ocorrem em depósitos geológicos (jazidas), pelo processo industrial de cominui- ção. Produto final – várias categorias. 2. Pedra britada: brita produzida em cinco gra- duações, denominadas, em ordem crescente de diâmetros médios: pedrisco, pedra 1, pe- dra 2, pedra 3 e pedra 4. 3. Pó de pedra: material mais fino que o pedris- co. Sua graduação genérica, mas não rigoro- sa, é de 0/4,8 mm. 4. Areia de brita: obtido dos finos resultantes da produção da produção de brita, onde se retira a fração inferior a 0,15 mm (0,15/4,8 mm). 5. Fíler: graduação varia entre 0,005 a 0,075 mm. 6. Bica corrida: mesma granulometria com o material sai do britador primário. (0/300 mm). UNIUBE 15 7. Rachão: passa pelo britador primário e é reti- do na peneira de abertura 76 mm. 8. Restolho: material granular, de grãos em ge- ral friáveis. 9. Blocos: fragmentos de rocha acima do metro. Abastecem o britador primário. 1.1.4 Matérias-Primas Muitas rochas são aptas a serem exploradas para a produção de agregado fabril. Em cada localização geográfica haverá uma rocha de tal natureza que seja mais vantajosa para o tipo de agregado que se queira produzir. Podemos citar como alguns exemplos as mais comumente exploradas que são: granito, basalto, gnaisse, calcário, arenito, hematita, barita, entre outras. A escória de alto-forno que não é uma rocha mineral, mas que também pode ser industrializada e utilizada como agregado, é o resíduo da produção de ferro gusa em alto-fornos das siderurgias. SAIBA MAIS! Segue um link, para maior entendimento das escórias de alto-for- no, que mostra a importância deste agregado e que ainda tem sua medida sustentável. <http://www.solocap.com.br/trabalhotecnico002.pdf>. 16 UNIUBE 1.1.5 Produção das Britas As britas são produzidas em indústrias de trituração dos materiais que chamamos de pedreiras. As rochas são extraídas das jazidas e levadas a sucessivos processos de trituração, sendo reduzidas a tamanhos adequados ao uso na engenharia. Fluxograma de produção das britas Fonte: Figura adaptada de Bauer (2011, p.73) Note no fluxograma, que depois que o material passa pelos bri- tadores, é submetido ao processo de peneiramento. Tal processo consiste em separar os diversos tamanhos obtidos durante a tri- turação. Assim, são formados os diversos produtos britados que serão usados na construção civil. UNIUBE 17 1.1.6 Uso dos agregados 1.1.6.1 Areia A areia pode ser usada em concreto, argamassa de assentamento e revestimento, pavimentação asfáltica, em filtros, lastro e imper- meabilização de vias e pátios. Os filtros frequentemente são edificados com areia limpa. Sua fun- ção é de liberar a passagem da água e dificultar o caminho de partículas finas do solo. Poucos possuem brita, areia e pedrisco. É também utilizada nos chamados filtros “sandwich”, ou seja, uma continuidade de brita, pedrisco, areia, brita e pedrisco. Por suas funções, o filtro habitualmente encontra-se na parte interna de uma obra e, por conseguinte está mais protegido da meteorização. O material do filtro é estimulado por: 1) Impacto, abrasão e atrito, na fase de realização, e à compressão, de acordo com a sua posição em um enrocamento ou aterro maior; 2) Executáveis reações quí- micas. Com água potável, consegue ocorrer dissolução se a rocha utilizada for gipsita, calcário, mármore e/ou, sedimentar com gipsita ou cimento de carbonato. Será possível acontecer intemperização se este filtro permanecer desabrigado ao tempo e não saturado. Fixação do filtro de barragem por óxidos de ferro será estudada no capítulo sobre barragens. RELEMBRANDO! Não esqueça as definições já vistas anteriormente sobre areia, pe- drisco, brita e também dos tamanhos das suas partículas. Será fun- damental esse entendimento quando se falam de filtros que usam agregados. 18 UNIUBE As características da rocha são: resistência à compressão (obe- decendo a posição do filtro), resistência à abrasão (de pouca re- levância), insolubilidade. Os ensaios aconselhados são: análise petrográfica; resistência à compressão e à abrasão, dependendo da posição. Existe um pequeno número, e não muito conhecidos, os princípios que regem os agregados usados na confecção de filtros. A American Water Works Association descreve especifica- ções em quantidades rígidas e criteriosas para agregados a serem utilizados em filtros de barragens para abastecimento de água. Tais especificações são, ocasionalmente, adotadas no Brasil. 1.1.6.2 Brita O Ministério de Minas e Energia (2009, 2.) traz em seu documento que a Brita “é destinada para o setor da construção civil com aplica- ções na fabricação de concreto, revestimento de leito de estradas de terra, de ferrovias, barramentos, etc.”. A brita estabelece o máximo volume do concreto com o qual se executa inúmeras obras de engenharia. As utilidades da brita no concreto são: a) ajudar com grãos capazes de reagir aos esforços solicitantes, b) contrapor ao desgaste à ação de intempéries; c) restringir as modificações de volume de qualquer natu- reza; d) auxiliar para a diminuição do custo do concreto. As demandas que a rocha utilizada para a produção de brita ficam sujeitas são: atrito e impacto no tempo de preparação do concreto; compressão e tração associado à estrutura do concreto; executável reação com álcalis do cimento; ação do processo mecânico, como expansão e contração térmica; ação química da água da chuva e das águas agressivas. As propriedades exigidas da rocha da brita são: resistência à compressão simples, à tração, ao desgaste (pouco importante), UNIUBE 19 não reatividade, resistência ao intemperismo, trabalhabilidade (MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, 2009). Os ensaios recomendados são: Compressão axial; tração; análise petrográfica para minerais reativos ou ensaio de reatividade; forma; análise das impurezas (torrões de argila, materiais carbonosos, material pulverulento, im- purezas orgânicas, presença de mica, presença de sulfato); avaliação da alteração e alterabilidade (MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, 2009, p.4). Nos lastros de vias férreas, a brita é utilizada em estaturas progres- sivas de baixo para cima, acima do solo. As finalidades dos lastros são: carregar os dormentes, suportando aos movimentos horizon- tais em consequência à ação o tráfego e às transformações de tem- peratura nos trilhos; dividir as cargas, reduzindo a intensidade da pressão sobre o leito da ferrovia; constituir um meio de drenagem da água sob os dormentes; constituir um meio próprio para o aplai- namento da pista; permitir que os trilhos se movam verticalmente sob as cargas repentinas aplicadas; limitar os efeitos agressivos do impacto; desacelerar ou evitar o avanço de vegetação. A brita é utilizada nos pavimentos das estradas, na base, no ma- cadame hidráulico, no revestimento betuminoso e de concreto de cimento. As funcionalidades do pavimento são: sustentar e partilhar a carga do tráfego, trazendo-a às camadas inferiores; acolher o subleito da ação dos agentes de ações climáticas, particularmente da ação mecânica da água. 20 UNIUBE 1.1.7 Impurezas Para o uso adequado dos agregados no concreto, é importante sabermos que determinadas impurezas não são bem-vindas, pois comprometem a sua qualidade. Assim, de um de modo geral: - o calcário e o arenito conseguem ser utilizados se suas resistên- cias à compressão estiverem conciliáveis com a resistência pre- tendida para o concreto e se este nãofor submetido a ambientes ácidos; - a areia de cava possui argila, que reveste os grãos e diminui a conexão; por isso deve-se estabelecer o teor de argila a 3%; • Não devem existir impurezas orgânicas, pois prejudicam o endurecimento; • Não devem conter argila, húmus, carvão, compostos de en- xofre e de ferro, gesso e impurezas salinas; • Areia de praia, só se o teor de cloreto de sódio (NaCl) for inferior à 0,08%. 