Materiais de Construção - Falcão Bauer - Vol 1 - 5ª Ed, p.25, Notas de estudo de Materiais

Baixe Materiais de Construção - Falcão Bauer - Vol 1 - 5ª Ed, p.25 e outras Notas de estudo em PDF para Materiais, somente na Docsity! MR DT A TT]  MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 Coordenador: L.A. Falcão Bauer Revisão Técnica: Prof. João Fernando Dias Universidade Federal de Uberlândia (UFU-MG) 5.º edição revisada a & | LTC O autor e a editora empenharam-se para citar adequadamente e dar o devido crédito a todos os detentores dos direitos autorais de qualquer material utilizado neste livro, dispondo-se a possíveis acertos caso, inadvertidamente, a identificação de algum deles tenha sido omitida. Não é responsabilidade da editora nem do autor eventuais danos ou perdas a pessoas ou bens que tenham origem no uso desta publicação. Direitos exclusivos para a língua portuguesa Copyright O 2000 by Luiz Alfredo Falcão Bauer (Coordenador) LTC — Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda. Uma editora integrante do GEN ! Grupo Editorial Nacional Reservados todos os direitos. É proibida a duplicação ou reprodução deste volume, no todo ou em parte, sob quaisquer formas ou por quaisquer meios (eletrônico, mecânico, gravação, fotocópia, distribuição na internet ou outros), sem permissão expressa da Editora. Travessa do Ouvidor, 11 Rio de Janeiro, RJ — CEP 20040-040 Tel.: 21-3543-0770 / 11-5080-0770 Fax: 21-3543-0896 lc grupogen.com.br www .ltceditora.com.br 1.º edição: 1979 — Reimpressões: 1980, 1982 e 1984 2: edição: 1985 3.º edição: 1987 4: edição: 1992 pressão: 5.º edição: 1994 — Reimpressões: 1995 e 1997 5. edição revisada: 2000 — Reimpressões: 2001, 2003, 2005. 2007, 2008, 2009 e 2010 CIP-BRASIL. CATALOGAÇÃO-NA-FONTE SINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVROS, RJ. M377 va Materiais de construção, | / coordenador L.. A. Falcão Bauer ; revisão técnica João Fernando Dias. - S.ed. revisada, [reimpr.). - Rio de Janeiro : LTC, 2008. p. Anexo Inclui bibliografia ISBN 978-85-216-1249-0 1. Materiais de construção. 1. Bauer, L. A. Falcão (Luiz Alfredo Falcão). 08-2998. CDD: 691 CDU: 691 APRESENTAÇÃO Aos colegas engenheiros, aos estudantes e a todos os que, de alguma forma, se inte- ressam em conhecer o comportamento dos materiais de construção, e em particular do “con- ereto”, é este livro oferecido pelos autores que participaram de sua elaboração e que doaram Os direitos autorais ao Banco de Transparências do COPMAT (COMITÊ DE PROFESSO- RES DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO) com o objetivo de patrocinar a execução de esquemas de aulas com recursos audiovisuais e a sua distribuição às escolas de Engenharia. O presente trabalho resultou de determinação do COPMAT, no sentido de que se ela- borasse um livro de texto que servisse de gui Os professores e de orientação para os alunos de escolas técnicas e de Engenharia. iado durante a Presidência do Professor Ermani Sávio Sobral, da Universidade da Bahia, grande incentivador desta obra. LUIZ ALFREDO FALCÃO BAUER Ex-Presidente do COPMAT VIII / SUMÁRIO 254. Cal metalúrgica, 31 25.5. Cal hidráulica, 32 26. Exercícios, 34 Referências Bibliográficas, 34 3. — Cimento Portland, 35 3.1. Definição, 35 3.2. Constituintes, 35 33. Propriedades físicas, 38 33.1. Densidade, 38 33.2. Finura, 38 333. — Tempo de pega, 42 334. Pasta de cimento, 43 335. Resistência, 44 336. Exsudação, 45 34. — Propriedades químicas, 46 Reação álcali-agregado, 49 3.5. Classificação, 49 3.8. — Armazenamento, 58 39. Cimentos pozolânicos, 58 3.10. Cimentos aluminosos, 60 3.11. Cimento natural, 60 3.12. Índices e módulos, 60 3.13. Exercícios, 61 Referências Bibliográficas, 62 4 Agregados, 63 41. Definição, 63 42. Classificação, 63 2.1. Segundo a origem, 63 Segundo as dimensões das partículas, 63 2.3. Segundo o peso específico aparente, 63 43. Produtos, 64 431. Industrializados, 64 4311 Definições, 64 43, Matéria-prima, 65 43, Brita, 66 43. Leves, 71 431 Pesados, 72 43, Pedreiras, 72 432. Naturais, 78 4321. Areia, 78 4322. Cascalho, 84 44. — Índices de Qualidade, 84 441. Resistência à compressão, 84 442. — Resistência à tração, 85 443. — Resistência à abrasão, 85 48. 46. SUMÁRIO /IX Esmagamento, 85 Resistência ao choque, 85 Forma dos grãos, 86 Impurezas, 87 Fragmentos macios e friáveis, 87 Friabilidade, 88 Resistência aos sulfatos, 88 Propriedades físicas, 88 Massa específica, 88 Massa específica aparente, 89 Porosidade, 90 Compacidade, 90 Índice de vazios, 90 Granulometria, 90 4.5.6.1. Graduação, 90 4.5.6.2. Peneiras padronizadas, 91 4.5.6.3. Distribuição granulométrica, 91 4.564. Distribuição log-normal, 95 457. Finura, 96 4.5.7.1. Conceituação, 96 458. Módulo de finura, 96 45.9. i 4.5.10. 4.5.1 Umidade superficial, 101 45.12. Absorção de água, 101 4.5.13 Inchamento, 101 45.14. Coesão, 103 45.15. Fragilidade, 103 45.16. Maleabilidade, 103 45.17 Tenacidade, 103 45.18. Adesividade ao betume, 103 Agregados para concreto, 104 46.1. Condições gerais, 104 46.2. Correlação com as propriedades do concreto, 104 Resistências mecânicas, 1 Fragilidade, 105 Forma dos grãos, 105 Impurezas, 106 Resistências aos sulfatos, 107 Reatividade potencial, 107 Massa específica absoluta, 108 Massa específica aparente, 108 Compacidade, porosidade, índices de vazios, 108 Distribuição granulométrica, 109 Módulo de fura Superfície específica, 110 Teor de umidade, 110 Absorção de água, 110 Inchamento, [10 Aderência, 110 Teor de cloretos, 110 Índice de qualidade, 111 X/ SUMÁRIO 41. 48. 49. 4.10. 462.18. Resistência ao fogo, Il 462.19. Isolamento termoacústico, 11 463. Propriedades do concreto ligadas ao agregado, 11 Resistência à compressão, 111 mm Durabilidade, 112 Trabalhabilidade, 112 Permeabilidade, 112 46.36. —Higroscopia (ascensão capilar), 113 Agregados para pavimentos rodoviários, | 13 471. Subleito, 113 472. Base, 113 473. Concreto betuminoso, 115 Agregado para lastro ferroviário, 115 Agregados para quebra-mares de enrocamento, 1 16 Normalização, 117 Referências Bibliográficas, 119 ER Agressividade das Águas, dos Solos e dos Gases ao Concreto — Escolha dos Cimentos, 121 5.1. 5.2. 53. sa. ss. 56. 57. s8. Introdução, 121 As substâncias que atacam o concreto e seus efeitos, 121 52.1. Noção geral e introdução, 121 5.2.2. A lixiviação do cimento endurecido, 122 522.1. A água doce, 122 5222. Os ácidos, 122 5223. Ossais, 123 5.224. Asgraxasc os óleos, 123 523. — Aexpansão, 124 Apreciação do grau de agressividade, 124 53.1. Bases da apreciação, 124 5.32. Prescrições estabelecidas para diferentes países, 125 5.32.1. Estados Unidos, 125 5322. Inglaterra, 125 (3.2.3. União Soviética, 126 5.324. Alemanha, 126 5.33. Proposição da Comissão Laboratorial da Associação das Fábricas de Cimento Alemãs, 126 Exame das águas, 128 S4l. Resumo sobre a análise química, 128 54.2. Amostragem, 128 Exame dos solos, 129 5.5.1. Reconhecimento dos solos, 129 5.5.2. Substâncias agressivas, 129 5.5.2.1. Solos com sulfatos, 129 5.5.2.2. Solos pantonosos, 129 5.5.2.3. — Aterros de resíduos, 129 5.53. Ensaios químicos, 130 Escolha dos cimentos, 130 Exercícios, 134 Referências Bibliográficas, 134 Ensaio de abatimento, 277 Ensaios de penetração, 278 Ensaios de escorregamento, 279 Ensaio fator de compactação, 279 Ensaios de remoldagem, 280 9.5. Exercícios, 2 Referências Bibliográficas, 282 10. Propriedades do Concreto Endurecido, 284 10.1. Generalidades, 284 10.2. Características e propriedades, 284 10.3. Densidade, 286 10.4. Atrito, 287 10.5. Resistência à abrasão, 288 10.6. Condutibilidade elétrica, 288 10.7. Propriedades térmicas, 288 10.7.1. Condutibilidade, 288 10.7.2. | Calor específico, 290 10.7.3. Dilatação térmica, 290 10.74. Resistência ao fogo, 291 10.8. it radioativas, 296 10.9. Adesão, 297 10.10. ie acústicas, 298 10.11. Durabilidade, 301 10.12. Permeabilidade, 307 10.13. Exercícios, 312 Referências Bibliográficas, 313 11. Ensaios não Destrutivos do Concreto, 314 11.1. Introdução, 314 11.2. Métodos de ensaio, 315 11.21. Método da medição da dureza superficial, 315 11.2.1.1. Método da reflexão por choque, 315 11.2.1.2. Método da impressão (esclerômetro Gaede), 318 11.22. Métodos sônicos, 319 11.2.2.1. Método da determinação da velocidade de propagação do som no concreto, 319 11.2.2.2. Método da ressonância, 322 n.23. Métodos atômicos, 323 Utilização da radiação (gemasrafia), 323 Método eletromagnético, 32: 11.24. comportamento de pegas estuturais através da medição das deformações, 324 24, Determinação das deformações verticais, 325 24.2. Determinação das distensões das fibras, 325 Determinação da rotação em pontos da peça estrutural, 325 11.3. Avaliação de características do concreto por ensaios de ultra-som, 325 11.3.1. Introdução, 325 Histórico, 326 11.3.3. Determinação dos módulos de elasticidade, 327 11.3.3.1. Módulo de elasticidade dinâmico, 327 11.3.3.2. Módulo de elasticidade estático, 329 1134. Avaliação da resistência à compressão dos concretos, 329 11.3.4.1. Realização dos ensaios, 329 "3 Resultados dos ensaios, 330 11.3.4.3. Análise dos resultados e confronto com resultados de pesquisas anteriores, 331 113.5. Fatores que influem na velocidade de propagação e a consideração de seus efeitos nos ensaios, 335 . Densidade do concreto, 335 Tipo, densidade e outras características dos agregados, 336 Efeito da umidade e temperatura da peça em ensaio, 336 Efeito da armadura sobre a velocidade de propagação nos ensaios em concreto armado, 337 Efeito na direção de ensaio, 341 11.3.5.6. Tipo de adensamento, 341 113.57. Efeitos de outros fatores, 341 1136. — Detecção de defeitos no concreto, 341 11.3.6.1. Detecção de falhas de concretagem, 32 11.3.6.2. Estimativa de fissuras, 343 11.4. Exercícios, 344 Referências Bibliográficas, 345 12. Ensaios Acelerados para Previsão da Resistência do Concreto, 347 12.1. Introdução, 347 12.2. Evolução histórica, 348 123. Experiência brasileira, 353 12.4. Método adotado, 354 Escolha do método, 354 + Descrição do método adotado, 355 1243. Considerações sobre o procedimento adotado, 356 12.5. Aplicação típica, 359 126. Limitações, 365 127. Conclusão, 365 Anexo 1. Equipamentos de laboratório, 369 Anexo II. Equipamentos para o canteiro de obras, 3 128. Exercícios, 372 Referências Bibliográficas, 372 13. Controle Tecnológico do Concreto, 375 13.1. Generalidades, 375 13.2. Controle de qualidade, 375 132.1. Tomada de conhecimento, 375 1322. — Fomecimento das dosagens que atendam às condições anteriores, 376 133. Acompanhamento da obra, 376 133.1. Verificação, 376 133.2. Realização dos ensaios necessários, 376 13.4. Tomada de conhecimento do projeto, 376 13.5. Características peculiares impostas pelo projeto arquitetônico, 381 136. Materiais disponíveis e suas características, 381 137. Dos equipamentos disponíveis e da cura a ser empregada, 383 13.8. Dacura, 384 139. Da mão-de-obra disponível, 385 13.10. Dosagens, 385 13.11. Acompanhamento das obras, 386 13.12. Métodos de amostragem, ensaios de agregados e recepção, 386 13.13. Medição de umidade, 388 13.14. Verificação do estado e comportamento dos equipamentos e da mão-de-obra, 388 13.15. Cura do concreto, 388 13.16. Fluência, 390 13.17. Realização de ensaios, 391 13.18. Especificação para execução de concreto aparente, 392 13.18.1. Concreto, 393 13.18.2. Fôrmas, 393 . Juntas horizontais, 394 . Juntas verticais, 395 13.21.2. Remoção dos moldes, 398 13.22. Ensaios de compressão: como interpretá-los, 398 13.22.1. Cálculo da resistência do concreto, 399 13.22.11. Fixação dos valores de desvio padrão, 399 Concreto com desvio padrão conhecido, 400 ; Concreto com desvio padrão desconhecido, 400 13.22.1.4. Ensaios de controle de aceitação, 400 Referências Bibliográficas, 403 14. Patologia e Terapia das Construções (Parte 1), 405 Is. Estruturas de Concreto Armado, Patologia e Terapia das Estruturas (Parte II), 408 15.1. Resumo, 408 15.2. — Introdução, 408 15.3. Referências históricas, 408 15.4. — Deterioração, 409 15.5. Sintomas, 411 15.6. Diagnóstico, 412 15.7. Inspeção, 415 15.8. Recuperação, 416 Patologia em Alvenaria Estrutural de Blocos Vazados de Concreto, 429 16.1. Resumo, 429 16.2. - Introdução, 429 16.2.1. Principais características, 429 16.22. Técnica executiva, 429 16.3. Anomalias, 430 163.1. Principais anomalias, 432 16.3. Fissuras, 432 16.3. Eflorescências, 433 16.3.1,3. - Infiltrações de água, 437 16.4. Considerações finais, 439 Referências Bibliográficas, 439 17. Manifestações Patológicas em Pisos e Revestimentos, 441 17.1. Introdução, 441 17.2. Considerações gerais, 441 17.21. Piso de argamassa de alta resistência, 441 17.2.1.1. - Sistemas de aplicação, 441 2 | MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1.1.2. Evolução Histórica dos Materiais de Construção. Os materiais de construção são tão importantes que a História, nos seus primórdios, foi dividida conforme a predomi- nância do emprego de um ou outro material. É o caso, por exemplo, da Idade da Pedra ou da Idade do Bronze. Nas civilizações primitivas, o homem empregava os materiais assim como os encon- trava na Natureza; não os trabalhava. Não demorou muito, porém, para que começasse à aprender a modelá-los e adaptá-los às suas necessidades. A partir daí a evolução se deu a passos lentos. Até a época dos Grandes Descobrimentos, a técnica se resumia em modelar os materiais encontrados, os quais eram poucos, tendo quase sempre o mesmo emprego. Na construção predominavam a pedra, a madeira e o barro. Os metais eram empregados em menor escala, e, ainda menos, os couros e as fibras vegetais. Aos poucos foram aumentando as exigências do homem, e, consequentemente, os padrões requeridos. Ele passou à demandar materiais de maior resistência, maior durabili- dade e melhor aparência do que aqueles até então empregados. Assim, por exemplo, é o caso do concreto armado. Durante muito tempo, para grandes vãos e cargas, só se usou à pedra. Tomava-se necessário um material de confecção e moldagem mais fáceis, que fosse trabalhável como o barro e resistente como a pedra. Surgiu daí o concreto. Posteriormen- te, com a difusão do uso desse material, procurou-se, naturalmente, aperfeiçoá-lo para que pudesse vencer grandes vãos — apareceu o concreto armado, que, por sua vez, incentivou à pesquisa dos aços e, com o tempo, levou ao concreto protendido. Vê-se, pois, que se formava um ciclo: melhores materiais possibilitavam melhores resultados e melhores técnicas, e estas, por sua vez, demandavam materiais ainda melhores. Presentemente, a tecnologia avança com rapidez e o engenheiro precisa estar atuali- zado para poder aproveitar as técnicas mais avançadas, utilizando materiais de melhor padrão e menor custo. Os materiais, atualmente, podem ser simples ou compostos; podem ser obtidos diretamente da natureza ou elaborados industrialmente. Sua evolução é tão rápida que o profissional que não deseja ficar decatualizado deve permanecer sempre atento aos novos conhecimentos e invenções, de modo que é necessário que o estudo dessa matéria seja uma constante em toda a sua vida profissional. 