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Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 1 Materiais B Materiais Cerâmicos Materiais obtidos pela moldagem, secagem e cozimento de materiais argilosos Surgimento da cerâmica: Período Neolítico (12.000 a.C.): necessidade de armazenar alimentos Emprego: locais onde a pedra era escassa Matéria – prima abundante na natureza Os vestígios mais antigos de tijolos não queimados (Adobes) datam de 7500 a.C. foram encontrados na Turquia A invenção do tijolo cozido data do terceiro milénio antes de Cristo, no Médio Oriente (Arábia Saudita, Egito...) Os tijolos foram uma inovação tecnológica importante, pois permitiram erguer edifícios resistentes à temperatura e a humidade Por volta do ano de 1200 a.C., a produção de tijolos generalizou – se na Europa e na Ásia Os romanos adotaram o tijolo e desenvolveram um novo tipo, o tijolo romano. o Um dos principais elementos de construção dos edifícios do Império Romano o Tinham forma um pouco fora do habitual, pois eram mais compridos (6:2:1) Com o desenvolvimento do concreto armado e estruturas metálicas os materiais cerâmicos passaram a ser usados como elemento de vedação Material constituinte: argila ARGILA Material natural, terroso, de baixa granulometria Apresenta plasticidade quando em contato com água Compostas por partículas de < 0,005 mm (segundo a ABNT) Argilo – minerais: Silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio podendo conter elementos: o Alcalinos: sódio e potássio o Alcalinos terrosos: cálcio e magnésio Sílica: componente formador do vidro quando submetido a altas temperaturas Tipos de argilas: CAULIM Argila primária Utilizada na fabricação de massas para porcelanas Coloração branca Funde a 1800°C (pouco plástica) Moldada em moldes ou formas ARGILA VERMELHA Popularmente conhecida como barro Grande plasticidade Composição: uma ou mais variedades de argilas Produzidas sem tanta preocupação com seu estado de pureza Quando queimadas no máximo de 1100°C: adquirem colorações que vão do amarelo aos tons avermelhados Mostra o maior ou menor grau da porcentagem de óxido de ferro ARGILAS REFRATÁRIAS Caulins Argilas altamente aluminosas ARGILAS DE GRÊS De modo geral é composto: argilas refratárias, quartzo, caulins e feldspato Apresentam grão fino Tem plasticidade Vitrificam entre 1250 – 1300°C Feldspato: atua como material fundente Após a queima: coloração variável (vai do vermelho escuro ao rosado) BENTONITA Muito plástica Aumenta de 10 a 15 vezes seu volume: quando em contato com água os grãos são muito finos Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 2 Classificação quando à plasticidade: Gordas: o Maior quantidade de colóides confere alta plasticidade devido alto teor de alumina deforma – se muito no cozimento Magras: o Alto teor de sílica: produtos frágeis Propriedades das argilas: Plasticidade: o Propriedade de se deformar continuamente quando submetido à uma força, e conservar a deformação quando esta é retirada o Depende do tamanho, formato e comportamento dos grãos e da presença de outros materiais além dos argilo – minerais Retração: o Propriedade manifesta – se por uma redução de volume por efeito de secagem e da cozedura o Inconveniente, pois pode gerar fissuração Efeito do calor sobre as argilas: 20 a 150°C: perda de água de capilaridade e de amassamento > 600°C: alterações químicas: o Perda da água de constituição o Queima da matéria orgânica o Formação de óxidos > 950°C: Vitrificação (fundição da sílica) PROPRIEDADE DAS CERÂMICAS