1.1.8 Considerações Finais Prezado(a) aluno(a), chegamos ao final deste capítulo, que tratou sobre os agregados, com o intuito de entendermos um dos principais e mais utilizados grupos dos materiais dentro da construção civil. Neste primeiro momento pode parecer estranho e surgir algumas dúvidas, mas tenho observado exatamente isso ao longo dos anos UNIUBE 21 com muitos alunos, porém, você irá entender melhor conforme for- mos avançando no livro. Neste capítulo pudemos definir os agregados, entendendo de onde são obtidos, bem como suas classificações quanto às origens, ta- manho de partículas e massa específica. Pôde-se entender como é a produção dos agregados industrializa- dos, principalmente as britas, utilizadas em larga escala na cons- trução civil. Para isso, foi necessário ter visto as principais matérias -primas, as rochas naturais que depois do processo de trituração, ficam aptas ao uso. Quanto à aplicabilidade, ou seja, o uso dos agregados, pudemos discutir sobre a aplicação dos dois principais materiais deste grupo, a areia e a brita. Vimos que existe uma série de aplicações para cada um deles na área da engenharia civil. O que faz destes agre- gados um importante e necessário material. Por último, o conhecimento de algumas impurezas que precisamos saber e entender para que possamos garantir a qualidade destes agregados e, consequentemente, a qualidade dos outros produtos que dependem deles. Interessante que saiba que iremos montar um grande quebra-ca- beça, construindo os materiais, com base nos agregados. Este capítulo I nos prepara para seguir adiante, dando fundamenta- ções técnicas e recursos para futuros entendimentos. Esperamos que você consiga sair deste estudo, fazendo um víncu- lo com seus conhecimentos prévios, aumentando todas as ligações de conteúdo, reformulando seus pensamento e atitudes. Judson Ricardo Ribeiro da Silva Introdução AglomerantesCapítulo 2 Neste capítulo, vamos falar sobre os aglomerantes, mais um grupo importante dentro dos materiais de construção civil. No estudo dos aglomerantes, vamos entender que estes materiais são responsáveis por manter todos os outros materiais unidos, como um único só material. A defi nição dos aglomerantes de origem mineral se faz presente neste capítulo. Assim como o estudo dos materiais que são considerados aglomerantes, como a cal e o gesso. A cal será estudada desde sua fabricação até as transformações químicas que ela sofre e que são fundamentais para a sua função. Isso poderá ser verifi cado no ciclo da cal. Depois, veremos o gesso, outro material aglomerante extremamente particular em suas características. Veremos também desde sua fabricação até suas aplicações. Veremos ainda um produto que está sendo muito usado na construção como elemento de vedação e que é feito com o gesso, o drywall. Querido(a) acadêmico(a), torcemos para que você seja capaz de usufruir satisfatoriamente dos estudos expostos deste exemplar. Convido-o(a) a percorrer os próximos capítulos! • Entender a importância dos aglomerantes na construção civil. • Elucidar os aglomerantes. • Elencar os tipos de aglomerantes. • Conhecer o processo de fabricação dos aglomerantes. • O que é aglomerante de origem mineral. • Quais são os requisitos dos aglomerantes. • O que é cal. • Quais os tipos de cal. • O ciclo da cal. • Aplicações da cal. • O que é gesso. • Quais as características do gesso. • O que é drywall. Objetivos Esquema UNIUBE 25 Definição2.1 Os aglomerantes, resultados de origem mineral (ABNT NBR 11172:1990), são peças com constituintes minerais que, para sua aplicação, se exibem sob forma de pó fino e que na presença da água forma uma pasta com propriedades aglutinantes (aderência). Como requisitos principais de um aglomerante mineral podemos citar: • tenacidade: prática de dar aderência/colagem; • trabalhabilidade: capacidade na manipulação do material; • resistência mecânica: capacidade de resistir a esforços me- cânicos adequados ao seu uso; • durabilidade: capacidade de desempenho, ou seja, manter a qualidade por mais tempo. Como vimos no capítulo I, os agregados têm como uma das suas principais utilidades dar resistência. Como o significado de agregar é contribuir, somar, dar volume, os aglomerantes vêm para unir os agregados, aderindo as partículas umas às outras. Os principais materiais aglomerantes utilizados na construção civil são a cal, o gesso e o cimento. Podemos classificar os aglomerantes como hidráulicos e aéreos. Os aglomerantes hidráulicos, são os aglomerantes cuja pasta apresenta a propriedade de enrijecer somente pelo comportamento com a água e que, após seu enrijecimento, resiste aceitavelmente quando sujeita à ação da água. Como exemplo, podemos citar o cimento Portland. 26 UNIUBE Já os aglomerantes aéreos são os aglomerantes cuja pasta de- monstra a propriedade de enrijecer por resposta de hidratação ou pela ação química do anidrido carbônico (CO2) contido na atmosfera e que, após seu enrijecimento, não reage satisfatoriamente quando exposto à ação da água. Como exemplo, podemos citar o gesso. 2.1.1 Cal Cal é um nome genérico de um aglomerante simples, que resulta da calcinação de rochas calcárias (CaCO3). Trata-se de um aglome- rante onde o componente principal é o óxido de cálcio em presença natural com o óxido de magnésio, que pode ser hidratado ou não. Podemos definir os tipos de cal, em cal virgem e cal hidratada. 2.1.1.1 Cal virgem Derivado de métodos de calcinação da rocha calcária entre uma temperatura de 900 a 1200ºC, cujo constituinte central é o óxido de cálcio (CaO) em combinação natural com o óxido de magnésio (MgO). Em atribuição aos teores dos seus componentes, pode ser denominada de: dolomítica, cálcica ou magnesiana. Ampliando o conhecimento Veja como é o processamento de extração da rocha calcária até virar cal virgem. <http://www.vcimentos.com.br/htms-ptb/Produtos/Cal_procFabri- cacao.html>. UNIUBE 27 2.1.1.2 Cal Hidratada Proveniente da Cal virgem quando em estado de pó seco, passa pelo processamento de hidratação com a adição de água dando origem ao hidróxido de cálcio – Ca (OH)2 e demais elementos. 2.1.2 Reações Químicas É comum quando estudamos os aglomerantes, entender o que acontece com a cal. Devida a reações químicas, a cal se transfor- ma, de maneira a obter as características de adesividade necessá- rias para sua função de aglomerante. Ao conjunto destas reações químicas, damos o nome de ciclo da cal. Lembrando que a cal é o produto resultante da calcinação de ro- chas calcárias a uma temperatura inferior ao do início da sua fase de fusão, a aproximadamente 900ºC. 2.1.3 Etapas do ciclo da Cal 1. CALCINAÇÃO CaCO3 + calor CaO + CO2 Esta reação mostra a rocha calcária (CaCO3) sendo calcinada a 900ºC, e resultando em cal virgem ou também chamada de cal viva (CaO) e liberando gás carbônico (CO2). 