1.2. CAMPO DA MATÉRIA 1.21. Requisitos. Para construir, é preciso conhecer, a fim de alcançar o objetivo desejado, as forças externas que atuarão sobre a construção (cargas, vento, clima etc.), as forças internas que então se originarão (tensões) e o material que poderá resistir a essas forças e tensões. Por esse motivo, é importante que se conheçam as propriedades físicas, químicas e mecânicas desse material. Esse conhecimento se baseia quase exclusivamente na experimentação, não entrando em jogo muitos princípios matemáticos. Valemo-nos, então, da tecnologia experimental. 1.22. Campo. A tecnologia experimental se utiliza dos conhecimentos da Física e da Química, ou da reunião dessas duas — a Físico-Química. Recorre também a muitos outros ramos das Ciências Naturais, como Botânica, Geologia, Mineralogia, Cristalografia etc. INTRODUÇÃO / 3 Com o auxílio de todas essas ciências podem ser conhecidas as propriedades e qualidades dos materiais usados na indústria da construção. Este estudo não se baseia, portanto, em uma única ciência, mas na escolha, em cada caso, de um grupo adequado dos conheci- 1.3. ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS 1.3.1. Elementos Escritos de um Projeto de Engenharia. Um projeto de Engenharia não consiste apenas em plantas, desenhos e cálculos. Inclui também uma parte de redação, sob a forma de memorial descritivo e de especificação técnica. O memorial descritivo é a simples descrição e indicação dos materiais a serem empregados e dos locais da construção. É dirigido a elementos que não têm formação técnica, com a finalidade de fazê-los compreender O projeto e sua aparência quando for concluído. Já as especificações técnicas indicam minuciosamente as propriedades mínimas que os materiais devem apresentar e a técnica que será empregada na construção. Desti- nam-se ao construtor, e visam assegurar que a obra seja realizada com os cuidados apon- tados no projeto. 1.32. As Especificações e a Cadeira “Materiais de Construção”. Especificações e me- moriais descritivos costumam ser divididos em duas partes: especificações para os mate- riais e especificações para a execução. É na cadeira Materiais de Construção que se aprendem as qualidades, os defeitos e as possibilidades de cada material. Uma vez conhecidas, cabe ao projetista escolher aque- les que mais correspondam aos seus planos, estabelecendo, simultaneamente, os padrões mínimos de qualidade. 1.33. Como Especificar Materiais a Ao especificar os materiais, é necessário que se use da maior exatidão possí- vel, definindo todos os elementos que possam variar de procedência. b. Procurar sempre citar os dados técnicos do material desejado. Mesmo que eles pareçam evidentes ao projetista, podem não o ser para o construtor, assim como este poderá vir a aproveitar-se de uma omissão para agir de má fé. e Convém não somente nomear o material, mas também a classificação, o tipo, a dimensão desejada e, eventualmente, a marca (procedência). d. Procurar não esquecer nenhum material. A experiência demonstra que o pro- jetista esquece, geralmente, os materiais de menor custo ou volume, e é justamente em relação a eles que surgem as maiores dúvidas de interpretação. e É sempre conveniente rever os catálogos dos materiais que estão sendo especi- ficados, para estar atualizado quanto a pormenores de diferenciação. f Organizar um guia para especificações, a fim de não esquecer detalhes, como rodapés, ferragens etc. 4 | MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1.4. NORMALIZAÇÃO 1.4.1. Finalidades da Normalização. Elaboram-se normas com O objetivo de regulamen- tar a qualidade, a classificação, a produção e o emprego dos diversos materiais. Algum tempo atrás, a reputação do fabricante era suficiente para se ter uma idéia da qualidade do material. Esse processo, embora generalizado, tornava-se bastante regio- nal e, o que é pior, com O tempo originava monopólios, em prejuízo de novas marcas, que precisavam lutar muito até conseguirem o reconhecimento de suas qualidades. Conquanto fossem, às vezes, melhores que as tradicionais, esbarravam na desconfiança natural e na opinião já enraizada. A normalização contribuiu para eliminar muitos desen- tendimentos no recebimento das mercadorias, regulamentando as qualidades e até mesmo a forma de medição. Em cada país existem organismos cuja função é estabelecer normas que padronizem as especificações de materiais. Essas especificações vêm, em geral, atender às exigên- cias dos consumidores ou produtores, seja no processo de fabricação. seja no acabamento, forma e dimensões, na composição química e nas propriedades físicas, nos ensaios de inspeção, no recebimento ou no emprego dos produtos. A normalização, embora rudimentar, já era empregada por alguns povos antigos. Os tijolos dos persas eram de dimensões normalizadas, assim como a seção dos aquedutos romanos e as pedras de construção dos egípcios. Os navios venezianos eram construídos com peças normalizadas intercambiáveis. 1.4.2. Entidades Normalizadoras. No Brasil, a normalização cabe à ABNT — Associa- ção Brasileira de Normas Técnicas, sociedade civil com intuito não-lucrativo, com sede no Rio de Janeiro. Ela congrega os seguintes tipos de sócios, espalhados por todo o país: — sócios mantenedores — contribuem substancialmente; — sócios coletivos — firmas ou entidades; — sócios individuais — contribuem em menor escala; — entidades associadas — assessoram o trabalho da ABNT. A ABNT se dedica à elaboração de normas técnicas, sua difusão e incentivo. Isso não impede que, em campos mais restritos, outras entidades, particulares ou oficiais, tenham o mesmo objetivo. Alguns exemplos são: a Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP), o Instituto Brasileiro de Concreto (IBC) ou o Instituto Brasileiro do Pinho (BP), que também estabelecem normas nos seus respectivos campos. Nos Estados Unidos, essa responsabilidade cabe à American Society for Testing Material (ASTM) e à American Standard Association (ASA); na Alemanha, à Deutsche Normenausschuss, com sua conhecida sigla para normas, DIN; na Inglaterra, à British Standards Institution (BS); na Noruega, ao Norges Standardiserings-Forbund (NSF). Como siglas de normas podem ser citadas: A — Austríacas CNS — Tcheco-eslovacas BS — Inglesas DS — Dinamarquesas GOST -— Russas Ns — Norueguesas INTRODUÇÃO / 7 1.4.6. Marcas de Conformidade. As entidades normalizadoras concedem marcas de conformidade, ou seja, reconhecem publicamente os materiais que estão de acordo com suas especificações, desde que solicitado. Em alguns casos, essa conformidade pode ser indicada por um símbolo a ser afixado no material ou embalagem, tal como o emblema da Fig 1.1, usado pela JIS japonesa, ou o desenho de um papagaio de papel, adotado pela BS inglesa. Fig. 1.1 É importante saber que, pela Lei nº 4.150, a obediência às NBR é obrigatória em todos os serviços executados, dirigidos ou fiscalizados pelas repartições públicas brasileiras ou órgãos paraestatais, bem como em todos os serviços subvencionados ou feitos sob o 1.5. PROPRIEDADES GERAIS DOS corros Antes de se iniciar o estudo da matéria propriamente dita, convém recordar algumas noções de Física sobre as propriedades dos corpos. São conceitos que devem ser gravados perfeitamente para melhor compreensão das exposições. Dá-se nome de propriedades de um corpo às qualidades exteriores que o caracteri- zam e Um dado material é conhecido e identificado por suas propriedades e Por seu comportamento perante agentes exteriores. As definições das propriedades dadas abaixo são clássicas. A Física moderna modifi- cou alguns desses conceitos, mas, para este estudo, essas conceituações são suficientes. Assim, por exemplo, sabe-se que a matéria pode ser transformada em energia, o que altera a definição de indestrutibilidade. As propriedades variam de material para material. Em alguns casos chegam a ser nulas. Para o construtor, é básico o conhecimento das propriedades de cada material, para poder deduzir o seu comportamento na prática. 1.5.1. Principais Propriedades dos Corpos. São propriedades gerais dos corpos: a Extensão. É a propriedade que possuem os corpos de ocupar um lugar no b. Impenetrabilidade. É a propriedade que indica não ser possível que dois cor- Pos ocupem o mesmo lugar no espaço. c. Inércia É a propriedade que impede os corpos de modificarem, por si mes- mos, seu estado inicial de repouso ou movimento. d. Atração. É a propriedade de a matéria atrair a matéria, de acordo com a lei de atração das massas. 8 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO e Porosidade. É a propriedade que tem a matéria de não ser contínua, havendo espaço entre as massas. f Divisibilidade. É a propriedade que os corpos têm de se dividirem em frag- mentos cada vez menores. & — Indestrutibilidade. É a propriedade que a matéria tem de ser indestrutível. 1.5.2. Propriedades dos Corpos Sólidos. As seguintes propriedades são específicas dos corpos sólidos, que são os de maior importância nesta disciplina: a Dureza. É a resistência que os corpos opõem ao serem riscados. b. Tenacidade. É a resistência que opõem ao choque ou percussão. (Observem-se que o vidro tem grande dureza, mas pequena tenacidade; os termos não são sinônimos.) e Maleabilidade ou Plasticidade. É a capacidade que têm os corpos de se adelga- çarem até formarem lâminas sem, no entanto, se romperem. d | Ductibilidade. É a capacidade que têm os corpos de se reduzirem a fios sem se romperem (a argila tem boa plasticidade e pequena ductibilidade). e Durabilidade. É a capacidade que os corpos apresentam de permanecerem inalterados com o tempo. f Desgaste. É a perda de qualidades ou de dimensões com O uso contínuo. (Durabilidade e desgaste não são necessariamente inversos.) g Elasticidade. É a tendência que os corpos apresentam a retornar à forma primitiva após a aplicação de um esforço. 1.5.3. Esforços Mecânicos. Os esforços mecânicos ou solicitações simples a que um corpo pode ser submetido são: — compressão (Fig. 1.24); tração (Fig. 1.2b); flexão (Fig. 1.2c); torção (Fig. 1.2d); — Cisalhamento (Fig. 1.2e). so soa dê I Fig 1.2 INTRODUÇÃO / 9 Observe-se, na Fig. 1.3, que no mecanismo da flexão aparecem esforços de com- pressão em uma face e de tração na face que lhe é oposta. Isso vem a ser uma solicitação composta. Chama-se tensão à relação o = entre o esforço aplicado e a área da seção resis- tente. Geralmente, é medida em MPa. Assim, uma barra de aço de 10 cm?, submetida a 3 000 kgf, sofre uma tensão de 30 MPa, bastante superior à que sofreria uma barra de 30 cm? sob um esforço de 6 000 kgf (tensão de 20 MPa). Módulo de elasticidade ou módulo de Young é a relação entre a tensão e a deforma- ção unitária resultante. Por exemplo. seja um fio de 1 cm de diâmetro que. submetido a uma tração de 500 kgf. passa do comprimento 3 m para 3,02 m. 2 2 Área do fio: De. Aláxil O 0,776 em? 4 4 Tensão: —S00 64 sMpa 0,776 Deformação total: 302 --300=0.02m=2cm. Deformação unitária: = 0.00666. 645 Módulo de elasticidade: = 9 680 MPa. 1.5.4. Peso Específico, Massa Específica e Densidade. Quando se toma uma balança de pratos e pesa-se, digamos, | kg de um determinado material, em um dado local, e depois leva-se tudo e pesa-se novamente em outro local ou altitude, a balança continua marcando 1 kg. Na realidade, a balança simplesmente acusou o equilíbrio existente entre as massas colocadas nos dois pratos. Quando se pesa essa mesma quantidade de material com um dinamômetro ou balança de molas, em locais ou altitudes diferentes, o dinamômetro vai acusar resultados diferentes. É que ele mede uma força chamada peso, que é resultante da ação da gravidade sobre a massa do material, e a gravidade não é igual em toda parte. 12 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO com uma pequena quantidade de um agente emulsificador normalmente usado como ajuda no processo de fabricação. Na Fig. 2.1 está esquematizado o processamento geral de refinação do petróleo cru, especialmente as linhas de produção de asfaltos. Asfalto diluído em destilado médio MCO —e MCS Asfalto diluído em destilado leve RCO—eRCS Fig 2.1. Diagrama da destilação do petróleo, mostrando a linha asfáltica. 22.1. Cimentos Asfálticos. Como se vê no diagrama da Fig. 2.1, os cimentos asfálticos são produzidos a partir dos materiais residuais compostos de asfalto e óleo. Esse material é submetido à destilação em baixa temperatura sob vácuo. Frequentemente o vapor de água é introduzido como ajuda no processo de destilação, sendo os produtos assim obtidos usualmente denominados “ao vácuo” ou “ao vapor € vácuo”. O processo é realizado a uma temperatura aproximada de 250ºC. AGLOMERANTES / 13 Podem ser obtidos também pelo processo de precipitação, em soluções de matéria- prima com solventes seletivos que dissolvem apenas a fração do óleo presente. Os cimentos asfálticos são produzidos e classificados segundo diversas variedades, de acordo com os resultados dos ensaios de penetração. Estes constituem uma medida da consistência ou dureza. Uma agulha padronizada de peso total de 100 g é aplicada durante cinco segundos, medindo-se a sua penetração em décimos de milímetro. Esse número representa a penetração, que é uma medida da consistência do cimento asfáltico. Na Fig. 2.2 encontra-se o esquema desse ensaio. E Início Depois de 5 segundos Fig. 2.2. Esquema do ensaio de penetração. Além do ensaio de penetração, as especificações usualmente prescrevem outros ensaios, com O fim de controlar outras características. Entre elas merece referência a determinação do ponto de fulgor, que é a temperatura na qual, durante o aquecimento, os vapores desprendidos se inflamam temporariamente quando postos em contato com uma pequena chama. Na Fig. 2.3 encontra-se o esquema desse ensaio. E Início Fim Fig-2.3. Esquema do ensaio de determinação do ponto de fulgor. 