Porosidade: Volume de vazios/ volume total Influência: resistência mecânica e densidade Porosidade do produto depende da quantidade de vidro formado Essa característica é um índice de qualidade da cerâmica Massa específica: Massa de sólido/ volume de sólido Capacidade de absorção de água: (massa saturada – massa seca) / massa seca Resistência mecânica: À compressão Ao desgaste À tração na flexão PROCESSO DE FABRICAÇÃO Exploração da jazida: Viabilidade técnica/ econômica/ ambiental Tratamento da matéria – prima: Purificação e trituração Regularização da matéria – prima: Umidificação e homogeneização Moldagem: Pasta seca: h% de 4 a 10% (prensagem) – ex.: revestimentos cerâmicos Pasta consistente: h% de 20 a 35% (extrusão) – ex.: blocos, telhas Pasta fluida: h% de 35 a 50% – ex.: louça sanitária Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 3 Secagem: Retirada da umidade Controlada, para evitar retração Queima: Mudança na estrutura Vitrificação PRODUTOS CERÂMICOS PARA CONSTRUÇÃO CIVIL MATERIAIS CERÂMICOS SECOS AO AR Adobe: Tijolo executado com solo argiloso (60% argilo – minerais + 40% de silte, areia fina e média) Por não ser queimado sob ação da água torna a ter característica plástica CERÂMICA DE BAIXA VITRIFICAÇÃO Também chamados cerâmica comum – tijolos e telhas Conforme o tipo de argila empregada resultará a qualidade do produto fabricado Características: Alta porosidade Superfície áspera Fabricados com pouca energia de prensagem TIJOLOS MACIÇOS E BLOCOS Podem ser fabricados por extrusão ou prensagem Normas: NBR 15270 – 1: 2017 – Blocos e tijolos para alvenaria Parte 1: Requisitos NBR 15270 – 2: 2017 – Blocos e tijolos para alvenaria Parte 2: Métodos de ensaios Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 4 Componente da alvenaria que possui todas as faces plenas de material, podendo apresentar rebaixos de fabricação em uma das faces de maior área Requisitos: Identificação do fabricante: CNPJ, razão social ou nome fantasia Dimensões nominais, em centímetros, na sequência largura (L), altura (H) e comprimento (C), na forma (L x H x C) Indicação de rastreabilidade: lote ou data de fabricação Telefone do serviço de atendimento ao cliente ou correio eletrônico ou endereço do fabricante, importador ou revendedor/ distribuidor Para blocos/ tijolos da classe EST, as letras EST (indicativas de sua condição estrutural) após a indicação das dimensões nominais Dimensões nominais ou de fabricação: Valores da largura (L), altura (H) e comprimento (C), que identificam um bloco ou tijolo, correspondentes a múltiplos e submúltiplos do módulo dimensional M = 10 cm menos 1 cm Características geométricas dos BLOCOS de vedação e estruturais: Medidas das faces (largura, altura e comprimento) – dimensões efetivas ou reais Espessura dos septos e paredes externas dos blocos Desvio em relação ao esquadro (D) Planeza das faces (F) Área bruta (Ab) Área líquida (Aliq) para blocos estruturais Características geométricas dos TIJOLOS de vedação e estruturais: Medidas das faces (largura, altura e comprimento) – dimensões efetivas ou reais Desvio em relação ao esquadro (D) Planeza das faces (F) Área bruta (Ab) para tijolos perfurados Área líquida (Aliq) para tijolos perfurados estruturais Variação dimensional: São as diferenças entre os valores das dimensões de fabricação ou nominais e as dimensões efetivas ou reais, obtidas por medições individuais, conforme a ABNT NBR 15270 – 2 Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 5 Tolerâncias dimensionais – MEDIDAS DAS