2. EXTINÇÃO DA CAL CaO + H20 Ca(OH)2 + calor Esta reação mostra a hidratação da cal virgem. Esta etapa é mui- to conhecida pelo termo “queima da cal”, usada nos canteiros de 28 UNIUBE obras pelos pedreiros. O resultado desta reação é a formação do hidróxido de cálcio – Ca(OH)2, conhecido por cal hidratado. Esta é uma reação exotérmica, ou seja, libera calor. Neste caso especí- fico, o calorliberado pode chegar a 100ºC. A quantidade de hidró- xido de cálcio – Ca(OH)2 – formado é o aglomerante propriamente dito. A cal virgem não tem função aglutinante. É necessário que a cal virgem seja hidratada para aí então se tornar com propriedades adesivas. Parada obrigatória Não deixe de notar que nesta segunda etapa do ciclo da cal, temos a formação do aglomerante propriamente dito, que é a cal hidratada. Esta etapa também chamamos de “queima da cal” e é aquela que o pedreiro faz na obra! 3. ENDURECIMENTO OU RECARBONATAÇÃO Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O A cal hidratada, quando exposta ao ar, começa a absorver o gás carbônico (CO2). Quanto maior o período de exposição maior a absorção do CO2, porém o gás carbônico por meio desta reação química com o hidróxido de cálcio resulta na formação de calcá- rio (CaCO3) novamente. Ou seja, quimicamente a cal volta a ser calcário e perde com isso suas propriedades aglutinantes. Muito comum ver em sacos de cal abertos por longos períodos o “empe- dramento” do material que normalmente é em forma de pó. Por isso também, que os aglomerantes têm data de validade. UNIUBE 29 Fonte: Guimarães e Cincotto (1985) IMPORTANTE! É importante relembrarmos e sabermos sobre a cal hidratada: • Pela apresentação ao ar úmido, ou com hidratadores de cal, verifica-se a variação da cal virgem em cal hidratada ou a “eliminação” da cal. • A hidratação da cal virgem é um comportamento vigorosamen- te exotérmico. Por exemplo, 1 kg de cal virgem cálcica pode elevar a temperatura de 2,3 litros de água de 12ºC para 100ºC. 30 UNIUBE • O aglomerante é o hidróxido que contém a capacidade aglo- merante da cal hidratada e é quantificada pelo teor dos hidró- xidos presentes no produto. • A fração paralisada da cal são encontrados nos carbonatos residuais. • Em contato com o ar a cal hidratada endurece, resultado da re- carbonatação dos óxidos, ao sugar CO2 (gás carbônico) do ar. A cal hidratada tem propriedades importantíssimas quando faz par- te da composição das argamassas. São elas: • Para uma maior plasticidade para à argamassa a Cal deverá estar em estado fresco que permitirá melhor trabalhabilida- de e, em consequência, total produtividade na consumação do revestimento. • Para o desempenho da argamassa quanto ao sistema base/ revestimento a característica de possibilitar a sucção exces- siva da água pela base e manter o estado fresco, com isso proporcionando a retenção de água. • Para as movimentações da estrutura, observar quanto ao es- tado endurecido por meio das deformações absorvidas, resul- tado da baixa elasticidade. • Proporciona diminuição da retração provocando menor al- teração dimensional, além de carbonatar vagarosamente ao longo do tempo, obstruir eventuais fissuras sucedidas no enrijecimento da argamassa mista. UNIUBE 31 PARADA PARA REFLEXÃO Imagine uma argamassa sem cal hidratada em seu traço. A quantidade de propriedades que refletem diretamente em sua qualidade. Pense nisso! 2.1.4 Gesso Gesso é o termo genérico usado para uma família de aglomeran- tes simples. É um aglomerante inorgânico obtido por calcinação do minério natural da gipsita, que é constituída de sulfato desidratado de cálcio em presença de proporções de impurezas, tais como alu- mina, sílica, óxido de ferro e carbonatos de cálcio e magnésio. É um aglomerante aéreo que possui características importantes do gesso e que não suporta contato com a água após endurecido. 2.1.5 Produção do Gesso A gipsita é desidratada por calcinação a uma temperatura aproxi- mada de 350ºC. Sendo: CaSO4. 2H20 + calor (350ºC) GESSO Dependendo da temperatura e da desidratação, podemos obter três tipos de produtos: 32 UNIUBE • ANIDRITA (CaSO4). • HEMIDRATO (CaSO4.1/2H2O). • GIPSITA (CaSO4.2H2O). O gesso sob a forma de gipsita (CaSO4.2H2O) é utilizado tanto na construção civil quanto na medicina. É o mesmo gesso que em ca- sos de fratura são usados para associação. A pasta de gesso apresenta aglomerados de cristais de dihidrato em forma de agulha intertravada, conferindo resistência mecânica. Entre esses cristais existem defeitos, os poros, que diminuem um pouco a resistência e geram uma maior absorção de água. Quanto maior quantidade de água de amassamento, menor a resistência, e quanto maior a absorção de água pelo gesso endurecido, a resis- tência irá reduzir. Em relação à pega, que significa o tempo que o material leva para ficar em estado de colagem, o gesso é um aglomerante que cha- mamos de pega rápida, levando alguns minutos para chegar em sua resistência adequada. Por ser um aglomerante aéreo, ele é solúvel na presença de água depois de enrijecido. O gesso tem uma considerável resistência ao fogo, pois a água de cristalização que é eliminada pelo calor, reduzindo o material superficial à condição de pó, que por não ser removido, age como um isolador e protege assim, a camada interna do gesso. Além disso, o gesso apresenta certa porosidade em sua microestrutura, e como o calor se propaga por contato, isso o torna também como um isolante térmico e acústico. UNIUBE 33 2.1.6 DRYWALL Um dos produtos bastante utilizados hoje na construção civil é o drywall. O drywall é composto por placas de gesso acartonado. O sistema drywall é uma tecnologia que substitui as vedações inter- nas convencionais (paredes, tetos e revestimentos) de edificações de quaisquer tipos, consistindo de chapas de gesso acartonado aparafusadas em estruturas de perfis de aço galvanizado. Esta tecnologia da construção drywall foi inventada nos Estados Unidos, em 1895 e o seu uso é muito difundido em todo o mundo principalmente na União Europeia e Japão. SAIBA MAIS Você sabia que existem placas de drywall que podem ser usadas em ambientes úmidos e outras placas com propriedades de resis- tência ao fogo? Veja em <http://casa.abril.com.br/materia/ drywall-entenda-como-funciona-esse-sistema-de-construcao>. 34 UNIUBE Fabricação do drywall Fonte: <http://www.blog.artesana.com.br/conheca-os-componentes-do- sistema-drywall-e-suas-aplicacoes/>. Acesso em: 13 abr. 2016 2.1.7 Considerações finais Prezado(a) aluno(a), chegamos ao final deste capítulo, que falou sobre os aglomerantes, com o intuito de entendermos mais um dos grupos dos materiais dentro da construção civil. Abordamos as definições, e conhecemos os materiais aglomeran- tes, como a cal e o gesso. Aprendemos de onde vêm estes materiais, conhecendo suas maté- rias-primas, seus processos de fabricação e ainda características, propriedades e aplicações. Com o fechamento deste capítulo, você pôde entender como os aglomerantes agem, unindo os agregados e transformando vários materiais em como se fosse um único. Quanto à aplicabilidade, ou seja, o uso dos destes aglomerantes, pudemos discutir sobre a aplicação do cal como um componente UNIUBE 35 importante das argamassas, pois o cal em forma de cal hidratado, atri- bui propriedades fundamentais para o desempenho das argamassas. Já o gesso, também pode ser utilizado como componente de arga- massas e além disso, como se mostrou um material de acabamento interessante e como matéria prima para a fabricação do drywall, tão utilizado atualmente como elemento de vedação e forros. Este capítulo II nos prepara para seguir adiante, principalmente porque iremos estudar o mais importante de todos os aglomeran- tes, o cimento. Judson Ricardo Ribeiro da Silva Introdução CimentoCapítulo 3 Neste capítulo estudaremos um dos mais importantes materiais utilizados na construção civil, o cimento. Estudamos no capítulo anterior os aglomerantes, onde o cimento se enquadra, porém deixamos um capítulo específi co para ele, por ser de fundamental importância para o seu aprendizadoe para sua carreira como engenheiro(a). Começaremos estudando suas defi nições e um pouco da sua história e veremos que ao contrário do que muitas pessoas imaginam o cimento já