14 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO O ponto de fulgor de um produto asfáltico representa a temperatura crítica acima da qual é necessário tomar precauções especiais para afastar o perigo de incêndio durante o seu aquecimento e manipulação. Na Tab. 2.1 encontram-se as características principais dos cimentos asfálticos. Tabela 2.1. Algumas Características de Cimentos Asfálticos. Características Ponto de Fulgor - ºC 22 28 177 a . o 100-120 Penetração 7-8 120- 150 200 - 300 85-100 150 - 200 Perda por aquecimento a 1630C 1 2 2 % Solubilidade em tetra- cloreto de carbono ”s 995 ”s 222. Asfaltos Líquidos Cura lenta (SC). Os asfaltos líquidos de cura lenta são mis- turas de cimento asfáltico e óleos. Estes últimos podem ser misturados posteriormente à produção do asfalto, ou podem já estar incluídos no produto. O endurecimento desse aglomerante se opera lentamente por evaporação dos óleos presentes, conduzindo a consistência do material à da fase pseudo-sólida restante. Cura média (MC). O asfalto líquido de cura média é uma mistura de cimento asfáltico de penetração de 120 a 300 com um solvente hidrocarbonado de ponto de evaporação próximo ao do querosene. Devido ao maior grau de volatilidade desse solvente, tais asfaltos endurecem com mais rapidez do que os tipos precedentes. São também conhecidos pelo nome de Kerosene Cutback Asphalr. Cura rápida (RC). É uma mistura de cimento asfáltico, de 80 a 120 de penetração, e de um solvente altamente volátil, em geral com ponto de evaporação próximo ao da gasolina. Evidentemente, trata-se de material que endurece com mais rapidez que os tipos precedentes. É também conhecido por Gasoline Cutback Asphalt. Cada tipo de asfalto líquido é produzido em diversas variedades, de acordo com a sua consistência. Estas se identificam pelas expressões apresentadas no quadro a seguir. Os prefixos RC, MC e SC identificam o tipo de asfalto líquido e os sufixos de O a 5 a sua consistência relativa. Os tipos RC-0, MC-O e SC.0 têm aproximadamente a mesma consistência, são os mais moles e aproximam-se de um creme caseiro, na temperatura normal. Igualmente, os tipos RC-S, MC.S e SC-5 são de consistências comparáveis, aproximando-se de geléia firme. AGLOMERANTES / 17 denomina-se cal extinta — quando a hidratação se realiza no local do emprego do material, no canteiro de serviço, normalmente — ou cal hidratada — quando a extinção se processa na fábrica. A reação química da extinção da cal viva é a seguinte: CaO +H;0 — Ca(0H),. A cal extinta é utilizada em mistura com água e areia, em proporções apropriadas, na elaboração de argamassas. Estas têm consistência mais ou menos plástica, e endurecem por recombinação do hidróxido com o gás carbônico presente na atmosfera, reconsti- tuindo o carbonato original, cujos cristais ligam de maneira permanente os grãos de agregado utilizado. Esse endurecimento se processa com lentidão e ocorre, evidentemente, de fora para dentro, exigindo uma certa porosidade que permita, de um lado, a evapo- ração da água em excesso e, de outro, a penetração do gás carbônico do ar atmosférico. O mecanismo do endurecimento, que depende do ar atmosférico, explica o nome ordi- nariamente dado a esse aglomerante — cal aérea — que se opõe ao nome de outra varie- dade — cal hidráulica — da qual se tratará mais adiante, e que endurece principalmente por ação da água. A reação de carbonatação é a seguinte: Ca(OH); +CO; +» CaCO; + H,0. Essa reação ocorre na temperatura ambiente e exige a presença de água. Verificou-se que o gás carbônico seco não combina satisfatoriamente com o hidróxido. O processo é lento, podendo, entretanto, ser acelerado pelo aumento da proporção de gás carbônico presente na atmosfera. O resultado, porém, não é satisfatório, uma vez que tal aceleração conduz ao desenvolvimento insuficiente dos cristais de carbonatos, que resulta no enfra- quecimento final do produto. 23.2. Classificação. Usualmente se classificam as variedades de cal aérea segundo dois critérios: o da composição química básica e o do rendimento em pasta. De acordo com a composição química, apresentam-se duas variedades: a cal cálcica € a cal magnesiana. A primeira, com um mínimo de 75% de CaO, e a segunda, com 20% no mínimo de MgO, devendo sempre a soma de CaO com MgO ser superior a 95%. Os componentes argilosos SiO,, Al, Os e Fe; O; devem somar no máximo 5%. A proporção residual de CO, deverá ser inferior a 3%, quando a amostra for tirada do forno de calcinação, e inferior a 10%, quando a amostra for retirada de outro local. Segundo o outro critério — o rendimento em pasta — a cal apresenta duas varie- dades: cai gorda e cal magra. Entende-se por rendimento em pasta o valor do volume de pasta de cal obtido com uma tonelada de cal viva. Essa pasta é uma suspensão do tipo coloidal, que se obtém na operação de extinção da cal viva. Para todos os efeitos, a pasta de cal pode ser considerada como o aglomerante realmente utilizado em construção. Do ponto de vista econômico, é primordial o conhecimento do rendimento em pasta, porque o produto comprado é a cal viva e o produto utilizado, a pasta de cal. Se o rendimento em pasta for maior do que 1,82, a cal será denominada gorda, e, se for inferior a esse valor, magra. Esse rendimento-limite corresponde ao rendimento de 18 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 182m? de pasta para uma tonelada de cal viva (550 kg de cal viva para 1 mº de pasta). De um modo geral, a cal magnesiana é magra. Observe-se, entretanto, que outros fatores, como a presença de impurezas, supercozimento ou subcozimento, têm maior influência no rendimento da cal. 23.3. Propriedades. A cal viva é um produto de cor branca que se apresenta sob a forma de grãos de grande tamanho e estrutura porosa, ou em pó. No primeiro caso, a densidade média é de 0,85, aproximadamente, e, no segundo caso, 0,50. A densidade abscluta é, em média, 2,20. A cal hidratada apresenta-se sob a forma de flocos ou pó de cor branca, com densidade aparente de 0,5. a Plasticidade. Neste aglomerante, é um termo utilizado para conceituar a menor ou maior facilidade na aplicação das argamassas como revestimento. Diz-se que a cal é plástica quando se espalha facilmente, resultando numa superfície lisa sob o rasto da colher do pedreiro. Se ela é arrastada por se agarrar à colher, conduz à produção de trincas ou mesmo desgarra da parede. Nesse caso é considerada não-plástica, um conceito bastante subjetivo. Cal magnesiana produz argamassas mais bem trabalháveis do que as variedades cálcicas. b. Retração. A carbonatação do hidróxido realiza-se com perdas de volume, razão pela qual o produto está sujeito à retração, cuja consequência é o aparecimento de trincas nos revestimentos. Sendo a cal normalmente empregada em mistura com agregado miúdo na elaboração de argamassas, a introdução desse produto em proporções conve- nientes reduz os efeitos da retração. A proporção da pasta de cal na argamassa deve obedecer a um limite mínimo, abaixo do qual deixa de ser trabalhável. A proporção determina a capacidade de sustentação de areia da pasta de cal. A experiência mostra que a cal cálcica tem maior capacidade de sustentação de areia do que a variedade magnesiana. e Rendimento. O conceito de rendimento já foi exposto, restando definir a consistência da pasta utilizada na determinação desse fator. Trata-se de uma consistência arbitrária, usualmente determinada pelo abatimento de um cilindro de 5 cm de diâmetro e 10 cm de altura, que se deforma para 8,7 cm pela remoção do molde. Cal de variedade cálcica oferece melhores rendimentos que cal magnesiana. d — Endurecimento. Como é necessária a absorção de CO; do ar para o endureci- mento da cal aérea, esse material não endurece debaixo da água. O endurecimento que depende do ar atmosférico é muito lento, por razões evidentes: camadas espessas perma- necem fracas no seu interior durante longo período de tempo. Consequentemente, quando se usam argamassas de cal e areia para revestimento, torna-se necessário aplicá-las em camadas, geralmente com um intervalo de 10 dias entre uma e outra operação. O processo de endurecimento ainda continua durante o tempo em que a argamassa perma- nece em contato com o ar. Além da carbonatação, o endurecimento da cal se dá também pela combinação do hidróxido com a sílica finamente dividida que se encontra, even- tualmente, na areia que constitui a argamassa. Um produto de elevada dureza e valor ligante é o que resulta da combinação da cal com a sílica. Tal fenômeno já é conhecido há bastante tempo e foi extensamente utilizado pelos romanos em suas obras, quando juntavam uma certa proporção de pozolana em suas argamassas e concretos feitos com cal ordinária. Mais tarde se tratará desse assunto pormenorizadamente. AGLOMERANTES / 19 23.4. Extinção. A hidratação da cal viva é obtida mediante a adição de água, processo usualmente conhecido por extinção da cal. A hidratação é uma reação altamente exotér- mica, acompanhada de considerável aumento de volume. Na variedade cálcica de grande pureza, O processo é violento. Na variedade magnesiana, o processo é mais lento e, consequentemente, a produção de calor é menor, assim como o aumento de volume. A reação de hidratação da cal viva pode resultar na produção de hidróxido em forma cristalina ou coloidal, em proporção que depende das condições mantidas durante a reação. Os cristais de hidróxido de cálcio formam-se e desenvolvem-se devagar, enquanto o hidróxido coloidal se forma com grande rapidez. Quanto mais rápida a reação, maior a proporção coloidal de hidróxidos. A utilização de água quente ou morna é a agitação da mistura concorrem para o aumento da proporção do colóide. Do ponto de vista da utilização do material, convém que haja preponderância da fase coloidal, que melhora a plasticidade, o rendimento e a capacidade de sustentação de areia. A hidratação da cal viva altamente cálcica é muito violenta, podendo ocorrer a queima devido à grande elevação na temperatura, a qual: pode atingir 360ºC em tanques abertos e 450ºC em caixas fechadas. Essa elevação tem provocado incêndios em vagões, silos, barracões de madeira, .nos quais a cal virgem se hidratou em contato com à água, geralmente da chuva. Na extinção da cal cálcica, usualmente gorda, deve-se evitar a violenta elevação de temperatura, controlando o processo no sentido de um desenvolvimento térmico acei- tável. Na extinção da cal magnesiana ocorre o contrário. Por ser lenta a reação de hidratação, convém aproveitar a energia térmica desenvolvida para acelerar o processo, que então resulta em maior proporção da fase coloidal de hidróxidos. No primeiro caso, para eliminar o perigo de queima da cal por elevação não-controlada da temperatura, o processo é conduzido com excesso de água; no segundo, com controle do volume da água utilizada. Pode-se proceder a um ensaio prévio, de realização simples, para orientar a operação de extinção, evitando os dois riscos mencionados. Colocam-se, em um balde, dois ou três pedaços de cal, de aproximadamente 1/2 kg cada um, adicionando-se água até que eles fiquem cobertos; observa-se quanto tempo leva para iniciar-se a reação de extinção, quando o material começa a soltar fragmentos ou a esboroar-se. De acordo com o tempo decorrido, tem-se a seguinte classificação: — extinção rápida — tempo inferior a S minutos; — extinção média — tempo entre 5 e 30 minutos; — extinção lenta — tempo superior a 30 minutos. Para o processo de extinção rápida, é necessário que a cal seja colocada na água, nunca O inverso. A operação deve ser constantemente observada e, ao mais leve sinal de desprendimento de vapor, deve-se proceder a uma rápida e enérgica agitação, adicionando mais água, até cessar o desprendimento. No processo de extinção média, adiciona-se água suficiente para fazer submergir parcialmente o material. A agitação será ocasional e, havendo desprendimento de vapor, deve-se adicionar água aos poucos. Convém não adicionar mais água do que o necessário, nem grande quantidade de uma vez só. 22 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 23.7. Fabricação. A calcinação do calcário se processa em temperaturas acima de 850ºC e abaixo de 1200ºC. Em temperaturas inferiores, o cozimento é incompleto, resultando um produto subcozido de rendimento inferior. Em temperaturas acima de 1200ºC, o óxido de cálcio começa a combinar-se com as impurezas, verificando-se uma vitrificação incipiente na superfície dos blocos de calcário, resultando também um produto de qualidade inferior. A operação deve, portanto, ser conduzida dentro de um certo controle, para melhor qualificação do produto. A calcinação do calcário pode ser realizada em instalações rudimentares ao ar livre, com os naturais defeitos inerentes a semelhantes processos. As medas são constituídas por camadas alternadas de calcário e carvão vegetal, dispostas horizontalmente, de modo a formar um volume hemisférico, assente sobre uma fogueira de lenha e revestido exterior- mente com uma camada impermeabilizante de argila furada no ponto mais alto para tiragem (Fig. 2.6). Fig 2.6. Forno de campanha para cal. Nos fornos de campanha amontoam-se os fragmentos de calcário no interior de um poço cavado no terreno, formando o volume de uma fornalha na sua parte interior, onde a lenha é empregada como combustível (Fig. 2.7). Fig 2.7. Medas para fabricação de cal. AGLOMERANTES / 23 Os fornos intermitentes (Fig. 2.8) são em tudo semelhantes aos fornos de campa- nha, diferenciando-se apenas por serem estruturas permanentes de alvenaria. Apresentam 95 mesmos inconvenientes, especialmente no que se refere ao trabalho intermitente, que obriga a um consumo maior de combustível e a mão-de-obra maior que a necessária para a calcinação em fornos contínuos, mais aperfeiçoados. São fornos desse tipo que se utilizam geralmente em nossa indústria de cal. Suas capacidades são variáveis, indo desde 6 até mais de SO toneladas. Fig. 2.8. Fornos intermitentes para cal. Os fornos contínuos empregados na calcinação do calcário são de tipo vertical e horizontal, sendo que no primeiro ainda se estabelece uma diferença de acordo com os tipos de combustíveis empregados, que podem ser de chama curta — por exemplo, o carvão-coque — ou de chama longa — como a lenha. Nos fornos que utilizam combustível de chama curta, o calcário é misturado ao combustível, geralmente carvão, resultando um produto de qualidade inferior, escurecido pelas contaminações inevitáveis, contendo elevada proporção de cinzas que não se separam do produto. Apesar disso, trata-se de processo mais econômico e o produto obtido é aceitável para a maioria das aplicações. A Fig. 2.9 apresenta o esquema de um forno contínuo vertical, que utiliza combus- tível de chama curta — carvão. Consta de duas câmaras superpostas, sendo o calcário alimentado por abertura junto à chaminé superior e o combustível introduzido no estran- gulamento entre as duas câmaras onde se processa a combustão. O resfriamento do material se dá na câmara inferior, onde o ar necessário à combustão é aquecido, com melhoria evidente para o rendimento térmico. O material calcinado é extraído pela parte inferior da câmara de resfriamento. Outros fornos contínuos verticais, utilizando combustível de chama curta, são em tudo semelhantes aos fornos de fundição de ferro Cubilot, onde o combustível e o calcário são alimentados pela parte superior e a alimentação de ar é proporcionada através de ventiladores que forçam a sua introdução pela parte inferior da câmara. O material calcinado é retirado intermitentemente pelo fundo do forno. 