FACES (largura, altura e comprimento) Blocos e tijolos VED: tolerância = individual ± 5 mm, na média ± 3 mm Blocos e tijolos EST: tolerância = individual ± 3 mm Tolerânciasdimensionais – ESPESSURA DOS SEPTOS E PAREDES EXTERNAS (Tabela 2) Blocos e tijolos VED15: tolerância de – 0,5 mm Blocos e tijolos VED30: tolerância de – 0,3 mm Blocos e tijolos EST: tolerância de – 0,3 mm BLOCOS CERÂMICOS VAZADOS Possuem furos paralelos a uma das faces Vedação: Suportam somente o peso próprio Furos na vertical ou na horizontal Estrutural: Suportam cargas previstas em alvenaria estrutural Furos na vertical Três tipos: o Blocos com paredes maciças o Blocos com paredes vazadas o Blocos perfurados Requisitos em função da classe Propriedades mecânicas: Blocos e tijolos cerâmicos de vedação (classe VED): resistência à compressão individual (fb) Blocos e tijolos cerâmicos estruturais e de vedação racionalizada (classe EST): resistência à compressão característica (fbk) Todos os corpos de prova devem ser ensaiados de modo que a carga seja aplicada na direção do esforço que o bloco ou tijolo deve suportar durante seu emprego, sempre perpendicular ao comprimento e na face destinada ao assentamento Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 6 Resistência características à compressão (fbk): A estimativa da resistência à compressão da amostra dos blocos e tijolos é o valor estipulado pela seguinte equação: Após o cálculo do fbk,est, deve –se proceder à seguinte análise: o Se o valor for fbk,est ≥ fbm (média da resistência à compressão de todos os corpos de prova da amostra), adota – se fbm como a resistência característica do lote (fbk) o Se o valor for fbk, est < x fb(1) (menor valor da resistência à compressão de todos os corpos de prova da amostra), adota – se a resistência característica à compressão (fbk) determinada pela equação x fb(1), os valores de são indicados na Tabela 6 o Caso o valor calculado de fbk,est esteja entre os limites mencionados anteriormente ( x fb(1) e fbm), adota – se este valor como a resistência característica à compressão (fbk) Propriedades físicas: Massa seca (ms) Índice de absorção d’água (AA) 𝑨𝑨 = 𝒎𝒖 − 𝒎𝒔 𝒎𝒔 𝒙 𝟏𝟎𝟎 Onde: mu: massa saturada ms: massa seca Características – Dimensões BLOCO DE VEDAÇÃO: Absorção de água: 8 a 25% BLOCO ESTRUTURAL: Absorção de água: 8 a 21% Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 7 Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 8 Resistência à compressão: 𝒇𝒄 = 𝑷 𝑨 Onde: P: carga máxima suportada pelo corpo de prova (kgf) A: área de carregamento (cm²) fc (kgf/cm²) / 10 = fc (Mpa) fc: resistência à compressão do corpo de prova (Mpa) TAVELAS OU LAJOTAS Elementos retangulares utilizados na confecção de lajes pré – moldadas Apoiam – se entre pequenas vigotas de concreto armado e servem de fôrma para a laje Exigência: resistência à flexão ≥ 700 N BLOCO DE VEDAÇÃO: fc: 1,5 Mpa BLOCO ESTRUTURAL: fc: 4 Mpa Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 9 ELEMENTOS VAZADOS Elementos não estruturais para ventilação e iluminação TELHAS CERÂMICAS Telhas = componentes cerâmicos para construção de telhados Primeira etapa de fabricação: extrusão da argila, formando um bastão que é cortado nas dimensões adequadas Segunda etapa: prensagem em fôrmas Terceira etapa: secagem e queima (900°C a 1100°C) Algumas podem levar esmaltação (impermeabilidade, brilho e cor) NBR 15310 : 2009 – Componentes cerâmicos – Telhas – Terminologia, requisitos e métodos de ensaio As telhas cerâmicas devem ser fabricadas com argila conformada, por