existe a quase 200 anos, mantendo-se quase que insubstituível até os dias de hoje. Na sequência, estudaremos sobre suas matérias-primas e seu processo de fabricação. Começaremos a partir daí ver que a química está mais presente do nunca na composição do cimento e que é necessário entender um pouco sobre o assunto. Ao contrário do que se imagina, existem muitos tipos de cimento, e neste capítulo poderemos estudar praticamente todos eles, mas com certeza os mais utilizados. Assim, espero que aproveite para conhecer mais sobre este importante material. • Compreender a importância do cimento. • Definir cimento. • Saber classificar os cimentos. • Conhecer os tipos de cimentos. • Saber identificar as matérias-primas da fabricação do cimento. • Conhecer o processo de fabricação. • Saber a aplicabilidade dos cimentos. • O que é cimento. • Quais suas propriedades. • Os tipos de cimento. • Onde são aplicados os diversos tipos de cimento. • Ligações químicas, definições e tipos. Objetivos Esquema Definição3.1 O cimento é um material de propriedades adesivas, cerâmico que em contato com a água, produz uma reação exotérmica de cristali- zação de produtos hidratados, ganhando assim, resistência mecâ- nica (TAYLOR, 1992, tradução nossa). Considera-se ser um mate- rial existente com o aspecto de um pó fino, com medidas médias de partículas na ordem dos 50 µm (micrometros), que é resultado da mistura de clínquer e demais materiais, tais como: gesso, po- zolanas, escórias siliciosas em volumes que consistem do tipo de aplicação e das propriedades pesquisados para o cimento. UNIUBE 39 Em um primeiro momento, esta definição nos deixa um pouco con- fusos, principalmente por não conhecermos ainda as definições de algumas palavras. Muito provavelmente, os antigos romanos foram os primeiros a uti- lizar um material que endurecia pela ação da água, porém, depois de endurecido não sofria alterações químicas e físicas pela expo- sição à água ao longo do tempo. Isso ajudou e muito o uso desse material nas construções da época (NEVILLE; BROOKS, 2013). Somente em 1824, foi desenvolvido o cimento moderno, conhecido até os dias atuais como Cimento Portland, e foi criado e paten- teado por um construtor inglês chamado Joseph Aspdin. O nome Portland vem devido à localidade onde foram realizados os testes de desenvolvimento por Aspdin, a ilha de Portland na Inglaterra (NEVILLE; BROOKS, 2013). Assim podemos definir o Cimento Portland como um produto obtido pela mistura homogênea de calcário, argila ou outros materiais ricos em sílica, alumina e minerais contendo ferro. Tal mistura é queimada a uma elevadíssima temperatura, sendo o material resultante desta etapa de queima o clínquer. Este material intermediário, o clínquer, é moído e a ele adicionado gesso (NEVILLE; BROOKS, 2013). Em 1924, no Brasil, houve a implantação da Companhia Brasileira de Cimento Portland em Perus, SP. O consumo de cimento no país consistia exclusivamente do pro- duto importado naquela época. A produção nacional foi sucessiva- mente elevada com a inserção de novas fábricas e a presença de produtos importados variou ao longo das décadas seguintes, até de fato desaparecer nos dias de hoje. Atualmente, o Brasil é um dos 5 maiores produtores mundiais de cimento Portland. 40 UNIUBE 3.1.1 Produção do cimento Portland Como já falamos na definição do cimento Portland, ele é produzi- do basicamente pela mistura de duas matérias-primas: calcário e argila. O calcário também conhecido por carbonato de cálcio (CaCO3) e a argila um mineral rico em sílica (SiO2) e alumina (Al2O3). O processo de produção começa com a moagem destas matérias -primas a cru até a obtenção de um pó muito fino. Fabricado com 75 a 80% de calcário e 20 a 25% de argila, ou por outros compo- nentes que contenham os citados elementos químicos. Depois da moagem este pó é misturado exaustivamente e enca- minhado aos fornos rotativos onde é queimado a uma temperatura aproximada de 1450ºC. No forno ocorre a sinterização do material e sua fusão parcial na forma de clínquer (BAUER, 2011). O clínquer depois de resfriado, é misturado a uma pequena pro- porção de gesso (CaSO4), que é novamente moído até resultar um pó extremamente fino. O resultado é o cimento Portland comercial, utilizado nas obras pelo mundo inteiro. UNIUBE 41 Fluxograma de Produção do Cimento Portland Fonte: Renó (2007) 3.1.2 A QUÍMICA DO CIMENTO Durante o processo de queimada das matérias-primas, que se des- creve como clinquerização, que permeiam as misturas químicas, de preferência no estado sólido, que encaminham à formação de compostos químicos, de fundamental importância para as caracte- rísticas técnicas que são exigidas do cimento. São eles: • Silicato tricálcico (C3S): conhecido como alita (50 – 70%). • Silicato dicálcico - belita (C2S): conhecido como belita (15 – 30%). • Aluminato tricálcico (C3A): variando entre 5 a 10%. • Ferroaluminato tetracálcico (C4AF): variando entre 5 a 15%. 42 UNIUBE Os silicatos C3S e C2S são os compostos mais importantes na com- posição do clínquer, pois são eles os responsáveis pela resistência do cimento. Para os aluminatos, o C3A no cimento não é desejável, pois não contribui para a resistência do cimento, apenas nas primeiras ida- des. Outro problema do C3A é que quando a pasta de cimento en- durecida é atacada por sulfatos (SO4), existe a formação de sulfo- aluminato de cálcio, chamado de etringita e este composto pode provocar desagregação do concreto. Por outro lado, o C3A é benéfi- co para a produção do cimento, pois facilita a combinação do óxido de cálcio com a sílica. O último composto do clínquer, o C4AF, aparece em pequenas pro- porções, não afeta significativamente seu comportamento, mas re- age com o gesso e forma sulfoferrito de cálcio e a sua presença acelera a hidratação dos silicatos, que gera mais rapidamente a reação de hidratação do cimento e que provoca boas resistências depois de endurecido. 3.1.3 TEMPO DE PEGA DO CIMENTO Para todos os aglomerantes, e o cimento não é diferente, têm seu tempo de pega. Este termo é usado para descrever o endurecimen- to da pasta de cimento. Em outras palavras, o termo pega significa o aumento brusco na viscosidade da pasta, mudando do estado fluído para o estado rígido (NEVILLE; BROOKS, 2013). Outro termo muito utilizado é o endurecimento. Assim, podemos atribuir algumas definições: UNIUBE 43 • Pega: intervalo de fenômenos químicos, em que se realiza desprendimento de calor e reações; • Endurecimento: intervalo de fenômenos físicos de secagem e entrelaçamento dos cristais; • Início de pega: tempo que desenvolve a adição de água até o início das reações com os compostos de cimento; • Fim de pega: situação em que a pasta não experimenta mais nenhuma deformação em função de pequenas cargas e se torna um bloco rígido; • Falsa pega: o cimento assume dureza, mas não tem resis- tência suficiente. CICLO DE PEGA E ENDURECIMENTO Fonte: Revista Técnhe-Pini (2009) 44 UNIUBE 3.1.4 TIPOS DE CIMENTO PORTLAND O cimento Portland é tratado como um produto genérico, porém quan- do são hidratados, podem apresentar diferentes propriedades se ti- verem diferentes composições químicas (NEVILLE; BROOKS, 2013). Foram desenvolvidos ao longo dos anos, vários tipos de cimento para garantir boa qualidade e boa durabilidade nos concretos sob uma variedade de condições. Assim, os tipos de cimento Portland, recebem uma classificação bastante ampla, podendo existir grandes diferenças entre as pro- priedades físicas. Cada tipo decimento Portland pode ser aplicado para uma situação específica de uso. TIPOS DE CIMENTO PORTLAND Fonte: <http://www.clubedoconcreto.com.br/2013/08/ti- pos-de-cimento.html>. Acesso em: 13 abr. 2016 A tabela acima nos mostra os tipos de cimento Portland comuns, mais usados na construção civil, com suas respectivas siglas, descri- ção, composição adicional e as resistências em MPa (Mega Pascal). As resistências são chamadas, nesse caso, de classes do cimento. UNIUBE 45 3.1.5 Aplicações dos tipos de cimento Portland Conforme descrito nas Normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas e Associação Brasileira de Cimento Portland (2016), a se- guir suas aplicações e especificações: 3.1.5.1 Cimento Portland Comum CP I e CP I-S (NBR 5732) • Sem quaisquer adições além do gesso (utilizado como retar- dador da pega) é muito adequado para o uso em construções de concreto em geral quando não há exposição a sulfatos do solo ou de águas subterrâneas; • É usado em serviços de construção em geral, quando não são exigidas propriedades especiais do cimento; • Também é oferecido ao mercado o Cimento Portland Comum com Adições CP I-S, com 5% de material pozolânico em mas- sa, recomendado para construções em geral, com as mes- mas características. 