24 | MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Fig. 2.9. Forno contínuo vertical, a carvão, para cal. Nos fornos contínuos verticais que utilizam combustível de chama longa, dá-se a calcinação por ação dos gases provenientes de uma fornalha lateral, sendo o calcário também alimentado por cima e o produto calcinado retirado por baixo (Fig. 2.10). VE eseárto Fig. 2.10. Forno contínuo vertical, a lenha, para cal. AGLOMERANTES / 27 Tabela 2.4. Valores para os Gessos Franceses Gessos para Construções Grosseiros Finos Refugo na peneira 30 5.20% <2% Refugo na peneira 27 <s0% <18% Início de pega 245 min 245 min Fim de pega 10-40 min 10-40 min 2h 0,1 MPa 0,15 MPa Resistência 24h 0.2 MPa 0,25 MPa compressão 74 0,3 MPa 0,35 MPa 284 - 0.4 MPa 0,45 MPa 60-70% semi-hidratos 40-30% sulfato-anidro Peneira 30 (AFNOR) — 0,80 mm Peneira 27 (AFNOR) — 0,40 mm Na França, onde existe grande quantidade de gesso, o material é sempre aplicado puro, enquanto nos Estados Unidos é principalmente utilizado em mistura com areia, sob a forma de argamassa. Nos gessos franceses, a proporção de sulfato-anidro insolúvel é geralmente maior, tornando inconveniente a sua utilização em argamassa. No Brasil, o gesso é um produto escasso, caro e, consequentemente, pouco empregado como aglome- rante. Existem, no Nordeste, algumas jazidas situadas a uma distância que torna impos- sível o seu uso em escala apreciável nos trabalhos de construção, o qual se restringe, então, a aplicações de menor volume, especialmente em ornamentações. É, entretanto, um material relativamente abundante em algumas regiões do mundo, nas quais o seu preço é comparável ou mesmo inferior ao da cal, o que possibilita seu emprego como material de revestimento de paredes e forros, para o que se presta admiravelmente, resultando em superfícies lisas, de fino acabamento, muito superior ao alcançado com as argamassas de cal. Em nosso mercado é encontrado em sacos de SO a 60 kg com os nomes de gesso, estuque ou gesso-molde. 2.4.1. Propriedades. No estado em que se encontra no mercado, o gesso é um pó branco, de elevada finura, cuja densidade aparente varia de 0,70 a 1,00, diminuindo com o grau da finura. Sua densidade absoluta é de cerca de 2,7. 28 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO a Pega. Como já foi dito, o gesso misturado com a água começa a endurecer em razão da formação de uma malha imbricada, de finos cristais de sulfato hidratado. Depois do início da pega, o gesso, tal como os outros materiais aglomerantes, continua a endu- recer, ganhando resistência, num processo que pode durar semanas. A velocidade de endurecimento das massas de gesso depende dos seguintes fatores: — temperatura e tempo de calcinação; — finura; — quantidade de água de amassamento; — presença de impurezas ou aditivos. A calcinação realizada em temperaturas mais elevadas ou durante tempo mais longo conduz à produção de material de pega mais lenta, porém de maior resistência. O gesso de Paris, que é constituído de semi-hidrato puro, dá pega em poucos minutos; gessos obtidos em segunda cozedura, constituídos principalmente de sulfato-anidro solúvel, podem ter pega tão lenta quanto se desejar. Material supercozido, com predominância de sulfato- anidro insolúvel, não dá pega, é sem valor aglutinante. Gessos de elevada finura dão pega mais rápida e atingem maiores resistências, em razão do aumento da superfície específica, disponível para a hidratação. A quantidade de água de amassamento influencia negativamente o fenômeno da pega e do endurecimento, quer por deficiência, quer por excesso. A quantidade Ótima se aproxima da quantidade teórica de água necessária à hidratação (18,6%). O semi-hidrato puro, gesso de Paris, dá pega tão rapidamente, entre 2 e 5 minutos, que é virtualmente inútil como material de construção, pois endurece antes que possa ser trabalhado. A presença de impurezas, que naturalmente ocorre na gipsita original, diminui muito a velocidade de endurecimento. Pode-se também reduzir o tempo de pega mediante o emprego de aditivos apropriados, como retardadores, cola, serragem fina de madeira, sangue e outros produtos de matadouro usados em proporção de 0,1 a 0,5%. Tais pro- dutos retardam a hidratação por interferência mecânica, formando membranas protetoras intergranulares. Contrariamente, outras substâncias, tais como O sal de cozinha ou mesmo o gesso hidratado, são aceleradores de pega. A cal hidratada, em mistura com até cerca de 15%, melhora as qualidades plásticas da pasta. b. Resistência mecânica. As pastas de gesso, depois de endurecidas, atingem resistência à tração entre 0,7 e 3,5 MPa e à compressão entre Se 15 MPa. As argamassas com proporção exagerada de areia alcançam resistência à tração e compressão muito mais reduzida. c Aderência. As pastas e argamassas de gesso aderem muito bem ao tijolo, pedra e ferro, e aderem mal às superfícies de madeira. A aderência ferro-gesso, embora traduza uma compatibilidade físico-química entre os dois materiais, tem, infelizmente, o defeito de ser instável, permitindo a corrosão do metal. Não se pode fazer gesso armado como se faz cimento armado. Todavia, a estabilidade é alcançada quando se faz a armadura com ferro galvanizado. d. Isolamento. As pastas endurecidas de gesso gozam de excelentes propriedades de isolamento térmico, isolamento acústico e impermeabilidade ao ar. Sua conduti- bilidade térmica é muito fraca (0,40 cal/h/cm?/ºC/cm), cerca de 1/3 do valor para o AGLOMERANTES / 29 tijolo comum. O gesso é material que confere aos revestimentos com ele realizados consi- derável resistência ao fogo. A água de cristalização é eliminada pelo calor, reduzindo o material superficial à condição de pó, que não sendo removido, atua como um isolador que protege a camada interior de gesso. 24.2. Fabricação. Pode-se realizar a calcinação da gipsita segundo processos primitivos das medas e fornos de campanha descritos na fabricação de cal. Entre os processos modernos, podem citar-se os fornos de marmita e os fornos rotativos. No processo da marmita, a gipsita pulverizada é aquecida dentro de um grande recipiente com capacidade variável entre 10 e 20 toneladas. O material é agitado e aquecido por fogo indireto. Entre 100 e 110ºC, a umidade superficial é eliminada, ocor- rendo a desidratação entre 120 e 1SOC. A água de hidratação é eliminada sob a forma de vapor, com uma agitação violenta que se assemelha à fervura. Esta continua até quea desidratação de 1 e 1/2 molécula de água se complete, ocasião em que o material entra em repouso. O gesso, neste estágio de produção, é denominado de primeira cozedura e se constitui principalmente de semi-hidratos. Se se der continuidade ao processo mediante a elevação das temperaturas até 190 ou 220C, eliminar-se-á o restante da água de hidratação, observando-se nova fervura no cozimento. O material assim produzido, de segunda cozedura, constituído quase que exclusivamente de sulfato-anidro solúvel, será de pega mais rápida, como já foi men- cionado. Observa-se que o gesso de primeira cozedura pode adquirir qualidades seme- lhantes às do de segunda cozedura, por meio do processo de envelhecimento ao ar atmosférico. O processo mais moderno de produção de gesso emprega os fornos rotativos para calcinação da gipsita. Em todos os seus aspectos, o processo se assemelha ao da produção da cal em forno rotativo. Uma variedade bem conhecida de gesso de acabamento é o chamado cimento Keene. Esse gesso é produzido por calcinação dupla de gipsita muito pura. Após a pri- meira calcinação em temperatura elevada, o sulfato-anidro resultante é imerso numa solução de 10% de alúmen, depois é recalcinado e, finalmente, pulverizado num moinho de bola. 24.3. Aplicações. Na construção civil, o gesso é usado especialmente em revestimentos e decorações interiores. O material presta-se admiravelmente a esse tipo de serviço, quer utilizado simplesmente como pasta obtida pelo amassamento do gesso com água, quer em mistura com areia, sob a forma de argamassa. No Brasil, como já se disse anteriormente, a carência desse material impede o seu emprego nos revestimentos usuais das construções, onde se opera quase que exclusivamente com argamassas de cal e areia. O revestimento de gesso em pasta ou em argamassa, tal como acontece com o revestimento feito com argamassas de cal e areia, é feito quer em uma única camada, quer em duas ou mesmo três. Pode-se proceder ao alisamento final da superfície do reves- timento com a colher ou desempenadeira, ou com a raspagem final, quando o material já adquiriu dureza suficiente. De qualquer forma, o acabamento é sempre muito bom, podendo alcançar polimentos excepcionais. 32 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 25.5. Cal Hidráulica. O nome cal hidráulica é aplicado a uma família de aglomerantes de composição variada, obtidos pela calcinação de rochas calcárias que, natural ou artifi- cialmente, contenham uma porção apreciável de materiais argilosos. O produto goza da propriedade de endurecer sob a água, embora, pela quantidade de hidróxido de cálcio que contém, sofra também a ação de endurecimento pela carbonatação proveniente da fixação de CO; do ar. A cal hidráulica é fabricada por processos semelhantes ao da fabricação da cal comum. Utilizam-se, de preferência, fornos contínuos, sendo o produto calcinado subsequentemente extinto. A extinção, neste caso, tem um duplo objetivo: hidratar o óxido de cálcio presente, transformando-o em hidróxido, para evitar posteriores expansões nocivas ao comportamento do material, e, ao mesmo tempo, aproveitar o efeito mecânico dessa expansão para obter uma pulverização natural do produto. A operação de extinção da cal hidráulica é bastante delicada, onde a proporção de água utilizada nunca deve ultrapassar os limites convenientes, para evitar a eventual hidratação dos silicatos produzidos. Após a extinção da cal hidráulica, o produto é peneirado e se encontra em condições de expedição e emprego. Apesar de seu nome, a cal hidráulica não é um produto apropriado para construções sob a água. Sua pega é muito lenta, o que a torna mais adequada a emprego de menor responsabilidade, principalmente em misturas denominadas cimentos de alvenaria. Nessa família de aglomerantes, define-se um fator que qualifica o seu compor- tamento, do ponto de vista do processo de endurecimento: o índice de hidraulicidade, a relação entre as proporções dos constituintes argilosos e dos constituintes alcalinos. Na Tab. 2.6 estão relacionados os valores correspondentes a diferentes tipos de cal hidráulica. Aí se verifica a evolução do índice de hidraulicidade em relação ao pro- cesso de endurecimento. Tabela 2.6. Meio de Endurecimento e Indice de Hidraulicidade de Cal Nome pad, de s0,*Ah0,+ FO, | | Tempo pde Cal aérea (gorda e magra) Ar <ou >30d Cal fracamente hidráulica Are água 0,1-0,5 15-30d Cal medianamente hidráulica Are água 0,15 — 0,30 10-1Sd Cal hidráulica Água 0,30-040 s-10d Cal eminentemente hidráulica Agua 0,40 — 0,50 2- 4d Cimento natural de pega lenta Água 0,50 — 0,65 6-24h Cimento natural de pega rápida Água 06 -120 6h Classificação geral. Na Tab. 2.7 estão classificados os algomerantes já apresentados. Tabela 2.7. Aglomerados em Geral AGLOMERANTES / 33 Proceno dem ly uu lg 4% Principais | Secundários | mento Apa Ácidos | Alea Cimento = | Restrumento) Púxico - - | Concratos atínico — | netos pes. anfáticos Asfatos | Hidrocato- | Ólcos leves. | Evaporação | Púástico - Impermes. líquidos | netospes | Gaolis | dosolvente dilação Emuiões | Hidrocarbo | Agua Emporação | Púsico - —— | impermea astíticas | netos pes. do solvente bultação e Envofres s - | Restiamento| - - [ama Cimentos rest.a dedos Gota | 10 - | Agodo Dimoe Revestimem. i Mo CO, dou | Rígido lentamente | Ataca Ataca tos. Alvema- ras Maga | GO impurezas | Ação do Resto à -— | Rea E) Mo 00, dou |rígdo Juçiods | Asa mentor E Alvenana Geno caso, - | Hidratação | Rígido Dimolve len- Ataca Revestimeo. tamente, m- tos chusive a cm Keme caso, - | Mstrtação | Rígido Dimolve lem- - [ama Revestimen. tamente, im- tos chunive ns chama Saree Meo Ma, Agoqui | Rígido | Dino em. = | mo mica tamente, - chaxive na chuva Caiporo | cum, | Porolama | Acioqui | Rígido - [asa - - lânica mica Caime | Cu), | Escóriame- | Acêo qui | Rígido - [aa Arenas tónica talérgica | mica - Cotidráo- | 30 Ampias | Hidratação | Rígido - [aa Avenarias ves - Cimentos | 30 Arias | Hidratação | Rágido - [aa Estouturas. Ponund - | Revenimes tos Furan Farm - | Asioquê | rúmica - [aus - | Revesimes. tos Fesólco | Fenot - | Aoqui | rúxica - [ua O a mica tos Epóxi Polésteres - | Atdoque | única - [|aua - | Revesimes. fenólicos mica tos. repara ões de coner 34 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 26. EXERCÍCIOS 1. Faça a diferenciação entre asfaltos quentes, dissolvidos e emulsões. 2. Explicar o significado dos prefixos RC, MC, SC e dos sufixos de O a 5, para asfaltos líqui- dos. 3. Descrever o processo de obtenção da cal. 4. Oqueéacalviva? $. Como é processada a extinção da cal viva em obra, e quais os cuidados que devem serob- servados? 6. Quais as principais propriedades da cal hidratada? 7. Citar e explicar sucintamente quais os ensaios de verificação da qualidade de uma cal hidra- tada. 8. Quais as principais propriedades do gesso? 9. Quais as características que conferem ao gesso sua excelente propriedade de proteção con- tra o fogo? 10. Cite as principais utilizações do gesso na construção civil. 11. O que é a cal hidráulica? REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. THE ASPHALT INSTITUTE. Manual of the Asphalt Institute. 2 MANTEL. Engineering materials handbook. New York, McGraw-Hill, sd. 3. MILLS, J.— Materials of construction. New York, John Wiley, 1955. 4. — DOBER, Wan. Cales, cementos y hormigones. Barcelona, Sintes, s.d. S. PAULA, João Fulgêncio de. — Aglomerantes rígidos. Belo Horizonte, Escola de Engenharia, 1961. SEGURADO, J. — Materiais de construção. Lisboa, Bertrand, sd. ” 7. KOMAR, A. — Matériaux et elements de construction. Moscou, Mir, 1973. CIMENTO PORTLAND / 37 2. Fe0,=49% AhO; = 43% Cao (livre) = 1,0% CaO=8,8% C4AF = 15,0% C,)A=3,0% CaO (livre) = 1,0% 3. CaO=618% SiO, = 24,0% CaO anterior = 10,8% Diferença: 61,8 — 10,8 = 51,0% CS = 50,0% C5S=25,0% DSO, 245% CO "140% Casos 2,8% ” “40% noi 1as% CoO(iiva) = 1,0% Co «88% AF 15,0% GA 230% Coo(ivre)= 1,0% FCO «6,6% SO + 240% CO anterior «10,8%, Diterença: 61,8 - 10,8 * 81,0% * 50,0% raso 38 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO O aluminato de cálcio (CA) muito contribui para o calor de hidratação, especial- mente no início do período de cura. O silicato tricálcico é o segundo componente em importância no processo de liberação de calor. Os dois outros componentes contribuem pouco para a liberação de calor. O aluminato de cálcio, quando presente em forma cristalina, é o responsável pela rapidez de pega. Com a adição de proporção conveniente de gesso, 0 tempo de hidratação é controlado. O silicato tricálcico (CsS) é o segundo componente com responsabilidade pelo tempo de pega do cimento. Os outros constituintes se hidratam lentamente, não tendo efeito sobre o tempo de pega. 33. PROPRIEDADES FÍSICAS As propriedades físicas do cimento Portland são consideradas sob três aspectos distintos: propriedades do produto em sua condição natural, em pó, da mistura de cimen- to e água e proporções convenientes de pasta e, finalmente, da mistura da pasta com agregado padronizado — as argamassas. As propriedades da pasta e argamassa são relacionadas com o comportamento desse produto quando utilizado, ou seja, as suas propriedades potenciais para a elaboração de concretos e argamassas. Tais propriedades se enquadram em processos artificialmente definidos nos métodos e especificações padronizados, oferecendo sua utilidade quer para o controle de aceitação do produto, quer para à avaliação de suas qualidades para os fins de utilização dos mesmos. 