Materiais construcao by EAD UNIFACS

Cleverson de Freitas

Materiais de construĂ§ĂŁo

Cleverson de Freitas

Materiais de construção

São Paulo Rede Internacional de Universidades Laureate 2015 05

© Copyright 2015 da Laureate. É permitida a reprodução total ou parcial, desde que sejam respeitados os direitos do Autor, conforme determinam a Lei n.º 9.610/98 (Lei do Direito Autoral) e a Constituição Federal, art. 5º, inc. XXVII e XXVIII, “a” e “b”. Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Sistema de Bibliotecas da UNIFACS Universidade Salvador - Laureate International Universities)

Sumário Apresentação.................................................................................................................11

CAPÍTULO 1 – Materiais para utilização em concretos e argamassas....................................13 Introdução.....................................................................................................................13 1.1 Agregados................................................................................................................14 1.1.1 Classificação...................................................................................................14 1.1.2 Índices Físicos dos Agregados............................................................................15 1.2 Aglomerantes: Gesso, Cal, Cimento............................................................................17 1.2.1 Gesso.............................................................................................................18 1.2.2 Cal.................................................................................................................21 1.2.3 Cimento..........................................................................................................24 Síntese...........................................................................................................................28 Referências Bibliográficas.................................................................................................29

CAPÍTULO 2 – Concretos e argamassas ...........................................................................31 Introdução.....................................................................................................................31 2.1 Concreto..................................................................................................................31 2.1.1 Características físicas e propriedades do concreto................................................32 2.1.2 Propriedades do concreto no estado fresco.........................................................32 2.1.3 Propriedades do concreto no estado endurecido..................................................34 2.2 Argamassas..............................................................................................................41 2.2.1 Propriedades das argamassas no estado fresco....................................................42 2.2.2 Propriedades das argamassas no estado endurecido............................................43 Síntese...........................................................................................................................45 Referências Bibliográficas.................................................................................................46

CAPÍTULO 3 – Madeira, Materiais Betuminosos e Solo-Cimento...........................................47 Introdução.....................................................................................................................47 3.1 Madeira...................................................................................................................47 3.1.1 Características físicas e propriedades da madeira................................................48 3.2 Materiais betuminosos e solo-cimento ........................................................................53 3.2.1 Materiais betuminosos......................................................................................53 3.3 Solo-cimento............................................................................................................56 3.3.1 Materiais componentes do solo-cimento.............................................................56 3.3.2 Aplicações.......................................................................................................57 Síntese...........................................................................................................................61 Referências Bibliográficas.................................................................................................62

CAPÍTULO 4 – Materiais Plásticos e Cerâmicos, Materiais de Acabamento e Novas Tecnologias....63 Introdução.....................................................................................................................63 4.1 Materiais plásticos e cerâmicos, tintas, vernizes, resinas.................................................63 4.1.1 Materiais plásticos............................................................................................63 4.1.2 Materiais cerâmicos..........................................................................................66 4.1.3 Tintas..............................................................................................................66 4.1.4 Vernizes...........................................................................................................67 4.1.5 Resinas............................................................................................................67 4.2 Características físicas e propriedades dos materiais poliméricos.....................................68 4.2.1 Massa específica..............................................................................................68 4.2.2 Comportamento mecânico................................................................................68 4.2.3 Resistência ao impacto......................................................................................69 4.2.4 Propriedades térmicas e elétricas........................................................................69 4.3 Características físicas e propriedades dos materiais cerâmicos.......................................69 4.3.1 Caracterização física das argilas........................................................................70 4.3.2 Distribuição granulométrica...............................................................................70 4.3.3 Plasticidade.....................................................................................................70 4.3.4 Componentes de cerâmica................................................................................71 4.3.5 Componentes de cerâmica utilizados na construção de alvenarias.........................72 4.3.6 Telhas cerâmicas..............................................................................................74 4.3.7 Tubos cerâmicos...............................................................................................75 08 Laureate- International Universities