3.1.5.2 Cimento Portland CP II (NBR 11578) • Gera calor em uma velocidade menor do que o gerado pelo Cimento Portland Comum; • Seu uso é mais indicado em lançamentos maciços de concre- to, onde o grande volume da concretagem e a superfície re- lativamente pequena reduzem a capacidade de resfriamento da massa; 46 UNIUBE • Apresenta melhor resistência ao ataque dos sulfatos contidos no solo; • Recomendado para obras correntes de engenharia civil sob a forma de argamassa, concreto simples, armado e protendido, elementos pré-moldados e artefatos de cimento. • Cimento Portland CP II-Z Com adição de material pozolânico: empregado em obras civis em geral, subterrâneas, marítimas e industriais. • Cimento Portland Composto CP II-E Com adição de escória granulada de alto-forno combina com bons resultados o baixo calor de hidratação com o aumento de resistên- cia do Cimento Portland Comum. • Cimento Portland Composto CP II-F Com adição de material carbonático – fíler – para aplicações gerais. Pode ser usado em argamassas de assentamento, revestimento, argamassa armada, concreto simples, armado, protendido, proje- tado, rolado, magro, concreto-massa, elementos pré-moldados e artefatos de concreto, pisos e pavimentos de concreto, solo-cimen- to, dentre outros. 3.1.5.3 Cimento Portland de Alto Forno CP III – (com escória - NBR 5735) • Maior impermeabilidade e durabilidade, baixo calor de hidra- tação, alta resistência à expansão - reação álcali-agregado, resistente a sulfatos; UNIUBE 47 • Pode ter aplicação geral, mas é particularmente vantajoso em obras de concreto-massa. 3.1.5.4 Cimento Portland CP IV – 32 (com pozolana - NBR 5736) • Para obras correntes, sob a forma de argamassa, concreto simples, armado e protendido, elementos pré-moldados e ar- tefatos de cimento; • É especialmente indicado em obras expostas à ação de água corrente e ambientes agressivos; • Torna o concreto mais impermeável, mais durável, apresentan- do resistência mecânica à compressão superior à do concreto feito com Cimento Portland Comum, a idades avançadas; • Apresenta características particulares que favorecem sua aplicação em casos de grande volume de concreto devido ao baixo calor de hidratação. 3.1.5.5 Cimento Portland CP V ARI - (Alta Resistência Inicial - NBR 5733) • Possui valores aproximados de resistência à compressão de 26 MPa a 1 dia de idade e de 53 MPa aos 28 dias; • É recomendado no preparo de concreto e argamassa para produção de artefatos de cimento, elementos arquitetônicos pré-moldados ou pré-fabricados; • Pode ser utilizado em todas as aplicações que necessitem de resistência inicial elevada e desforma rápida. O desenvol- vimento dessa propriedade é conseguido pela utilização de 48 UNIUBE uma dosagem diferente de calcário e argila na produção do clínquer, e pela moagem mais fina do cimento. 3.1.5.6 Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC) - (NBR 13116) • Designado por siglas e classes de seu tipo, acrescidas de BC. Por exemplo: CP III-32 (BC) é o Cimento Portland de Alto- Forno com baixo calor de hidratação, determinado pela sua composição; • Este tipo de cimento tem a propriedade de retardar o despren- dimento de calor em peças de grande massa de concreto. 3.1.5.7 Cimento Portland Branco (CPB) – (NBR 12989) • Classificado em dois subtipos: • Estrutural: aplicado em concretos brancos para fins arquite- tônicos, com classes de resistência 25, 32 e 40, similares às dos demais tipos de cimento; • Não estrutural: não tem indicações de classe e é aplicado, por exemplo, em rejuntamento de azulejos e em aplicações não estruturais. A cor branca é obtida a partir de matérias-primas com baixos teores de óxido de ferro e manganês, em condições especiais durante a fabricação, tais como resfriamento e moagem do produto e, princi- palmente, utilizando o caulim no lugar da argila. O índice de bran- cura deve ser maior que 78%. UNIUBE 49 3.1.6 Considerações Finais Assim encerra-se o capítulo sobre o cimento. Pudemos aprender e entender o significado técnico do cimento, por duas definições com embasamento em normas específicas. Foi interessante saber que o cimento é fabricado, a partir de maté- rias-primas minerais, mas que ao passo que parecem ser simples, tem uma complexidade química muito grande e é exatamente isso que faz com que o cimento seja até os dias de hoje um material quase que insubstituível. Porém, o processo de fabricação também é algo que nos leva a pensar grande. Um processo complexo, com alto consumo de ener- gia, com forno chegando a 1450ºC, e que antes as matérias-primas sofrem um processo duro de extração devido às gigantescas quan- tidades de material necessário para sua fabricação. Graças aos avanços tecnológicos e principalmente às pesquisas realizadas nesta área, podemos contar hoje com vários tipos de cimento, sendo um tipo para cada aplicação, fazendo com que o concreto tenha maior qualidade. Judson Ricardo Ribeiro da Silva Introdução Concreto de Cimento Portland Capítulo 4 O concreto de cimento Portland é simplesmente um dos materiais mais utilizados no planeta. Apenas a água é consumida em maior quantidade. Isso nos mostra facilmente a importância deste material não só para a construção civil, mas para a economia mundial. Isso mostra a importância da Engenharia Civil para a sociedade. Neste sentido, neste capítulo iremos apenas começar o assunto sobre o concreto, pois para este assunto devemos abordar muito mais conhecimento e informações. Na disciplina de Materiais de Construção Civil II, teremos um direcionamento em boa parte da disciplina sobre concreto. O termo concreto de cimento Portland é simplesmente pelo fato de o cimento estar presente obrigatoriamente na composição do concreto, atuando como o aglomerante e responsável por deixar o concreto de forma monolítica. Abordaremos agora, os estados físicos do concreto, ou seja, o concreto no estado fresco e no estado endurecido. Veremos o que signifi ca cada um e suas respectivas características e propriedades. No início dos estudos sobre concreto, teremos muitos novos termos técnicos e que irão parecer confusos, mas que logo começarão a entender seus signifi cados. • Compreender a importância do concreto de cimento Portland. • Definir concreto. • Saber elencar as características do concreto. • Conhecer os estados físicos do concreto. • Saber identificar suas propriedades. • O que é concreto de cimentoPortland. • Quais as operações para a fabricação do concreto de cimento Portland. • Estados físicos do concreto de cimento