3.3.1. Densidade. A densidade absoluta do cimento Portland é usualmente considerada como 3,15, embora, na verdade, possa variar para valores ligeiramente inferiores. A utili- dade do conhecimento desse valor se encontra nos cálculos de consumo do produto nas misturas geralmente feitas com base nos volumes específicos dos constituintes. Nas com- pactações usuais de armazenamento € manuseio do produto, a densidade aparente do mesmo é da ordem de 1,5. Na pasta do cimento, a densidade é um valor variável com o tempo, aumentando à medida que progride o processo de hidratação. Tal fenômeno; de natureza extremamente complexa, é conhecido pelo nome de retração. Esta ocorre nas pastas, argamassas e concretos. Pode atingir, em 24 horas, cerca de 7 mm por metro na pasta pura, 4,5 mm por metro na argamassa-padrão e 2 mm por metro em concretos dosados à 350 kg/cimento/m”. Dada a excepcional importância que o fenômeno da retração tem na tecnologia de concreto, ele será tratado pormenorizadamente no estudo das propriedades do concreto endurecido. 3.3.2. Finura. A finura do cimento é uma noção relacionada com O tamanho dos grãos do produto. É usualmente definida de duas maneiras distintas: pelo tamanho máximo do grão, quando as especificações estabelecem uma proporção em peso do material retido na CIMENTO PORTLAND / 39 operação de peneiramento em malha de abertura definida, e, altenativamente, pelo valor da superfície específica (soma das superfícies dos grãos contidos em um Brama de cimen- to). A finura, mais precisamente a superfície específica do produto, é o fator que governa a velocidade da reação de hidratação do mesmo e tem também sua influência comprovada em muitas qualidades de pasta, das argamassas e dos concretos. O aumento da finura melhora a resistência, particularmente a resistência da primeira idade, diminui a exsudação e outros tipos de segregação, aumenta a impermeabilidade, a trabalhabilidade e a coesão dos concretos e diminui a expansão em autoclave. Exsudação é o fenômeno que consiste na separação espontânea da água de mistura, que naturalinente aflora pelo efeito conjunto da diferença de densidades entre o cimento ea água e o grau de permeabilidade que prevalece na pasta. É um tipo de segregação, fenômeno mais geral, entendido como separação dos diversos constituintes das argamassas e dos concretos por via de ação de diferentes causas, conduzindo, finalmente, a uma heterogeneidade indesejável. A coesão nos concretos e argamassas frescas é responsável pela estabilidade mecânica dos mesmos, antes do início da pega, e é medida pelo valor de resistência do cisalhamento. Trabalhabilidade é uma noção subjetiva, aproximadamente definida como o estado que oferece maior ou menor facilidade nas Operações de manuseio com as argamassas e concretos frescos. São todos atributos importantes das misturas frescas, tratadas minucio- samente no capítulo correspondente às propriedades da mistura fresca. A finura do cimento é determinada naturalmente durante o processo de fabricação para controle do mesmo, como também nos ensaios de recepção do produto, quando deve estar dentro dos limites determinados nas especificações correspondentes. As especifi- cações brasileiras NBR 5732 (EB-1) e NBR 5733 (EB-2) prescrevem limite de retenção na peneira nº 200 de malha de 75 micra de abertura. Para o cimento Portland comum, o re- síduo deixado nessa peneira não deve exceder 15% em peso. Para os cimentos Portland de alta resistência inicial, tal índice deve baixar a 6%. A especificação admite, nesse caso, a determinação das superfícies específicas pelo turbidímetro de Wagner, não devendo, en- tão, ser superior a 1900 cm? /g o valor obtido para essa superfície. As peneiras normalizadas empregadas na determinação da mistura de materiais pul- verulentos têm características geométricas diferentes de um país para outro. No Brasil, são geralmente utilizadas as peneiras americanas padronizadas pela ASTM. Na Tab. 3.1 estão registrados alguns valores ilustrativos da série fina de peneiras padronizadas ameri- canas. Na Tab. 3.2 estão também registrados alguns valores da série fina de peneiras padronizadas francesas. Verificou-se ser impraticável a operação de separação de grãos de tamanhos infe- riores a 60 micra. Desenvolveram-se, entretanto, processos indiretos de análises granulo- métricas que se baseiam na medida de tempo de sedimentação de suspensões, na medida da permeabilidade à passagem de determinados fluidos através dos vazios intergranulares de amostras de cimento etc. No processo de turbidímetro de Wagner é medido o tempo de precipitação dos grãos de diferentes diâmetros em suspensão no querosene. No processo de permeâmetro de Blaine, mede-se o tempo de percolação de determinado volume de ar através dos vazios intergranulares de uma amostra de cimento de características definidas. 42 | MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO um cimento apresentou 2500 cm? /g no turbidímetro de Wagner e 3900 cm? /g no per- meâmetro de Blaine. 3.33. Tempo de Pega. O fenômeno da pega do cimento compreende a evolução das propriedades mecânicas da pasta no início do processo de endurecimento, propriedades essencialmente físicas, consequente, entretanto, à um processo químico de hidratação. É um fenômeno artificialmente definido como o momento em que à pasta adquire certa consistência que à torna imprópria a um trabalho. Tal conceituação se estende, evidente- mente, tanto à argamassa quanto aos concretos nos quais a pasta de cimento está presente e com missão aglutinadora dos agregados. No processo de hidratação, os grãos de cimento que inicialmente se encontram em suspensão vão-se aglutinando paulatinamente uns aos outros, por efeito de floculação, conduzindo à construção de um esqueleto sólido, finalmente responsável pela estabilidade da estrutura geral. O prosseguimento da hidratação em subsequentes idades conduz ao endurecimento responsável pela aquisição permanente de qualidades mecânicas, caracte- rísticas do produto acabado. A pega e o endurecimento são dois aspectos do mesmo processo de hidratação do cimento, vistos em períodos diferentes — a pega na primeira fase do processo e o endurecimento na segunda e última fase do mesmo. A partir de um certo tempo após a mistura, quando o processo de pega alcança determinado estágio, a pasta não é mais trabalhável, não admite operação de remistura. Tal período de tempo constitui o prazo disponível para as operações de manuseio das argamassas e concretos, após o qual esses materiais devem permanecer em repouso, em sua posição definitiva, para permitir o desenvolvimento do endurecimento. A caracterização da pega dos cimentos é feita pela determinação de dois tempos distintos — o tempo de início e o tempo de fim de pega. Os ensaios são feitos com pasta de consistência normal, noção detalhada mais adiante, e, geralmente, com o aparelho de Vicat. Nesse aparelho mede-se, em última análise, a resistência à penetração de uma agulha na pasta de cimento. Têm sido tentados outros procedimentos para a medida de outras características físicas da mistura que conduzissem a uma melhor caracterização de fenômenos da pega. A medida da evolução do valor do atrito interno da pasta de cimento mostra claramente pontos de estreita correlação com os ensaios de penetração de agulha, confirmando, pelo crescimento rápido desse valor no intervalo entre o tempo de início e o de fim de pega, à ocorrência de uma aglomeração de marcantes características mecânicas no interior da massa durante essa fase do processo de hidratação. Medições feitas sobre os valores de velocidade de propagação do som durante O início de hidratação das pastas têm mostrado pontos característicos coincidentes com os tempos de início e fim de pega definidos por penetração de agulha. O mesmo ocorre no exame dos valores de resistência elétrica a correntes de alta frequência, onde as curvas também mostram pontos característicos coincidentes com os tempos de início e fim de pega. Não há dúvida de que, embora artificialmente definido o fenômeno, ele curresponde a uma realidade física caracterizada por pontos importantes no desenvolvimento do pro- cesso de endurecimento de aglomerante nos seus primeiros tempos de vida. Na Fig 3.4 é representada a evolução dos valores das velocidades de propagação do som e da resisti- vidade elétrica. CIMENTO PORTLAND / 43 Velocidade do som» Início Fim da pego Fig. 3.4. Velocidade do som, temperatura, resistência elétrica e pega. 3.3.4. Pasta de Cimento. A ocorrência da pega do cimento deve ser regulada tendo-se em vista os tipos de aplicação do material, devendo-se processar ordinariamente em perío- dos superiores a uma hora após o início da mistura. Nesse prazo são desenvolvidas as operações de manuseio do material, mistura, transporte, lançamento e adensamento. Há casos, entretanto, em que o tempo de pega deve ser diminuído ou aumentado. Nas aplicações em que se deseja uma Pega rápida, como, por exemplo, nas obtura- ções de vazamentos, são empregados aditivos ao cimento, conhecidos com o nome de aceleradores de pega. Tais aditivos serão tratados mais adiante, cabendo, no momento, a citação de dois exemplos de aceleradores, o cloreto de cálcio e o silicato de sódio. Contrariamente, em outros processos tecnológicos, ressalta-se a conveniência de um tempo de pega mais longo, como, por exemplo, nas operações de injeção de pastas e argamassas e nos lançamentos de concretos sob água, quando então se empregam aditivos denominados retardadores. Entre estes, citam-se os açúcares ordinários, a celulose e ou- tros produtos orgânicos. Alguns cimentos oferecem raramente o fenômeno da falsa pega, que tem as características da pega ordinária, ocorrendo em período mais curto e não correspondendo, entretanto, à evolução já descrita para O fenômeno. Trata-se de uma anomalia, geralmente atribuída ao comportamento do gesso adicionado ao cimento, no processo de manufatura, e que pode ser corrigida por destruição do incipiente esqueleto sólido e formação mediante ação enérgica de mistura ou remistura. O tempo de pega do cimento é determinado, como já foi dito, por ensaio do aparelho de Vicat. A pasta é misturada em proporção que conduz a uma consistência denominada normal. Essa consistência normal é verificada no mesmo aparelho de Vicat, utilizando-se a chamada sonda de Tetmajer, um corpo cilíndrico, metálico, liso, de 10 mm de diâmetro e terminado em seção reta. A sonda é posta a penetrar verticalmente em pasta fresca por ação de um peso total (incluindo a sonda) de 300 g. Na Fig. 3.5 está representado o aparelho de Vicat. 44 | MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Fig. 3.5. Esquema do aparelho de Vicat. No ensaio de consistência da pasta, a sonda penetra e estaciona a uma certa distân- cia do fundo do aparelho. Essa distância, medida em milímetros, é denominada índice de consistência. A pasta, preparada para ensaios de tempo de pega, deve ter uma consistência normal de 6 mm, isto é, a sonda de Tetmajer deve estacionar à distância de 6 mm do fundo da amostra. Essa amostra de consistência normal é ensaiada nesse mesmo aparelho à penetração de uma agulha corpo cilíndrico circular, com 1 mm? de área de seção e terminando em seção reta. A amostra é ensaiada periodicamente à penetração pela agulha de Vicat, determinando-se o tempo de início da pega quando esta deixa de penetrar até o fundo da pasta, ou melhor, ao ficar distanciada do fundo 1 mm. Os ensaios são prosseguidos até a determinação do tempo de fim de pega, quando a agulha não penetra nada mais na amostra, deixando apenas uma imperceptível marca superficial. Na obra procede-se — quando necessário, por exemplo, para eliminar a suspensão de um cimento geralmente em processo muito lento de pega — a um ensaio grosseiro, que consiste na moldagem de uma série de pequenas bolas com pastas de consistência seme- lhante à normal de laboratório. Submetendo-as a posteriores esmagamentos com os dedos, quando o esmagamento deixa de ser plástico, tem-se, grosseiramente, O início da pega; quando as bolas se esfarinham por ação de esforço muito maior, tem-se O fim da pega. 3.3.5. Resistência. A resistência mecânica dos cimentos é determinada pela ruptura à compressão de corpos-de-prova realizados com argamassa. A forma do corpo-de-prova, suas dimensões, o traço da argamassa, sua consistência e O tipo de areia empregado são definidos nas especificações correspondentes, e constituem características que variam de um país para outro. Quase todos adotam cubos de arestas de 5 a 7 cm, predominando esta última dimensão. Apenas no Brasil e no Uruguai empregam-se corpos-de-prova de forma cilín- drica. No Brasil, o corpo-de-prova e um cilindro de 10 cm de altura por 5 cm de DA consistência da argamassa é determinada pelo ensaio de escorregamento da argamassa normal sobre mesa cadente. O processo é descrito pormenorizadamente no método NBR 7215 (MB-1) da ABNT. Molda-se com argamassa um corpo-de-prova de formato tronco de cone, tendo como diâmetros das bases 125 e 80 mm e como altura 65 mm sobre uma pla- taforma lisa de um mecanismo capaz de promover quedas de 14 mm de altura. No ensaio são executadas trinta quedas em trinta segundos (ver Fig. 36). CIMENTO PORTLAND / 47 34.1. Estabilidade. A estabilidade do cimento é uma característica ligada à ocorrência eventual de indesejáveis expansões volumétricas posteriores ao endurecimento do con- creto e resulta da hidratação de cal e magnésia livre nele presentes. Quando o cimento contém apreciáveis proporções de cal livre (CaQ), esse óxido, ao se hidratar posterior- mente ao endurecimento, aumenta de volume, criando tensões internas que conduzem à microfissuração, e pode terminar na desagregação mais ou menos completa do material. Isso pode ocorrer quando prevalecem temperaturas superiores a 1 900%C no processo de fabricação do clinker e resulta na supercalcinação da cal. Este óxido, como se sabe, hidrata-se de maneira extremamente lenta, conduzindo a indesejável expansão em época posterior ao endurecimento do material. Tal fenômeno ocorre com maior razão com O óxido de magnésio, motivo pelo qual as especificações limitam a proporção da presença desses constituintes no cimento. Determina-se a estabilidade do cimento pelos ensaios de expansão em autoclave, onde a pasta de cimento é submetida a um processo acelerado de endurecimento em temperatura elevada, de modo a fazer aparecer, em sua provável grandeza, a expansão resultante da hidratação, tanto da cal quanto da magnésia livre. No Brasil, utiliza-se, para esse ensaio, a chamada agulha de Le Chatelier, que é constituída por uma forma cilíndrica de chapa de latão com 30 mm de altura e 30 mm de diâmetro, com uma fenda aberta segundo uma geratriz. Soldadas às bordas dessa fenda estão duas hastes destinadas a multiplicar a medida da abertura, que aumenta com a expansão do núcleo de pasta soldada no interior do cilindro. No método NBR 7215 da ABNT, esse ensaio é descrito em detalhe e é constituído, em linhas gerais, da moldagem, cura do corpo-de-prova imerso em água na temperatura ordinária, durante 12 horas, e subsequente aquecimento do cor- po-de-prova em água conduzida lentamente à fervura, durante cinco horas ou mais. O va- lor da expansibilidade é medido nas pontas das agulhas em milímetros, não podendo ul- trapassar os limites descritos pelas especificações de qualidade do cimento (no Brasil, a NBR 5732 e a NBR 5733). 