4.3.8 Revestimentos cerâmicos...................................................................................75 4.4 Novas tecnologias.....................................................................................................77 4.4.1 Materiais de alta ecoeficiência...........................................................................78 Síntese...........................................................................................................................81 Referências Bibliográficas.................................................................................................82 Minicurrículo do autor.....................................................................................................85

Apresentação Apresentação Prezado aluno, você sabe qual o melhor agregado para o seu concreto? É melhor o agregado natural ou o artificial? Ao longo de sua profissão, o engenheiro terá de escolher dentre os diversos materiais, aquele que atenda a melhor relação custo-benefício, e que resulte na solução para um dado problema ou para a sua obra. Essa escolha implica na determinação das propriedades requeridas para cada aplicação para, então, eleger-se aqueles que apresentarem essas propriedades pelo menor custo. Vale a ressalva que esse custo engloba todas as despesas necessárias de manutenção e uso do objeto até o fim da sua vida útil. O engenheiro não escolhe um determinado material apostando apenas em uma única propriedade, em especial quando a sua obra ficará exposta à ação do tempo ou a ambientes agressivos. Na maioria dos casos, a escolha dos materiais envolve um conjunto complexo de decisões, não somente técnicas, mas também econômica e, quase sempre, não é encontrada apenas uma única solução, mas várias soluções consideradas adequadas para a seleção de materiais. Neste caso, não somente o conhecimento técnico-científico deve ser abordado, mas também a sua experiência acumulada, dado que nem sempre o enfoque técnico significa e melhor solução com base em evidências aparentes. Para melhor exemplificar a importância dos materiais no desempenho das soluções de Engenharia, o professor Caquot assim sentenciou: Para construir, atualmente, o engenheiro deve estar familiarizado com os cálculos da resistência dos materiais (...). Ele deve conhecer, sobretudo, com aproximação necessária, as propriedades mecânicas dos materiais. A melhoria destas propriedades permite obter, nas construções, transformações muito mais radicais que os ganhos que podem ser conseguidos pelos métodos de cálculo de resistência dos materiais. Com efeito, podemos ganhar uma pequena fração de massa de uma ponte (...) por meio de estudo técnico preciso de resistência mecânica e, ao contrário, é possível economizar uma fração muito mais considerável desta massa pelo emprego de um material de qualidade superior (...). Assim, as grandes etapas de realizações técnicas são marcadas pelas conquistas do homem sobre a matéria. (CAQUOT, 1937 apud DE LARRAND, p.57,1988)

Assim, a minha expectativa é que ao final da disciplina o aluno tenha absorvido os conceitos relacionando-as e vivenciando-os na prática, no seu cotidiano, tendo a visão da importância e relevância do tema dentro da Engenharia. Afinal, o engenheiro trabalha para a sociedade, transformando o seu habitat, exercendo funções imprescindíveis a todas as atividades humanas.