Portland. • Quais são as propriedades no estado fresco. Objetivos Esquema Definição4.1 Concreto de cimento Portland é constituído de agregados miúdos e agregados graúdos envolvidos por pasta de cimento e espaços cheios de ar. A pasta, por sua vez, é composta essencialmente de uma solução aquosa e grãos de cimento. O concreto é atualmente o segundo produto mais utilizado no mun- do. Projeções positivas pressupõem que o material seja capaz de conquistar o primeiro lugar a partir de 2025, ultrapassando a gera- ção de água potável. Situação que não é diferente no Brasil e vi- sualizando essa tendência foi encomendada mais ampla pesquisa sobre o mercado nacional do concreto para a ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland). UNIUBE 53 Segundo a ABCP, em 2014 o consumo mundial de concreto foi de 30 bilhões de toneladas, aproximadamente. Os fatores que levam o concreto a ser um dos materiais mais con- sumidos mundialmente são: disponibilidade e facilidade de achar os materiais que constituem um custo mais ou menos baixo; possi- bilitando execução; adaptação a praticamente todo tipo de forma e tamanho; excelente resistência à água e a diferentes ações. Quando são misturados, a água e o cimento geram uma reação química que chamamos de reação de hidratação do cimento, que forma uma pasta que adere as partículas dos agregados. Até certo período de tempo, pode-se dar a forma desejada à esta pasta. Com o passar do tempo, depois de algumas horas esta pasta começa a perder água e endurece, e ao longo dos dias adquire uma resistên- cia mecânica elevada, transformando em um material único, com diversas características que o assemelha com as rochas. É necessário e indispensável que a produção do concreto seja feita de maneira correta para que ele tenha todas essas características de resistência e que possa ser aplicado na construção civil. A produção do concreto se resume em uma série de operações executadas e devidamente controladas, obtendo-se, a partir de seus materiais, um concreto que resista, depois de endurecido a diversos esforços solicitantes derivados de condições de carrega- mento que fora submetido, e que ainda seja durável. Tais operações para a produção do concreto são definidas confor- me Araújo, Rodrigues e Freitas (2000, p.50): • Dosagem ou quantificação dos materiais; 54 UNIUBE • Mistura dos materiais; • Transporte até o local da obra; • Lançamento, ou seja, colocação do concreto no seu local definitivo (normalmente em uma forma); • Adensamento, que consiste em tornar a massa do concreto a mais densa possível, eliminando os vazios; • Cura, ou seja, os cuidados a serem tomados a fim de evitar a perda de água pelo concreto nos primeiros dias de idade. Caso qualquer uma dessas operações sejam mal executadas po- derá ocasionar um concreto de baixa qualidade. 4.1.1 Propriedades do Concreto Pensando em suas propriedades, o concreto deve ser analisado por duas condições: estado fresco e estado endurecido, descritos por Araújo, Rodrigues e Freitas (2000, p.51). • O concreto fresco é assim considerado até o momento em que tem início a pega do aglomerante. • O concreto endurecido é o material que se obtém pela mis- tura dos componentes, após o fim da pega do aglomerante. 4.1.2 Relembrando! Lembre-se de que já estudamos os termos pega, início de pega e fim de pega no capítulo III, quando estudamos cimento Portland. Aqui se aplica a mesma definição, pois o concreto é constituído de cimento Portland. UNIUBE 55 4.1.3 Concreto Fresco As propriedades desejáveis para o concreto fresco são aquelas que garantam a obtenção de uma mistura com facilidade de ser transportada, lançada e adensada, sem que ocorra o fenômeno segregação. A segregação que consiste na separação dos materiais componen- tes, com o consequente aparecimento de “ninhos ou bicheiras”, que o adensamento não conseguirá eliminar. Neste caso, a grande porosidade será o fator causador da baixa qualidade da estrutura. Assim, consideramos as principais propriedades do concreto fresco: 4.1.4 Consistência Consistência é a maior ou menor facilidade da argamassa defor- mar-se sob ação de cargas. Em função de sua consistência, o concreto é classificado em: “seco ou úmido: quando a relação água/materiais secos é baixa, entre 6 e 8%; plástico: quando a relação água/materiais secos é maior que 8 e menor que 11%; flui- do: quando a relação água/materiais secos é alta, entre 11 e 14%” (ARAÚJO; RODRIGUES; FREITAS, 2000, p.51). Um concreto de aparência plástica pode apresentar, segundo o grau de sua variabilidade, maior ou menor clareza para ser formado e escorregar entre os ferros da armadura, sem que haja divisão de seus componentes. Atualmente os utilizados em obras em gerais. A natureza da obra, o espaçamento entre as paredes das formas e a distribuição da armadura no seu interior impõe que a consistência do concreto seja adequada. 56 UNIUBE Determinada a resistência, verificado a fixação de subordinante valor para a ligação água/cimento, falta certificar à mistura uma textura compatível com a natureza da obra. O método de defini- ção da consistência mais aplicada no Brasil, em consequência à simplicidade e facilidade em que é praticado na obra, é o teste de abatimento denominado como Slump Test, exemplificada na figura a seguir. Cone de Abrams Fonte: Mehta e Monteiro (2008) 4.1.5 Plasticidade É a propriedade pela qual a argamassa tende a conservar-se defor- mada após a retirada das tensões de deformação. Resulta essencialmente da consistência e do grau de coesão entre os componentes do concreto. Quando não existir coesão, os ele- mentos se dividirão e ocorrerá a segregação. UNIUBE 57 Segregação é a separação dos grãos do agregado da pasta de cimento. Pode transcorrer ao longo do transporte, durante o lan- çamento e em decorrência de mudanças bruscas, no decorrer do adensamento, por meio de vibração excessiva, ou mediante a ação da gravidade, quando os grãos graúdos e os altamente pesados em relação aos demais grãos, inclinam-se a firmar no fundo das formas. Trabalhabilidade e coesão Fonte: Helene e Terzian (1993) 4.1.6 Poder de retenção de água É a capacidade de a argamassa fresca manter sua trabalhabilidade quando sujeita a solicitações que provocam a perda de água. O recurso de retenção de água é o contrário à exsudação. Exsudação é o fenômeno que surge em certos concretos quan- do a água se desprende da massa e sobe à superfície da peça concretada. Dá-se quando a parte superior do concreto se torna abundantemente úmida; seu resultado é um concreto poroso e menos resistente. 58 UNIUBE Para diminuir a exsudação é necessário alterar a dosagem do con- creto, aumentando-se a proporção de finos e o teor de cimento. A exsudação também pode ser controlada pela adequada confecção de um concreto trabalhável, evitando-se o emprego de água além do limite necessário. Igualmente, o concreto pode estar sujeito à fragmentação em vir- tude da percolação da água. Esse fenômeno tem início quando o processo de lançamento do concreto nos moldes a parte sólida não é capaz de conter a água de amassamento. 