3.4.2. Calor de Hidratação. Durante o processo de endurecimento do cimento, consi- derável quantidade de calor se desenvolve nas reações de hidratação. Essa energia térmica produzida é de grande interesse para o engenheiro, principalmente pela elevação de tem- peratura, resultante nas obras volumosas, a qual conduz ao aparecimento de trincas de contração ao fim do resfriamento da massa. O desenvolvimento de calor varia com a composição do cimento, especialmente com as proporções de silicato e aluminato tricál- cicos. O valor do calor de hidratação do cimento Portland ordinário varia entre 85 e 100 cal/g, reduzindo-se a 60 a 80 cal/g nos cimentos de baixo calor de hidratação. Os valores do calor de hidratação dos constituintes do cimento são os seguintes: cs — 120 cal/g cs — 62callg C;A — 207 cal/g C4AF — 100 cal/g Magnésia — 203 cal/g Cal — 279 callg 48 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO O método mais comum para a determinação do calor de hidratação do cimento é o calor de dissolução. Amostras secas de cimento em pó e de cimento parcialmente hidra- tado e subsequentemente pulverizado são dissolvidas em mistura de ácidos nítrico e clorídrico numa garrafa térmica. A elevação de temperatura devidamente corrigida pela eliminação dos fatores estranhos ao fenômeno determina as medidas do calor de dissolu- ção das amostras. Por diferença, o calor de hidratação do cimento é calculado. O interesse do conhecimento do valor do calor de hidratação do cimento reside na possibilidade do estudo da evolução térmica durante o endurecimento do concreto em obras volumosas. Basicamente, trata-se de multiplicar o calor de hidratação do cimento pelo peso do cimento contido no metro cúbico de concreto e dividir o resultado pelo calor específico do concreto. Esse cálculo aproximado não se desenvolve, evidentemente, com essa simplicidade esquemática, devendo ser considerados vários outros fatores que intervêm na evolução do fenômeno, tais como a velocidade de reação, o coeficiente de condutibilidade térmica do concreto, a variação do calor específico do concreto com à temperatura etc. Este assunto será desenvolvido no capítulo referente ao endurecimento do concreto. 34.3. Resistência aos Agentes Agressivos. Nos concretos em contato com a água e com a terra podem ocorrer fenômenos de agressividade. As águas, como as terras, podem conter substâncias químicas suscetíveis a reações com certos constituintes do cimento presentes nos concretos. Nestes últimos, o cimento constitui o elemento mais suscetível ao eventual ataque, já que os agregados são de natureza predominantemente inerte. Os silicatos de cálcio mais ou menos hidratados e principalmente a cal hidratada, presentes no cimento hidratado, são os elementos submetidos a ataque químico. O hidróxido de cálcio presente na proporção de 15 a 20% do peso do cimento original constitui o ponto mais vulnerável. As águas puras, de fontes graníticas ou oriundas do degelo atacam o cimento hidratado por dissolução da cal existente. Essa dissolução alcança cerca de 1,3 grama por litro nas temperaturas correntes. Águas puras renovadas acabam lavando toda a cal exis- tente no cimento hidratado, após o que começam, com menor intensidade, a dissolver os próprios silicatos e aluminatos. As águas ácidas, como, por exemplo, a água de chuva, com certa proporção de gás carbônico dissolvido, agem sobre a cal do cimento hidratado segundo processo que varia em função da concentração do anidrido carbônico. Se a concentração é baixa, o sal formado é o carbonato de cálcio, pouco solúvel, que obstrui os poros, constituindo proteção a ataques posteriores. Se a concentração é relativamente forte, o carbonato formado é dissolvido como bicarbonato, prosseguindo o ataque até completa exaustão da cal presente. Os sais de cálcio são atacados em seguida. As águas podem ser igualmente agressivas quando contém outros ácidos, como acontece com os resíduos industriais e águas provenientes de charcos contendo ácidos orgânicos. Tanto num caso como no outro, há exaustão da cal, e um ataque posterior dos sais constituintes do cimento hidratado deixa no concreto um esqueleto sem coesão e inteiramente prejudicado nas suas características mecânicas e outras. Para estimar a resis- tência química ds um cimento à água , ura e ácida, é útil conhecer seu índice de Vicat, CIMENTO PORTLAND / 49 isto é, a relação sílica mais alumina dividida por cal. Se é inferior a 1, tem-se o cimento rico em cal, como o Portland, portanto, um cimento facilmente atacável. Se, ao contrário, O índice é superior a 1, cimento aluminoso, cimento metalúrgico, cimento pozolânico, trata-se de material pobre em cal e capaz de resistir à agressividade da água dissolvente. A água sulfatada ataca O cimento hidratado por reação do sulfato com aluminato, produzindo um sulfoaluminato com grande aumento de volume. Essa expansão interna é responsável pelo fissuramento que, por sua vez, facilita o ataque, conduzindo o processo a completa deterioração do material. Águas paradas, contendo mais de meio grama de sulfato de cálcio/litro, e águas correntes com mais de 0,3 & podem, em geral, ser conside- radas perigosas. A água do mar contém numerosos sais em solução, entre os quais os sulfatos de cálcio, o sulfato de magnésio e o cloreto de sódio. A presença deste último contribui para aumentar a solubilidade da cal. O pequeno conteúdo de ácido carbônico contribui ligeira- mente como medida de proteção, pela formação de carbonato insolúvel. Já os sulfatos, principalmente os de cálcio, agem da maneira já descrita, resultando no final ataque progressivo dos cimentos ricos em cal pelas águas do mar. 34.4. Reação Álcali-Agregado. Identifica-se como reação álcali-agregado a formação de produtos gelatinosos acompanhada de grande expansão de volume pela combinação dos álcalis do cimento com a sílica ativa finamente dividida, eventualmente presente nos agregados. Trata-se de fenômeno estudado em época recente que, embora não tenha sido, até agora, constatado objetivamente no Brasil, por constituir importante risco na durabili- dade dos concretos, merece detalhada investigação quando do uso de agregados oriundos de novas fontes, sem experiência anterior. Tal assunto será examinado no capítulo corres- pondente aos agregados. 365. CLASSIFICAÇÃO Os cimentos foram originariamente fabricados segundo as especificações dos consu- midores que encomendavam, das fábricas, o produto com certas características convenien- tes a um trabalho. A partir de 1904, quando as primeiras especificações da ASTM foram introduzidas, a indústria limitou-se a produzir alguns tipos de cimento. Em cada país, a indústria produz os cimentos padronizados pelo organismo normali- zador nacional e alguns outros fora de normas, mas sempre um número limitado de tipos. Não se encontram todos os tipos, entretanto, disponíveis no mercado. Muitos deles, destinados a usos especiais, são obtidos mediante encomenda. No Brasil são produzidos vários tipos de cimento, oficialmente normalizados. Fabrica-se também, para emprego ordinariamente não estrutural, o cimento branco, que é um cimento Portland ordinário, praticamente isento de óxidos de ferro, e que se consegue mediante cuidados adequados na escolha da matéria-prima e na condução do processo de fabricação. Na Tab. 3.4 são apresentadas as principais características dos ci- mentos normalizados brasileiros. 52 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Além desses tipos de cimento, fabrica-se, nos Estados Unidos, um cimento Portland ordinário de pega muito lenta, os cimentos de poços de petróleo, que devem endurecer em condições de temperatura a pressão muito elevada, o que se consegue mediante a adição de outros agentes retardadores que não o gesso. Da mesma forma, o cimento branco, que é uma variedade do cimento tipo 1, é encontrado normalmente no mercado americano, havendo também, em grau menor de disponibilidade, outros tipos especiais constituídos de cimento tipo 1 com aditivos variados, como, por exemplo, os cimentos antibactericidas. Na França encontra-se, provavelmente, a maior variedade na classificação de tipos de cimento. Na Tab. 3.6 apresentam-se algumas características dos principais produtos franceses. Os cimentos franceses são identificados por um símbolo cujo prefixo é uma associação de letras constituídas pelas iniciais do nome do produto, seguidas por um sufixo composto por um par de números que representam as resistências à compressão a 7e a 28 dias, respectivamente, em MPa. O supercimento 355-400 e o cimento de elevada resistência inicial (315-400) consti- tuem os produtos de alta qualidade mecânica e pequena disponibilidade no mercado, preço mais elevado e emprego restrito aos casos não resolvidos pela aplicação do cimento Portland ordinário. O cimento comum é fabricado nas classes CPA-250/315 e CPB-250/315, diferen- ciando-se um do outro pela adição de escória de alto-forno finamente dividida no produto CPB. Esses dois cimentos constituem o grosso da produção industrial francesa. Tabela 3.6. Algumas Características de Alguns Cimentos Franceses Compressão Tração Cimento Simbolo Proporção MPa MPa deEscória | 24) 7d |28d|2d | 7d [284 Portland artificial crAaso/3s 10% as [31.5 2/25 Idem CPB250/315 10% as [31,5 2 las Alta resistência HRI-315/400 16 [31.5 | 40 [18 [25] 3 Supercimento Super 16 |35.5| so a as Metalúrgico CMM-250/315 so% as [ais Encontram-se, a seguir, os chamados cimentos ao ferro CF-250/315, que é uma variante do cimento comum, contendo, porém, de 20 a 30% de escória de alto-forno. Os tipos subsequentes, cimento metalúrgico misto, cimento de alto-forno e cimento de escó- ria e clinker, são todos constituídos por mistura de cimento Portland comum CPA com proporções variadas de escória de alto-forno, que participa até com 80% da mistura no último cimento. A escória de alto-forno finamente dividida não constitui propriamente um aglome- rante hidráulico, podendo, entretanto, combinar com à cal livre existente no cimento CIMENTO PORTLAND / 53 Portland hidratado, endurecendo lentamente e proporcionando ao produto final quali- dades que o capacitam a diferentes utilizações nas obras de construção. 36. FABRICAÇÃO O cimento Portland é atualmente produzido em instalações industriais de grande porte, localizadas junto às jazidas que se encontram em situação favorável quanto ao transporte do produto acabado aos centros consumidores. Trata-se de um produto de preço relativamente baixo, que não comporta fretes a grandes distâncias. As matérias- primas utilizadas na fabricação do cimento Portland são, usualmente, misturas de mate- riais calcários e argilosos em proporções adequadas que resultem em composições químicas apropriadas para o cozimento. O condicionamento econômico do empreendimento, combinado com a natureza das jazidas disponíveis, determina os materiais que podem ser utilizados na manufatura do cimento Portland. Entre os materiais calcários utilizados encontram-se o calcário propria- mente dito, conchas de origem marinha etc. Entre os materiais argilosos encontram-se a argila, xistos, ardósia e escórias de alto-forno. A fabricação do cimento Portland comporta seis operações principais, a saber: — extração da matéria-prima; — britagem; — moedura e mistura; — queima; — moedura do clinker, — expedição. A extração da matéria-prima se faz pela técnica usual de exploração de pedreiras, quando se trata de rochas e xistos; por escavação, segundo a técnica usual de movimenta- ção ds terras, quando se trata de argila, e por dragagens, quando é o caso. A técnica de exploração de pedreiras será desenvolvida mais adiante, quando se tratar da produção de agregados. A matéria-prima, quando rochosa, é submetida a uma operação de beneficiamento com o propósito de reduzir o material à condição de grãos de tamanho conveniente. Trata-se da britagem, operação também comum no processo de exploração de pedreiras para a produção de agregados. Os materiais britados, calcário, por exemplo, são encami- nhados a depósitos apropriados, de onde são processados segundo duas linhas principais de operação: via seca e via úmida. No processamento por via seca, a matéria-prima é inicialmente conduzida a uma estufa, onde é convenientemente secada. Secos, os materiais argilosos e calcários são proporcionados e conduzidos aos moinhos e silos, onde se reduzem a grãos de pequeno tamanho em mistura homogênea. Utilizam-se, para esse fim, moinhos, usualmente de bolas, associados em série e conjugados a separadores de peneira, ou ciclones, por cuja ação se conduz o processo na produção da mistura homogênea de grãos de pequeno tamanho, intimamente misturados, das matérias-primas. 