prensagem ou extrusão, e queimadas de forma a permitir que o produto final atenda às condições determinadas pela NBR 15310 / 2009 Tipos de telhas cerâmicas – características geométricas: PLANA DE ENCAIXE Se encaixam por meio de sulcos e saliências Apresentam furos e pinos para fixação Ex.: francesa TELHA COMPOSTA DE ENCAIXE Capa e canal no mesmo componente Apresentam furos e pinos para fixação Ex.: romana TELHA SIMPLES DE SOBREPOSIÇÃO Capa e canal independentes O canal possui furos e pinos para fixação Ex.: paulista TELHA PLANA DE SOBREPOSIÇÃO Somente se sobrepõem Apresentam furos e pinos para fixação E.x.: alemã Características dimensionais: Largura de fabricação (L) Comprimento de fabricação (C) Posição do pino ou furo de amarração (Lp) Altura do pino (Hp) Rendimento médio (Rm) Galga mínima (Gmin) Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 10 Exigências para telhas: Impermeabilidade: não apresentar vazamentos ou formação de gotas em sua face inferior Retilinearidade e planacidade: para evitar problemas de encaixe Massa da telha seca: máximo 6% superior ao valor especificado no projeto para o modelo da telha Tolerância dimensional: ±2% em relação à especificação Absorção de água: o limite máximo admissível é 20% Características visuais (pequenos defeitos) Sonoridade (som metálico) Resistência à flexão: transporte e montagem do telhado e trânsito eventual de pessoas PRODUTOS CERÂMICOS PARA CONSTRUÇÃO CIVIL MATERIAIS CERÂMICOS DE ALTA VITRIFICAÇÃO Os materiais cerâmicos de alta vitrificação podem ser: Pisos cerâmicos, azulejos, porcelanatos e pastilhas Louça sanitária Material refratário PROCESSO DE FABRICAÇÃO PREPARAÇÃO Via líquida (barbotina): argila diluída em água, passa pelo moinho de bolas, até obtenção da plasticidade e granulometria desejadas: o Louça sanitária o Pisos: segue para um atomizador para extração da umidade CONFORMAÇÃO SECAGEM, ESMALTAÇÃO E QUEIMA MATERIAIS DE LOUÇA Caracterizam – se por sua matéria – prima quase isenta de óxido de ferro, ou seja, as “argilas brancas” (caulim quase puro), com granulometria fina e uniforme e com alto grau de compacidade e vitrificação da superfície, cujo resultado é um material que tem como característica principal a impermeabilização (absorção de água em torno de 2%) Utiliza – se o processo da pasta fluida (barbotina), em moldes de gesso (também há processos de prensagem em moldes de plástico) Peças impermeáveis na superfície (vidrado) e porosas no interior Molde de gesso de um vaso sanitário pronto para ser preenchido com barbotina líquida. Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 11 Linha de produção automatizada com prensagem em moldes de plástico Esmaltação Vasos sanitários esmaltados entrando no forno para a segunda queima. Refratários: Produtos refratários são materiais, geralmente cerâmicos, naturais, constituídos em sua maioria de óxidos metálicos que podem suportar a elevadas temperaturas, sem se deformar ou fundir Para que um produto possa ser considerado refratário deverá suportar, sem se deformar, a uma temperatura de 1435°C Revestimento – Termos técnicos Esmalte: cobertura vitrificada impermeável Polimento: o Acabamento mecânico aplicado sobre a superfície de um revestimento não esmaltado – superfície lisa com ou sem brilho (não é esmalte) o É a última fase de acabamento de alguns produtos Faixas de tonalidades: conjunto de nuanças localizadas entre dois padrões extremos Muratura: o Relevo do lado avesso da placa destinado a melhorar a aderência (tardoz) o Pode ser constituído