4.1.7 Trabalhabilidade É a especialidade do concreto fresco e é classificada pela maior ou menor clareza de seu emprego para obedecer a determinado fim. O concreto é trabalhável durante o tempo de estado fresco e adqui- re consistência e dimensões máximas dos agregados adequados ao tipo de obra a que se designa no que se refere às dimensões das peças, ao desligamento e à doação das barras das armadu- ras, do mesmo modo que os métodos de transporte, lançamento e adensamentoque serão escolhidos. Efetivamente, as características de um concreto não devem ser destacadas isoladamente. A consistência influi exclusivamente na trabalhabilidade, a qual, no que lhe concerne, não somente afetar a plasticidade como assegura a estabilidade da junção água/cimen- to, denominado como fator a/c. 4.1.8 Concreto Endurecido Depois de endurecido, o concreto deve apresentar determinadas características que são: UNIUBE 59 4.1.9 Resistência mecânica No que se refere à resistência mecânica do concreto endurecido, quer dizer, a sua predisposição de resistir às diferentes circunstân- cias de carregamento a que possa estar sujeito quando em ser- viço, exibi-se a resistência à compressão, à tração, à flexão e ao cisalhamento. Com vinte oito dias de idade o concreto endurecido já adquire cerca de 80 a 90% de sua resistência total e sua resistência mecânica vai sendo apresentada pelo concreto endurecido após a sua execução baseando-se no cálculo dos elementos de concreto. O método de endurecimento dos concretos à base de cimento Portland é longo, chegando a permanecer por mais de dois anos para finalizar. Com o passar desse tempo, o concreto endurecido apresenta-se um au- mento da resistência ao esforço mecânico. Alguns fatores influenciam na resistência mecânica do concreto, dentre os quais destacamos: • fator água/cimento; • idade; • forma e granulometria dos agregados; • tipo de cimento; • condições de cura. A resistência do concreto ocasionará fundamentalmente do fator água/cimento, ou seja, quanto mais baixo for este fator, máxima será a resistência do concreto. Mas explicitamente, é recomendado 60 UNIUBE haver uma quantidade mínima de água indispensável para que ocorra a reação de hidratação do cimento, que dará início a traba- lhabilidade ao concreto no estado fresco. De acordo com a obser- vação anteriormente, pode-se analisar a resistência do concreto como sendo função principal da resistência da pasta de cimento endurecida ao agregado e a ligação pasta/agregado. Quando se trata de resistência à compressão, a resistência da pasta é o fundamental fator. Em contrapartida, é denominada a influência da porosidade da pasta acerca da resistência do concreto. Como a porosidade resulta do fator água/cimento, tal como do tipo de ci- mento, afirma-se que para uma mesma característica de cimento a resistência da pasta baseia-se unicamente do fator água/cimento, fator determinante da resistência da ligação pasta/agregado. A Lei de Abrams diz que quanto maior o fator água/cimento, menor a resistência mecânica do concreto e vice-versa. Por isso devemos tomar todo cuidado na hora de adicionar água de amassamento, e calcular e medir a quantidade necessária a ser utilizada, para não comprometer a resistência mecânica do concreto. Curva de Abrams Fonte: Clube do Concreto (2015) UNIUBE 61 O gráfico de Abrams, como na figura anterior, mostra exatamente esta relação entre a quantidade de água adicionada e a resistência mecânica. 4.1.10 Durabilidade e impermeabilidade A durabilidade definiu-se como sendo a capacidade que o concre- to possui em resistir à ação do tempo, aos ataques químicos, à abrasão ou a qualquer outra ação de danificação. A durabilidade provém, todavia, do tipo de ataque, físico ou químico, que o concre- to, depois de endurecido, será sujeitado, devendo ser examinado detalhadamente antes da escolha dos materiais e da dosagem. A durabilidade está diretamente ligada à impermeabilidade do con- creto, pois quanto maior a absorção de água, maior a porosidade, ficando mais fácil da água penetrar e atacar o concreto e sua ar- mação metálica, provocando corrosão e deteorização da pasta dos agregados, comprometendo assim a qualidade do concreto. A impermeabilidade do concreto está relacionada com a durabi- lidade. Um concreto impenetrável proíbe o acesso de agentes agressivos. Dois fatores importantes influenciam quanto à porosidade que são: relação água/cimento e o grau de hidratação da pasta. A junção água/cimento, diante disso, determina a estrutura da pas- ta. Quanto menor essas relações, mais próximas uns dos outros estarão os grãos de cimento e menor, consequentemente, será a porosidade da pasta. Como os produtos da hidratação envolvem uma quantidade maior do que o cimento na pasta, a porosidade reduz à medida que a hidratação evolui. 62 UNIUBE Conclui-se que a impermeabilidade do concreto amplia, também, com a diminuição da relação água/cimento e com a evolução da hidratação, quer dizer, com a idade do concreto. 4.1.11 Considerações finais Neste capítulo foi dado o primeiro passo para o estudo do concreto. Este é um material que necessita ser mais estudado, não só pela sua importância, mas também pela quantidade de informações que serão necessárias para a vida profissional. Foi interessante notar que o concreto pode ser visto e estudado separadamente em relação ao seu estado físico. Pudemos ver que enquanto ele ainda está em estado “líquido” temos certos cuida- dos, pois suas características se alteradas nesta etapa, podem comprometer a qualidade quando ele estiver no estado endurecido. Alguns termos técnicos foram introduzidos neste capítulo, mas que serão revistos em quase todos os outros fundamentos do concreto. São termos que fazem parte da linguagem do engenheiro civil. Muitas características e propriedades do concreto foram vistas, tal- vez de forma ainda superficial, mas que voltaremos a estudar mais adiante no curso. Judson Ricardo Ribeiro da Silva Introdução Materiais cerâmicos para alvenaria Capítulo 5 Para o sistema de alvenaria temos alguns tipos de materiais disponíveis no mercado. Uns mais tradicionais e outros mais inovadores. Neste capítulo falaremos um pouco sobre os materiais cerâmicos que são utilizados como materiais para alvenaria. Neste caso específi co, os materiais cerâmicos são utilizados com a função simplesmente de vedação, ou seja, apenas o fechamento de espaços, tanto internos como externos, não sendo aplicados com funções estruturais. Veremos as defi nições necessárias para o entendimento do assunto, como a defi nição dos materiais cerâmicos e a defi nição de alvenaria. Depois disso, estudaremos os tipos de blocos cerâmicos, sendo os blocos cerâmicos maciços e os blocos cerâmicos vazados, bem como suas características e aplicações. • Compreender a importância do material cerâmico em materiais de construção. • Definir os materiais cerâmicos. • Saber sobre as matérias-primas. • Definir alvenaria. • Saber identificar os tipos de cerâmica para alvenaria. • Conhecer as aplicações das cerâmicas para alvenaria. • O que é material cerâmico. • O que é argila. • O que é alvenaria. • Definir blocos cerâmicos maciços. • Aplicação dos blocos cerâmicos maciços. • Definir blocos cerâmicos vazados. • Aplicação dos blocos cerâmicos vazados. Objetivos Esquema UNIUBE 65 Definição de material cerâmico5.1 Material cerâmico é um material que compreende todos os ma- teriais inorgânicos, não metálicos, recebidos frequentemente pos- teriormente ao tratamento térmico em condições de temperaturas elevadas. A matéria-prima principal é a argila e materiais ricos em sílica, alumina e álcalis. Argila é o conjunto de minerais compostos, principalmente, de silicatos de alumínio hidratados (SiO2.Al2O3.H2O) e se origina da decomposição de rochas feldspáticas. É ainda um material natu- ral, terroso, de baixa granulometria (com elevado teor de partícu- las com diâmetros menores que 2 μm), e apresentam plasticidade quando em contato com água. Com água são moldáveis, preservam a forma moldada, enjirecem com a perda de água e solidificam-se definitivamente com o calor, onde passa pela etapa produtiva daqueima em equipamentos in- dustriais, os fornos, atingindo temperaturas elevadas que variam de 900º até mesmo 1500ºC em alguns casos mais particulares. 