54 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Essa mistura é conduzida por via pneumática para os silos de homogeneização, nos quais a composição básica da mistura é quimicamente controlada e são eventualmente feitas as correções. A mistura homogênea é armazenada em silos apropriados, onde aguarda o momento de ser conduzida ao forno para a queima. No processo por via úmida, onde se emprega a argila natural como matéria-prima, esta é inicialmente misturada com água, formando uma lama espessa. O calcário britado proveniente dos silos é proporcionado e misturado com a lama de argila e conduzido para os moinhos, também usualmente de bolas, onde a rocha calcária é reduzida a grãos de tamanho muito pequeno. Esses moinhos trabalham também com equipamentos separadores, neste caso, câmaras de sedimentação que proporcionam meio eficaz de controle dos tamanhos dos grãos de calcário em suspensão na lama. A lama, após a operação de moedura do calcário, é bombeada para os silos de homogeneização, nos quais, como se procedeu na via seca, se controla a composição química e se fazem as eventuais correções. A mistura, devidamente controlada e homoge- neizada, é conduzida para os silos de armazenamento do cru. Nesta altura, os dois pro- cessos novamente se encontram, procedendo-se à alimentação do forno, com à mistura pulverulenta proveniente da via seca ou com a lama proveniente da via úmida. O fomo, como é utilizado atualmente, é constituído por um longo tubo de chapa de aço, revestido internamente de alvenaria refratária, girando lentamente em tono de seu eixo, levemente inclinado, tendo na extremidade mais baixa um maçarico onde se processa a queima de combustível e recebendo pela sua boca superior o cru. A operação de queima da mistura crua devidamente proporcionada num forno onde, pela combustão controlada de carvão, gás ou óleo, a temperatura é elevada aos níveis necessários à transformação química que conduz à produção do clinker, subsequen- temente resfriado, é, talvez, a mais importante fase na fabricação do cimento. O material submetido ao processamento das queimas percorre o forno rotativo de uma ponta à outra em cerca de 3 horas e meia a 4 horas. O clinker produzido sai do forno em elevada temperatura, incandescente, e é resfriado mediante corrente de ar ou mesmo por ação de água. O clinker resfriado é conduzido a depósitos apropriados, onde aguarda o processa- mento da moagem. A operação de moagem do clinker é realizada em moinhos de bola conjugados com separadores a ar. Sendo o clinker um material extremamente duro, a moagem é uma operação dispendiosa, onde são consumidas as esferas de aço duro utilizadas dentro do moinho. O clinker entra no moinho já de mistura com a parcela de gipsita utilizada para controle do tempo de pega do cimento. Para facilitar a operação de moagem, a indústria manufatureira de cimento tem utilizado como aditivos certas substâncias que facilitam essa operação, os aditivos de ajuda na moagem. O clinker pulverizado é conduzido pneumaticamente para os separadores de ar, um ciclone que reconduz ao moinho os grãos de tamanho grande e dirige os de menor tamanho, o cimento propriamente dito, para os silos de estocagem. O produto acabado, o cimento Portland artificial, é então ensacado automatica- mente em sacos de papel apropriado ou simplesmente encaminhado a granel para os veículos de transporte. CIMENTO PORTLAND / 57 Fig. 3.9. Tanque para transporte de cimento a granel com descarga por escorregamento. 58 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 40 metros. Usado na descarga de caminhões e vagões de transporte de cimento a granel, proporciona uma operação muito rápida. Um caminhão com 9 t pode ser descarregado em 9 minutos. No processo de escorregamento, a descarga do veículo se faz por gravidade ao longo de uma calha interna, que corre pelo fundo do reservatório, neste caso um longo tanque, semelhante aos tanques de transporte de combustível (Fig. 3.9). conferida ao cimento, ele escorrega com facilidade pelas calhas, esvaziando-se o reserva- tório em pouco tempo. Nesse processo, ocorre uma descarga de duas toneladas por minuto. No sistema de parafuso sem fim, mais antigo, a descarga do veículo é levada a efeito pela ação de uma hélice longa, alojada na calha inferior que constitui o tubo do reserva- tório. A capacidade de descarga é menor e alcança cerca de 0,7 minuto. Tais sistemas de transporte a granel são econômicos e se impõem no caso de grande consumo. No Brasil, esse gênero de transporte está sendo desenvolvido atualmente como consequência da fabricação local desse tipo de equipamento. A quantidade mínima de consumo de cimento que permite a instalação de uma frota para o transporte a granel é da ordem de 200 t por mês, ou seja, 10 000 sacos de cimento por mês. O problema econômico é resolvido mediante uma análise dos custos de investimento e operação do equipamento de transporte em face da econoqia resultante da eliminação dos sacos de papel. 3.8. ARMAZENAMENTO O cimento exige algum cuidado no seu armazenamento no canteiro de serviço. É necessário evitar qualquer risco de hidratação. Os sacos de papel não garantem a imper- meabilização necessária, razão pela qual não se deve armazenar cimento por muito tempo. Os barracões para armazenamento de cimento devem ser bem cobertos e bem fechados lateralmente, devendo ser o soalho bem acima do nível do solo. Para armazenagem por curto espaço de tempo, podem-se cobrir as pilhas de sacos de cimento com lona, sendo elas colocadas sobre estrados de madeira convenientemente elevados do solo. Não se recomenda o armazenamento de cimento por mais de três meses. Quando se inicia a hidratação, o que se reconhece pela existência de nódulos que não se desmancham com a pressão dos dedos, o cimento torna-se suspeito. Pode ser usado, após peneiramento, somente em serviços secundários, como argamassas, pavimen- tos secundários etc. 3.9. CIMENTOS POZOLÂNICOS Pozolanas são substâncias siliciosas e aluminosas que, embora não tendo qualidades aglomerantes próprias, reagem com à cal hidratada na presença de água, nas temperaturas CIMENTO PORTLAND / 59 ordinárias, resultando a formação de compostos cimentícios. Esses materiais podem ocor- rer naturalmente ou ser produzidos em instalações industriais adequadas, sendo os primei- TOs encontrados como cinzas vulcânicas e os segundos resultantes do beneficiamento de argilas cozidas, cinzas volantes e algumas escórias. As pozolanas serão tratadas mais adiante, no capítulo referente aos agregados. O emprego das pozolanas provavelmente é anterior ao início da História registrada. É possível que os antigos tenham descoberto seu uso por acidente, na operação de calcinação de calcários nas regiões vulcânicas, pela observação da melhoria introduzida no comportamento das argamassas que continham essa impureza. Depósitos de pozolanas naturais encontram-se próximos da cidade de Pozzuoli, perto do Vesúvio, na Itália. Estão hoje os restos de obras romanas, aquedutos feitos com concretos pozolânicos, a teste- munhar à excelente durabilidade do material feito com esse constituinte. Com o desenvolvimento da indústria de cimento Portland, a utilização das pozola- nas foi abandonada, havendo, entretanto, uma tendência recente de intensificação do emprego desse material, traduzida no número significativo de obras realizadas com ele e mesmo na orientação de fabricantes de cimento, que iniciam a produção de cimentos pozolânicos englobando, já durante a manufatura, uma proporção desse material. Não se conhece ainda o mecanismo da ação química entre as pozolanas e a cal presente no cimento hidratado, embora se admita que a sílica amorfa finamente dividida, presente nas pozolanas, reaja com a cal hidratada, produzindo, principalmente, silicato monocálcico. O uso conveniente das pozolanas nos concretos de cimento Portland melhora mui- tas das qualidades desse material, como, por exemplo, a trabalhabilidade; além disso, diminui o calor de hidratação, aumenta a impermeabilidade, assim como a resistência aos ataques por águas sulfatadas, águas puras e águas do mar, diminui os riscos de reação álcali-agregado, a eflorescência por percolação de água e, finalmente, os custos. De um modo geral, cerca de 20 a 40% do cimento utilizado nos concretos podem ser substituídos por pozolana sem diminuição da resistência mecânica final e com diversas melhorias nas qualidades do produto. Os cimentos franceses tipo D, os cimentos metalúrgicos, os cimentos de escória franceses, americanos e alemães são, na realidade, cimentos pozolânicos. Na França, ini- cia-se a mistura de cinza volante aos cimentos Portland para a fabricação de cimentos com cinza. Essas cinzas volantes constituem um subproduto nas centrais termelétricas aciona- das a carvão, constituindo a fase pulverulenta muito fina, arrastada pela fumaça das fornalhas das caldeiras e que, para não contaminar a atmosfera, são retidas em filtros especiais. As pozolanas poderão, eventualmente, ser desenvolvidas no Brasil por beneficia- mento das escórias de alto-forno, havendo, naturalmente, necessidade de estudos e experi- mentação, assim como de entendimentos com as usinas siderúrgicas. Trata-se de assunto extremamente complexo a investigação do comportamento das pozolanas artificiais, uma vez que a sua constituição é muito variável. Não resta a menor dúvida de que a utilização das pozolanas se vai tornando uma imposição de natureza econômica e tecnológica, principalmente nas obras de grande envergadura, onde suas qualidades fazem melhor efeito. Não há, até o presente momento, qualquer tentativa de utilização desse material aqui no Brasil. 62 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 4. Em que fase da fabricação do cimento Portland é adicionado gipsita, e com que finalidade? 5. Quais os principais cuidados que devem ser tomados na armazenagem, em obra, de cimento em sacos? é. Quais as principais propriedades da pozolana utilizada como adição, em cimento Portland? 7. Quais as principais propriedades de um cimento aluminoso? REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ANNALES DE LINSTITUT TECHNIQUE DU BÁTIMENT ET DES TRAVAUX PUBLICS. 2 BAUER, E. E. — Plain Concrete. New York, McGraw-Hill, 1956. 3 BLANKS, R. F. & KENNEDY H. L. — The Technology of Cement and Concrete. New York, John Wiley & Sons, 1955. 2 v. 4. PETRUCCI, ELÁDIO G.R. — Concreto de Cimento Portland. Editora Globo, 1978. 5. —CALLEJA,C. JOSÉ. — Conglomerantes Hidráulicos: Fisicoquímica e Tecnologia, Monografia n.º 214 Madrid, IETCC, 1961. 6. CALLEJAC. JOSÉ. — Ciclo de Palestras. São Paulo, — FTDE/EPUSP/IPT, 1979. 7. LABLAU, O. — Prontuário del Cemento. Ed. Técnicos Associados, 1970. VENUAT. M. — Cimento et Bétons. Presses Universitaires de France, 1973. 9. VENUAT, M. & PAPADAKIS, M. — Control y Ensayo de Cementos, Morteros y Hormigones. URMO., 1964. 10. DUDA, W.H.— Manual Tecnologico de Cemento. ETA, 1977. AGREGADOS CAPÍTULO 4 Engº ALEXANDRE SERPA ALBUQUERQUE EPUSP CONSULTOR DE ENGENHARIA 4.1. DEFINIÇÃO Agregado é o material particulado, incoesivo, de atividade química praticamente nula, constituído de misturas de partículas cobrindo extensa gama de tamanhos. O termo “agregado” é de uso peneralizado na tecnologia do concreto; nos outros ramos da construção é conhecido, conforme cada caso, pelo nome específico: filer, pedra britada, bica-corrida, rachão etc. 4.2. CLASSIFICAÇÃO Os agregados classificam-se segundo a origem, as dimensões das partículas e o peso específico aparente. 4.2.1. Segundo a Origem — Naturais. Os que já se encontram em forma particulada na natureza: areia e cascalho. — Industrializados. Os que têm sua composição particulada obtida por processos industriais. Nestes casos, a matéria-prima pode ser: rocha, escória de alto-forno e argila. 4.2.2. Segundo as Dimensões das Partículas. O agregado usado na tecnologia do con- ereto é dividido em: — Miúdo. As areias. — Graúdo. Os cascalhos e as britas. 4.2.3. Segundo o Peso Específico Aparente. Conforme a densidade do material que constitui as partículas, os agregados são classificados em leves, médios e pesados. A Tab. 4.1 relaciona alguns deles e os valores aproximados das médias das densidades aparentes. 64 / MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Tabela4.1 Densidades Aparentes Médias Leves Médios Pesados vermiculita 03 calcário 1,4 barita 29 argila expandida 0,8 arenito 1,45 hematita 32 escória granulada 1,0 cascalho 1,6 magnetita 3,3 granito 1,5 areia 1,5* basalto 1,5 escória 1,7 * Esta é a densidade aparente média da areia “seca ao ar”. Ver4,3.2.1a. 4.3. PRODUTOS 4.3.1. Industrializados 43.1.1. Definições a. Brita. Agregado obtido a partir de rochas compactas que ocorrem em depósitos geológicos - jazidas, pelo processo industrial da cominuição, ou fragmentação controlada da rocha maciça. Os produtos finais enquadram-se em diversas categorias. b. Pedra britada. Brita produzida em cinco graduações, denominadas, em ordem crescente de diâmetros médios: pedrisco, pedra 1, pedra 2, pedra 3e pedra 4, designadas a seguir por: pd, p!, p2, p3 e p4. c. Pó de pedra. Material mais fino que o pedrisco. Sua graduação genérica, mas não rigorosa, é 0/4,8. d. Areia de brita. Agregado obtido dos finos resultantes da produção da brita, dos quais se retira a fração inferior a 0,15mm. Sua graduação é 0,15/4,8. e. Fíler. Agregado de graduação 0,005/0.075. Seus grãos são da mesma ordem de grandeza dos grãos de cimento. f. Bica-corrida. Material britado no estado em que se encontra à saída do britador: primária quando deixa o britador primário, com graduação aproximada de 0/300, depen- dendo da regulagem e tipo do britador; secundária, quando deixa o britador secundário, com graduação aproximada de 0/76. g. Rachão. Agregado constituído do material que passa no britador primário e é retido na peneira de 76mm. É a fração acima de 76mm da bica-corrida primária. A NBR - 9935 define rachão como “pedra de mão”, de dimensões entre 76 e 250mm. h. Restolho. Material granular, de grãos em geral friáveis. Pode conter uma parcela de solo. i. Blocos. Fragmentos de rocha de dimensões acima do metro, resultantes dos fogos de bancada, que, depois de devidamente reduzidos em tamanho, vão abastecer o britador primário.  |. 75 150 300 60 12 24 48 95 19 3 7% 152 te um ja mm 4 th te - Pó a Ps - média de 6 pedreiras Go a Gs - agregado graúdo - NBR7211 Fig. 4.1. Brita industrial — ranito. Na prática, no entanto, para se conformar com a natureza da rocha e com a demanda, a série pode ser um pouco diferente dessa. Uma das comumente usadas é 76-45-27-. 16-9-2-2,4, da qual resultam as diversas britas comerciais: pedrisco a pedra 4, cujas distribuições granulométricas são as indicadas na Fig. 4.1. Entretanto, a NBR 7225 dá para as “pedras britadas numeradas” os seguintes valores, que diferem dos da prática indicados na Fig. 4.1: pedra 1 18/12,5 pedra 2 12.525,0 pedra 3 25/50 pedra 4 50/76 pedra 5 76/100 Se d e D são os limites inferior e superior de uma graduação d/D, (por exemplo: P4 = 38/76) e sempre considerando as curvas medianas dos fusos médios, há na pedra 4 apenas 6,2% do peso do material que excede os limites D e d. contra 25% no do pedrisco, isto é: 0 rendimento de peneiramento da pedra 4 é de 93,8% e o do pedrisco de 75%. A Tab. 42 resume o que fica dito. Acontece, porém, que, à medida que o material se torna mais fino, o diâmetro mínimo passa a ser uma fração cada vez menor do diâmetro mediano. Por exemplo: na pedra 4 0 diâmetro mediano é de S7mm e o diâmetro mínino de 38mm, ou 67% do mediano; no pedrisco são, respectivamente, 4,S5mm e 0,075mm, valor este inferior a 1,6% do mediano. As curvas granulométricas têm, assim, caudas cada vez mais extens: medida que o material fino adere às superfícies dos grãos maiores e é por eles arrastado, sem atravessar a 68/ MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Tabela 4.2 Pedra 4 Pedrisco d(mm) 38 a D (mm) 7% 9 d(%) 1 20 D(%) sa s excesso (%) 62 28 rendimento (%) 938 75 malha da peneira, como deveria ocorrer. Assim, pedrisco, por exemplo, só deveria conter, pela tabela da NBR 7211, até 5% abaixo de 2,4 mm; na prática, porém, contém de 8,5% a 30% do material abaixo de 2,4 mm. Este pó fino que fica aderente aos grãos maiores só será identificado em ensaios de laboratório. A quantidade de pó aderente depende do teor de umidade do material, assim como de seu tempo de permanência sobre a tela da peneira. À medida que o diâmetro aumenta, diminui a porcentagem de finos aderentes aos grãos. Para reduzir o arraste de material fino há dois recursos: — usar peneiras mais compridas para dar mais tempo ao material fino de se desagregar dos grãos; — “injetar água sobre as telas, para que ela leve consigo o material fino. 3) Propriedades físicas. As propriedades físicas das rochas das pedreiras citadas no item 1) pouco diferem de uma pedreira para outra, com três exceções na rocha gnáissica. Os valores médios e seus desvios padrões (expressos em porcentagem do valor médio) são dados na Tab. 4.3. Indicam-se, também, os parágrafos em que adiante cada uma das propriedades é descrita. Tabela 4.3 Ver $ Média Desvio (%) Resistência à compressão, MPa 44.1 120 (*) 47 Resistência à abrasão, % 443 263(*) 16 Massa específica absoluta kg/m” 481 2698 2 Resistência ao choque,% 448 167 24 Porosidade,% 453 0,6(*) 15 Absorção de água,% 45.12 0,26 3 Grãos cubóides,% 446 79 6 Material pulverulento,% 447 0.28 3 Argila em torrões,% 447 o - Partículas macias e friáveis.