por: Saliências: pisos e paredes interiores Reentrâncias (rabo de andorinha): fachadas ESMALTAÇÃO Esmaltadas: GL (glazed) Não esmaltadas: UGL (unglazed) QUEIMA Monoqueima ou biqueima Terceira queima: para acrescentar relevo com metais e/ou pigmentos Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 12 PLACAS CERÂMICAS Tipos: Azulejos Pisos Porcelanatos Pastilhas Peças decorativas Normas: NBR 13816:1997 – Placas cerâmicas para revestimento – Terminologia NBR 13817:1997 – Placas cerâmicas para revestimento – Classificação NBR 13818:1997 – Placas cerâmicas para revestimento – Especificação e métodos de ensaio NBR 15463:2007 – Placas cerâmicas para revestimento - Porcelanato As placas cerâmicas para revestimentos podem ser classificadas: ESMALTADAS E NÃO ESMALTADAS Acabamento: esmaltado (GL) Não esmaltado (UGL) MÉTODOS DE FABRICAÇÃO Extrudado Prensado Outros GRUPOS DE ABSORÇÃO DE ÁGUA I, I I e I I I CLASSES DE RESISTÊNCIA À ABRASÃO SUPERFICIAL, EM NÚMERO DE 5 Classe de resistência à abrasão superficial (só placa esmaltada) - PEI CLASSES DE RESISTÊNCIA AO MANCHAMENTO, EM NÚMERO DE 5 Classe de resistência ao manchamento (1 a 5) CLASSES DE RESISTÊNCIA AO ATAQUE DE AGENTES QUÍMICOS, SEGUNDO DIFERENTES NÍVEIS DE CONCENTRAÇÃO Classe de resistência ao ataque de agentes químicos (A, B e C) ASPECTO SUPERFICIAL OU ANÁLISE VISUAL Classes A, B e C Absorção de água – Placas Cerâmicas Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 13 Resistência à abrasão superficial – PEI (Cerâmicas esmaltadas) Resistência ao manchamento Facilidade na remoção de machas Resistência química Capacidade de manter o aspecto original Classificação quanto à qualidade Classe A: 95% das peças não tem defeitos visíveis a 1 m (separação por bitolas, tonalidades, curvaturas e ortogonalidade de acordo com as normas) Classe B: defeitos visíveis a 1 m Classe C: defeitos visíveis a 3 m Resistência ao deslizamento Grau de atrito da cerâmica NBR 13818 estabelece as características exigidas para todos os usos específicos – identificação das embalagens Marca do fabricante/ comercial e país de origem Identificação de primeira qualidade Tamanho nominal (N), dimensão de fabricação (W) e formato modular Natureza da superfície: GL ou UGL Classe de abrasão para placas cerâmicas esmaltadas para pavimento Nome ou código de fabricação do produto Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 14 Número de peças Metros quadrados que cobrem: Sem juntas: individuais Com juntas: pastilhas Especificação de junta Características físicas: Absorção de água; Carga de ruptura e módulo de resistência à flexão Classe de abrasão superficial, para placas cerâmicas esmaltadas destinadas a pavimentos; Resistência à abrasão profunda, para placas cerâmicas não esmaltadas destinadas a pavimentos; Resistência ao gretamento, para placas cerâmicas esmaltadas; Coeficiente de atrito para pavimentos; Expansão por umidade; Resistência ao impacto. Características químicas: Resistência a manchas; Resistência aos agentes químicos Determinação da Galga Média 𝐺𝑚á𝑥 = 𝐶𝑡 𝑛 𝐺𝑚í𝑛 = 𝐶𝑡 𝑛 𝐺𝑚é𝑑𝑖𝑎 = 𝐺𝑚á𝑥 + 𝐺𝑚í𝑛 2 Onde: Ct: comprimento total n: número dos vãos G: galga Gmédia: galga média Lista de exercícios 1) QUAIS OS TIPOS DE ARGILA UTILIZADA PARA PRODUÇÃO DE MATERIAIS CERÂMICOS? Tipos de argilas: caulim, argila vermelha, argilas refratárias, argilas de grês e bentonita 2) CITE DUAS PROPRIEDADES DA ARGILA E DESCREVA CADA UMA DELAS. Plasticidade: propriedade de se deformar continuamente quando submetido à uma força, e conservar a deformação quando esta é retirada. Retração: propriedade que manifesta - se por uma redução de volume por efeito de secagem e da cozedura. Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 15 3) QUAIS SÃO AS ETAPAS DE PRODUÇÃO DE TIJOLOS? DESCREVA CADA ETAPA Etapas da produção de tijolos: 1. Exploração da jazida 2. Tratamento da matéria - prima: purificação e trituração 3. Regularização da matéria - prima: umidificação e homogeneização 4. Moldagem: pasta consistente 5. Secagem: retirada da umidade controlada para evitar retração 6. Queima: mudança na estrutura; vitrificação 4) DESCREVA O EFEITO DO CALOR SOBRE A ARGILA DURANTE O PROCESSO DE PRODUÇÃO DAS CERÂMICAS. 20 a 150°C: perda de água de capilaridade e de amassamento >600°C: alterações químicas >950°C: vitrificação (fundição da sílica) 5) CITE E DESCREVA 4 PROPRIEDADES DA CERÂMICA Porosidade: volume de vazios/ volume total e isso influencia na resistência mecânica e na densidade. Massa específica: massa de sólido/ volume de sólido Capacidade de absorção de água: (massa saturada - massa seca)/ massa seca Resistência mecânica: compressão, desgaste e tração na flexão 6) QUAL O ELEMENTO QUE SOB A AÇÃO DO CALOR GARANTE A VITRIFICAÇÃO DA CERÂMICA? Sílica: dióxido de silício (SiO2) 7) O QUE SÃO CERÂMICAS DE BAIXA VITRIFICAÇÃO? CITE EXEMPLOS Baixa compressão e menor teor de sílica, tende a ser mais poroso e capacidade de absorção de água elevada (blocos e tijolos comuns) 8) O QUE SÃO CERÂMICAS DE ALTA VITRIFICAÇÃO? CITE EXEMPLOS Alta compressão e alto teor de sílica, capacidade de absorção de água baixa. (revestimentos, louças). 10) QUAIS AS PRINCIPAIS DIFERENÇAS ENTRE O BLOCO CERÂMICO ESTRUTURAL E O DE VEDAÇÃO? Bloco cerâmico estrutural: suportam cargas previstas em alvenaria estrutural e furos na vertical. Bloco cerâmico de vedação: suportam somente o peso próprio e furos na horizontal. 11) QUAIS AS CARACTERÍSTICAS EXIGIDAS PARA AS TELHAS? Características exigidas para as telhas são: impermeabilidade, retilinearidade e planacidade, massa da telha seca: máximo 6%, tolerância dimensional: ± 2% em relação a especificação, características visuais: pequenos defeitos, sonoridade: som metálico e resistência à flexão. 12) COMO AS TELHAS SE CLASSIFICAM? As telhas são classificadas em: plana de encaixe, telha composta de encaixe, telha simples de sobreposição e telha plana de sobreposição. 13) DESCREVA O PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE LOUÇA SANITÁRIA. Por via líquida (barbotina), a argila é diluída em água, passa pelo moinho de bolas, até a obtenção da plasticidade e granulometria desejadas. Após isso, o molde de gesso passa pela prensagem em moldes de plástico, secagem, primeira queima, esmaltação e por fim, os vasos sanitários esmaltados entram no forno para a segunda queima. 14) QUAIS SÃO OS CRITÉRIOS DE CLASSIFICAÇÃO DOS REVESTIMENTOS CERÂMICOS? Os revestimentos cerâmicos são classificados em: esmaltadas e não esmaltadas, métodos de fabricação, grupos de absorção de água, resistência à abrasão superficial, resistência ao manchamento, resistência ao ataque de agentes químicos, aspecto superficial. Sarah Valente Tavares Ceatec – Engenharia Civil 16 15) ESPECIFIQUE AS CARACTERÍSTICAS DE REVESTIMENTO CERÂMICO PARA AS SEGUINTES SITUAÇÕES: Piso de cozinha industrial: resistência ao impacto e determinação da presença de chumbo e cádmio solúveis Piso de sauna: expansão por umidade Revestimento de piscina: expansão por umidade Fachada de edifício: expansão por umidade
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