5.1.1 Definição de Alvenaria Alvenaria é definida como a construção de estruturas que são cons- tituídas por paredes que são compostas por blocos cerâmicos, por blocos de concretos e que estes são ligados uns aos outros com argamassa. A alvenaria tanto é utilizada para vedação ou como para a estrutura de uma edificação. Neste segundo caso, adquire o nome de alvenaria estrutural. A alvenaria é geralmente utilizada em paredes de edificações, muros de arrimo e monumentos. Os blocos mais utilizados são 66 UNIUBE os cerâmicos e os de concreto. Os blocos cerâmicos podem ser maciços ou vazados. Os blocos de concreto são sempre vazados. A alvenaria como material de construção possui cerca de 10.000 anos e originam-se na distinta civilização. A simplicidade da técnica de construção, baseada na colocação de uma pedra sobre outra pedra, concedeu a sua sobrevivência atualmente, evidentemente aderindo novos materiais e tecnologias industrializadas. Até muito recentemente o interesse da comunidade técnica sobre a alvenaria foi minimizada, diante da novidade e relevância dos materiais de construção do século XX (aço e concreto). 5.1.2 Alvenaria para Edificações Os itens de alvenaria que constituem os tijolos ou blocos podem ser fundamentados em variados materiais, sendo mais empregados os cerâmicos ou de concreto. Independente do material utilizado, suas propriedades devem conter: • Ter resistência à compressão adequada; • Ter predisposição de aglutinar à argamassa favorecendo a homogeneidade a parede; • Conter resistência junto aos agentes agressivos (umidade, variação de temperatura e ataque por agentes químicos); • Possuir dimensões uniformes; • Resistir ao fogo. UNIUBE 67 5.1.3 Blocos Cerâmicos Maciços São blocos de barro (argila) comum, moldados com arestas vivas e retilíneas, resultante da queima da argila, consequência da alta temperatura em torno de 1000ºC. Os blocos obrigatoriamente devem conter a forma de um paralelepí- pedo retângulo atribuídas pela NBR 8041 - “Tijolo Maciço Cerâmico para Alvenaria – Forma e Dimensões”. Devem conter as quatro faces planas e apresentar rebaixos de fa- bricação em uma das faces de maior área. Comumente, os tijo- los apresentam a expansão em virtude da umidade do ambiente. Desse modo, é recomendado que se resguarde a utilização de blo- cos ou tijolos cerâmicos que tenham saído do forno com menos de duas ou três semanas. Bloco cerâmico maciço Fonte: <http://www.tadem.com.br/tijolo_comum.htm>. Acesso em: 15 abr. 2016 68 UNIUBE Os tijolos tanto apresentam como comuns ou especiais. Os tijolos comuns são categorizados em A, B ou C conforme as suas carac- terísticas mecânicas descritas na NBR 7170 - “Tijolo maciço cerâ- mico para alvenaria”. Quanto a resistência à compressão deverá ser testada seguindo normativa descrita pela NBR 6460 - “Tijolo maciço cerâmico para alvenaria – Verificação da resistência à com- pressão” e respeitar os valores indicados de 1,5 a 20 MPa, os mais aplicados são: • 1,5 MPa – classe A. • 2,5 MPa – classe B. • 4,0 MPa – classe C. 5.1.4 Blocos Cerâmicos Vazados Os blocos vazados são moldados com arestas vivas retilíneas e possuem furos cilíndricos ou prismáticos. Sua produção deriva da queima da cerâmica vermelha. A sua conformidade é obtida por meio da extrusão. No decurso deste processo toda a umidade é retirada e a matéria orgânica é incinerada, resultando a vitrificação com a integração dos grãos de sílica. 5.1.4.1 Blocos de vedação São blocos usados na construção das paredes de vedação. Na aplicação dos blocos cerâmicos de vedação os furos são frequen- temente dispostos horizontalmente, o que permite a diminuição da resistência dos painéis de alvenaria. UNIUBE 69 Bloco cerâmico vazado Fonte: Cerâmica Belém (2016) A técnica de vitrificação nas faces do bloco afeta a aderência com a argamassa de aplicação ou revestimento. Por meio desta razão, as faces dos blocos são compostas de ranhuras e saliências. Os blocos vazados possuem furos paralelos a uma das faces. Podem ser de dois tipos: • Blocos vazados vedação: suportam somente o peso pró- prio. Possuem furos na vertical ou na horizontal. • Blocos vazados estruturais: suportam cargas previstas em alvenaria estrutural. Apresentam furos somente na vertical e existem três tipos: • blocos com paredes maciças; 70 UNIUBE • blocos com paredes vazadas; • blocos perfurados. Estrutural com paredes vazadas Fonte: Cerâmica Belém (2016) As dimensões dos blocos cerâmicos para alvenaria visam a mo- dularidade (10 cm), considerando 1 cm de junta, apresentadas na norma que tem a função de orientar (apenas quanto ao número de furos). As dimensões necessárias especificadas na norma apre- sentam uma tolerância de ± 5 mm. Para a planeza das faces admite-se uma flecha (F) de no máximo 3 mm e para o desvio de esquadro (D) é admitido o máximo de 3 mm. Nas figuras a seguir, a da esquerda mostra a flecha (F) e a figura da direita mostra o desvio de esquadro (D). UNIUBE 71 Fonte: NBR 7171, de novembro de 1992: Bloco Cerâmico para Alvenaria: Especificação. (Esta norma foi substituída pela NBR 15270-1;2 e 3:2005) O desvio D é medido com o auxílio de um instrumento intitulado esquadro metálico e o objetivo é investigar a perpendicularidade entre a base do bloco, onde é feito o seu assentamento, e a sua face externa reservada ao revestimento. A não compatibilidade neste teste técnico comprova que a parede poderá ter problemas de esquadro, quer dizer, poderá ficar “torta”. O ensaio da flecha F é realizado com a ajuda de uma régua metálica e para que se constate se as faces externas das amostras de blocos cerâmicos são planas, quer dizer, se não apresentam depressões elevadas que ultrapassam o limite considerado pela norma. Diante disso, a ocorrência da não conformidade estará arrolada com o surgimento de avarias, especialmente, no decurso da etapa de revestimento, uma vez que a argamassa de reboco evidenciará variações de espessura, o que evidenciará maiores ônus para os consumidores que, no esforço de corrigir o problema, terão que aplicar uma quantidade elevada de argamassa. 72 UNIUBE 5.1.5 Considerações Finais Tivemos neste capítulo o primeiro contato com algum material que é utilizado para alvenaria de vedação. Vimos, primeiramente, a definição de materiais cerâmicos e enten- demos assim, que este material deriva das argilas. Posteriormente, vimos a definição de alvenaria e entendemos que este tipo de al- venaria feita de materiais cerâmicos é apenas para funções de vedação. Depois estudamos os tipos de cerâmicas de alvenaria, os blocos cerâmicos maciços, com suas características, propriedades e apli- cações, e os blocos cerâmicos vazados, que assim como os ma- ciços, estudamos também suas características, propriedades e aplicações. Mas foi importante notar no tópico dos blocos cerâmicos vazados, que eles se dividem em blocos cerâmicos vazados de vedação e blocos cerâmicos vazados estruturais. E vimos que o que leva a tal diferença é o posicionamento dos furos e a espessura da parede dos blocos. Judson Ricardo Ribeiro da Silva Introdução Materiais cerâmicos de revestimento Capítulo 6 Os materiais cerâmicos são muito antigos, surgiram muito mesmo nos períodos antes de Cristo. Mas que até nos dias atuais é muito utilizado no nosso dia a dia, com funções variadas. Neste capítulo VI, estudaremos os materiais cerâmicos para revestimento, que se entende por aqueles materiais que têm a função de acabamento de uma edifi cação. Não é somente revestir pisos e paredes para dar a característica
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