% 448 136 ns Resistência aos sulfatos.% 44.10 033 69 AGREGADOS / 69 O granodiorito gnáissico apresenta desvios em relação às demais pedreiras nas seguintes características: — resistência à compressão 81 MPa; — resistência à abrasão 41,3%; — porosidade 1,0%. Estes valores não foram, naturalmente, considerados para o cálculo das médias citadas na Tab. 4.3 e marcadas com um asterisco. A compacidade de um agregado (ver Seg. 4.5.4) depende, primeiramente, de sua distribuição granulométrica e, em seguida, da forma dos grãos, que, por sua vez, é função da natureza da rocha e, no caso dos agregados industrializados, do tipo dos britadores. Na pedra britada, verifica-se que todas as graduações provenientes de uma mesma rocha têm praticamente a mesma compacidade. Há ligeiras diferenças entre diferentes rochas, como mostra a Tab. 4.4. Tabela 4.4 Rocha) dens.| DENSIDADEAPARENTE | DESVIO PADRÃO % | COMPACIDADE| Sbsol.! py | p2 | p3 | pa [média PL/PZ/P3 pa |Médial [granito 2.660 [1,37 1,38/1,37/1,38 1,357 | 0,7 granito/2,768 [1,45/1,48|1,44]1,45/ 1,455 | | gnáis- | sico | + 0,6/0,9/0,4| 0,4 0,517 ] - 0,526 +++ 1 basalto|2,742 1,41 [1,41/1,41| - [141 [27/38/44] - 134 | 014 | 4) Usos. A NBR 7211, que padroniza a pedra britada nas dimensões hoje con- sagradas pelo uso, trata de agregado para concreto. Não obstante isso, e apesar de as curvas granulométricas médias dos agregados comerciais não coincidirem totalmente com as curvas médias das faixas da Norma, emprega-se o agregado em extensa gama de situações: — Concreto de cimento. O preparo do concreto é o principal campo de consumo de pedra britada. São empregados, principalmente o pedrisco, a pedra 1 e a pedra 2. Ver adiante a Seç. 4.6. É também usado o Pó de pedra, apesar de ter ele distribuição granulométrica não coincidente com a do agregado miúdo padronizado para concreto (areia). A tecnologia do concreto evoluiu, de modo que o pó de pedra é usado em grande escala. Nos concretos massa e ciclópico usam-se como agregado graúdo a pedra 4e o rachão. — Concreto asfáltico. O agregado para concreto asfáltico é necessariamente pré- dosado, misturando-se diversos agregados comerciais. Isto se deve ao ter ele de satisfazer peculiar forma de distribuição granulométrica. São usados: filer, areias, pedra 1, pedra 2 e pedra 3. Ver u Seç. 4.7, adiante. 72/ MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO A escória simplesmente resfriada ao ar, ao sair do alto-forno (dita escória bruta), uma vez britada, pode produzir um agregado graúdo, de granulação 12,5/150, aproximadamente. Normalmente, após receber um jato de vapor, a escória é resfriada com jatos de água fria, produzindo-se, então, a escória expandida, de que resulta um agregado de graduação da ordem de 12,5/32. Quando é imediatamente resfriada em água fria, resulta a escória granulada, que permite obter um agregado miúdo de graduação 0/4,8, aproximadamente. A escória granulada tem distribuição granulométrica próxima da areia média, zona 3 da NBR 7211, com módulo de finura de 2,90 (contra os 2,75 da zona 3). O diâmetro médio desta escória granulada é de 1,0mm, constituindo-se, portanto, em material um pouco mais fino do que o da areia média (1,3 mm) (item 4.3.1.2.g). A escória granulada é usada na fabricação de cimento Portland de alto-forno. Usa-se a escória expandida como agregado graúdo e miúdo no preparo de concreto leve em peças isolantes térmicas e acústicas, e também em concreto estrutural, com resistência a 28 dias da ordem de 8-20 MPa e densidade da ordem de 1,4. Se usada apenas como agregado miúdo e graúdo da brita de granito, a resistência e a densidade do concreto são equiparáveis às do concreto preparado com areia de rio e brita. e. Vermiculita. É um dos muitos minérios de argila. Tais minérios que compõem as argilas são grupos cristalinos, quimicamente inertes, de baixa densidade, constituídos de óxidos de alumínio, silício, ferro e magnésio. Apresentam uma granulação lamelar porosa e se expandem cerca de vinte vezes quando aquecidos até por volta de 500º C, formando, assim, a vermiculita expandida, um agregado leve, de granulação 0/4,8, peso específico aparente, de acordo com a distribuição granulométrica, de 800 a 1600 Nim” e de con- dutibilidade térmica média de 0,22 W/mk (0,2 kcal.m/m? hºC) — NBR 9.230. A vermiculita expandida tem os mesmos empregos da argila expandida. 43.1.5. Pesados a. Hematita. A hematita britada constitui os agregados miúdo e graúdo que são usados no preparo de concreto de alta densidade (dito “concreto pesado”) destinado à absorção de radiações em usinas nucleares: os escudos biológicos ou blindagens. O grau de absorção cresce com o aumento da densidade do concreto. Com a hematita, é possível obter concretos com pesos específicos próximos de 40 KN/m' e resistências à compressão aos 28 dias superiores a 40 MPa. O agregado miúdo 0/4,8 de hematita tem distribuição granulométrica, para uso em concretos densos, próxima da zona 3 da NBR 7211. O agregado graúdo de especificação estrangeira é 4,8/50, contendo, portanto, porcentagem de finos, ao contrário da brasileira para concretos comuns, que é 32/64, conforme a graduação 4 da NBR 7211. b. Barita. Pela sua alta densidade, a barita também é usada no preparo de concretos densos. 4.3.1.6. Pedreiras a. Fluxograma. A brita é produzida em estabelecimentos industriais denominados pedreiras. Em resumo, trata-se de submeter à rocha de uma jazida a sucessivos processos de cominuição, reduzindo-a a fragmentos de tamanhos adequados. A Fig. 4.2 mostra um AGREGADOS / 73 8BC2 - bica-corrida secundária Fig. 4.2. Pedreiras: Nuxograma típico. possível fluxograma de pedreira; o fluxograma real dependerá das condições particulares de cada caso: natureza da rocha, produtos preferenciais, mercado etc. Além de em rochas de jazidas, podem os mesmos processos de cominuição ser empregados em escória de alto-forno, produzindo o mesmo resultado final. b. Lavra. Na jazida, a rocha é fragmentada por meio de explosivos carregados em furos de brocas de cerca de 80mm de diâmetro. A detonação é o fogo de bancada, que produz blocos de dimensões que podem superar um metro. Segue-se nova fragmentação por explosivos: o fogacho, cuja função é reduzir os blocos a dimensões não superiores à boca do britador primário (x, Fig. 4.3). 74/ MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO c. Britagem. O britador de mandíbulas (Fig. 4.3 Bl- Fig. 4.2) é praticamente o único tipo empregado como britador primário. A mandíbula móvel (8) é dotada de movimen- to de vaivém, pelo excêntrico (e). O bloco de pedra é comprimido contra a mandíbula fixa (9), fragmentando-se. O produto que deixa o britador primário — a bica-corrida — é constituído de material desde o impalpável até uma dimensão que depende da abertura da boca de saída, cuja largura pode ser alterada, elevando ou abaixando o bloco (5). Fig 4.3. Britador de mandíbulas. Os britadores normalmente fabricados têm boca de entrada X, desde cerca de 600 x 400mm (produzindo, em granito, até -40m)/h) a 1500 x 1200mm (produzindo, em granito, até -500m?/h). Como britadores secundários (B2 - Fig. 4.2), são fabricados com dimensões de boca que variam de 600 x 130mm até 1200 x 400mm (produzindo, em granito, de 10 a 130m?/h). A distribuição granulométrica das bicas-corridas, tanto de britadores de mandíbulas como de cone, é pouco afetada pelo tamanho do britador ou pela abertura de saída. Nos de mandíbulas, a dimensão máxima dos blocos de bica-corrida é da ordem de Dj, = 1,85 » sendo medido na posição fechada. A Fig. 4.4 mostra as curvas de distribuição logarítmica do produto de britadores de mandíbulas de bocas de 1 100 x 800mm, curva (1), e 1 100 x 400mm, curva (2), britando granito da Serra da Cantareira em São Paulo, material muito abrasivo € tenaz.  Fig. 4.7. Separador de areia. produto pode ser alterada modificando-se à velocidade de rotação do rotor. A pedra é, Portanto, rompida por choque e não por cisalhamento de compressão, como ocorre nos britadores de mandíbulas, resultando um produto sem grãos disformes. e. Lavagem. A fração muito fina que se forma na rebritagem pode ser vantajosa- mente retirada dos produtos mais finos (pó, pedrisco e pedra 1) por via úmida, para produzir areia de brita sem alto teor de material fino. Jatos d'água sobre as telas de peneira da classificação (C, Fig. 4.2) arrastam todo o material abaixo de 4,8mm. A água é levada para O separador de areia (Fig. 47 e S. Fig. 4.2), onde o material 0,1/4,8 (aprox.) decanta rapidamente e é arrastado pelas Pás (4), saindo do separador em (6). A água, tendo agora em suspensão o material 0/0,1 (aprox.) sai em (7) e é levada para tanques de decantação. A água limpa é rebombeada para a peneira. É. Classificação e estocagem. A bi separada em frações granulométricas comere 42). orrida que deixa os britadores terciários é is em peneiras vibratórias (Fig. 4.8e C, Fig. Uma caixa (1), apoiada em molas (3), sofre um movimento circular produzido por excêntrico; o material entra em (5) e é separado pelas diversas telas (4) de aberturas quadradas de dimensões adequadas à produção da fração que se deseja, como detalhado em 4.3.1.1. Cada uma destas frações, ou categorias, é estocada em pilhas próprias, de onde sai para o mercado. As categorias normalmente produzidas são: pedrisco, pedra 1, pedra2, pedra3e, pedra 4. O projeto da instalação de classificação dependerá de demanda que cada uma delas tiver no mercado. Por exemplo: havendo necessidade de aumentar a porcentagem de material fino (pedrisco e pedra 1), talvez seja preciso britador quaternário: parte das rações provenientes da bica-corrida vai para as pilhas de estocagem e parte para o quaternário, onde é rebritada e reclassificada em uma segunda pencira. 78/ MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Fig 48. Peneira vibratória. 4.3.2. Naturais 4.32.1.Areia a. Definições. Areia, geologicamente, é um sedimento clástico inconsolidado, de grãos em geral quatzosos de diâmetros entre 0,06€e 2,0 mm. Considerada como material de construção, areia é o agregado miúdo. Os diâmetros limites adotados para classificar um agregado como areia variam conforme o ponto de vista em que se encara a questão. Neste capítulo, a graduação da areia é 0,15/4,8. A areia, como material de construção, precisa ter grãos formados de material consis- tente, não necessariamente quartzosos. Um granulado de grãos friáveis, mesmo que satisfaça a graduação 0,15/4,8, não pode, normalmente, substituir a areia; ele será apenas um material enquadrado na fração areia. Um ensaio de esmagamento (ver 4.3.2.1.d.1) situa O material em função da friabilidade do material dos grãos. b. Origens. As areias, como material de construção, provêm: 1) Derio. São depósitos sedimentares que se formam nos leitos de alguns rios. A extração se faz por dragas de sucção, que bombeiam a água, contendo cerca de 5 - 10% de areia, para lagoas de decantação, de onde o material é retirado e, em alguns casos, classificado, para retirar elementos de diâmetro superior a 4,8 mm, que possam existir. Estas instalações para extração de areia de rio são chamadas portos de areia. 2) De cava. São depósitos aluvionares em fundos de vales cobertos por capa de solo. São, às vezes, muito profundos. A areia é extraída ou por escavação mecânica ou por AGREGADOS / 79 desmonte hidráulico, que é caso mais comum. Segue-se o mesmo tratamento dado às areias de rio. 3) De britagem. É a areia de brita, obtida no processo de classificação a seco nas pedrei- ras. Este material contém certa Porcentagem de material impalpável (abaixo de 0,075mm) que pode ser retirado pelo processo úmido (ver item 4.3.1.6e) nos separadores de areia. Esta opera- ção melhora a qualidade do produto; contudo, a técnica de Preparo de concreto — que é de longe a maior fonte consumidora de areia e brita — permite usar a areia vinda do processo seco, mate. rial mais barato que o do processo úmido (este, dito areia “lavada”. 4) De escória. A escória de alto-forno, egranulada, é a que é resfriada bruscamente por jato de água, fragmentando-se em grãos em geral inferiores a 12,/mm. Após a clas- sificação, obtém-se a areia de escória. A composição química da escória difere muito da das rochas e varia ainda conforme a composição da carga do alto-forno. A escória produzida pela Cosipa* tem os seguintes principais componentes e suas porcentagens médias: anidrido silícico Sio, 35,7% óxido de alumínio AIZO3 123% óxido de cálcio Cao 42,8% óxido de magnésio Mgo 6,3% A densidade aparente da areia de escória oscila por volta de 0,7 a 1,1 situando-se, Portanto, entre os agregados leves. 5) De praias e dunas. As areias das praias brasileiras não se usam, em geral, para o preparo de concreto por causa de sua grande finura e teor de cloreto de sódio. O mesmo Ocorre com as areias de dunas próximas do litoral. c. Caracterização 1) Granulometria Sobre esta questão, ver também o item 4.5.6, adiante. As areias apresentam as características curvas granulométricas em S. Podem ser classificadas em faixas granulométricas, como as seguintes: fina 0,15/0,6mm média 0,6/2,4mm grossa 2,4/48mm A NBR 7211, que trata de agregados para concreto, classifica as areias — graduação 0,15/4,8mm — em quatro faixas, denominadas muito fina, fina, média e grossa (Tab. 4.5). Esta nomenclatura não deve ser confundida com a acima citada: na NBR 7211, todas as quatro faixas têm a mesma graduação 0,15/4,8; mas se diversificam pelas diferentes porcentagens de tamanhos de grãos, e não pelos limites inferior de superior D dos diâmetros, como é o caso das três faixas granulométricas acima citadas. * Companhia Siderúrgica Paulista — COSIPA.