Capítulo 1 Materiais para Utilização em Concretos e Argamassas Introdução Prezado aluno, você sabe qual é o melhor agregado para o seu concreto? O agregado natural ou o artificial? Ao longo de sua profissão, o engenheiro terá de escolher, dentre os diversos materiais, aquele que oferece a melhor relação custo-benefício, resultando na solução para um dado problema ou para a sua obra. Essa escolha implica na determinação das propriedades requeridas para cada aplicação para, então, eleger aqueles que apresentarem essas propriedades pelo menor custo. Vale ressalvar que esse custo engloba todas as despesas necessárias de manutenção e uso do objeto até o fim da sua vida útil. O engenheiro não escolhe um determinado material apostando apenas em uma única propriedade, em especial quando a sua obra ficará exposta à ação do tempo ou a ambientes agressivos. Na maioria dos casos, a escolha dos materiais envolve um conjunto complexo de decisões, não somente técnicas, mas também econômicas e, quase sempre, não existe apenas uma única solução, mas várias soluções podem ser consideradas adequadas para a seleção de materiais. Neste caso, não somente o conhecimento técnico-científico deve ser considerado, mas também a experiência acumulada, dado que nem sempre o enfoque técnico traz a melhor solução com base em evidências aparentes. Para melhor exemplificar a importância dos materiais no desempenho das soluções de engenharia, o professor Caquot, assim sentenciou: Para construir, atualmente, o engenheiro deve estar familiarizado com os cálculos da resistência dos materiais [...]. Ele deve conhecer, sobretudo, com aproximação necessária, as propriedades mecânicas dos materiais. A melhoria destas propriedades permite obter, nas construções, transformações muito mais radicais que os ganhos que podem ser conseguidos pelos métodos de cálculo de resistência dos materiais. Com efeito, podemos ganhar uma pequena fração de massa de uma ponte [...] por meio de estudo técnico preciso de resistência mecânica e, ao contrário, é possível economizar uma fração muito mais considerável desta massa pelo emprego de um material de qualidade superior [...]. Assim, as grandes etapas de realizações técnicas são marcadas pelas conquistas do homem sobre a matéria. (CAQUOT, 1937 apud DE LARRAND, 1988, p. 57)

Assim, a expectativa é que ao final da disciplina, você tenha absorvido os conceitos relacionando-os e vivenciando-os na prática, no seu cotidiano, entendendo a importância e relevância do tema dentro da Engenharia. Afinal, o engenheiro trabalha para a sociedade transformando o seu habitat, exercendo funções imprescindíveis a todas as atividades humanas. Desta forma, neste primeiro capítulo da disciplina, abordaremos os agregados e os aglomerantes, os materiais para fabricação de pastas, concretos e argamassas e outros materiais de construção. Você perceberá o quão importante é conhecer suas propriedades e a melhor forma de aplicação quando estes materiais são combinados.

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1.1 Agregados Os agregados são fragmentos de rochas subdivididos e conhecidos tecnicamente como agregados miúdos e graúdos. São relativamente de menor custo, e não entram em complexas reações químicas com a água. Desta forma, comumente são tratados como material de enchimento inerte do concreto. A utilização dos agregados é ampla, pois possuem propriedades adequadas para ser utilizados em quase todas as obras de Engenharia Civil, como edificações, barragens e saneamento. Diante deste cenário, pode-se questionar: esse material é infinito? Existe algum material que possa substituir o agregado na produção de concretos e argamassas? De acordo com o que foi exposto, os agregados podem ser tratados apenas como material inerte no concreto? Você já ouviu falar em “areia” artificial? Ao longo deste capítulo, você reunirá condições para avaliar a cada um destes questionamentos sobre a utilização dos agregados na produção de concretos e argamassas.

1.1.1 Classificação A classificação dos agregados de acordo com a sua origem (natural ou artificial), dimensão das partículas e massa unitária geraram limites inferiores e superiores que variam segundo sua própria origem e de acordo com os critérios e as exigências dos órgãos de normatização e tecnológicos de cada país. Por exemplo, no Brasil, os profissionais ligados a construção civil tendem a atender às normas NBR (Norma Brasileira Regulamentadora) da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), enquanto que os profissionais do meio rodoviário adotam a terminologia das normas do DNIT (Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes). Já os geotécnicos, em geral, utilizam as nomenclaturas do Sistema Unificado de Classificação de Solos (Sucs) da normatização americana da ASTM (American Society for Testing and Materials).

NÃO DEIXE DE LER... A coletânea de normas NBR 9935 – Agregados – Terminologia (ABNT, 2011), NBR NM 248 − Agregados − Determinação da composição granulométrica (ABNT, 2003) e a norma NBR 6502 – Rochas e Solos (ABNT, 1995), além do Manual de Pavimentação (DNIT, 2006a) e a norma ASTM D 2487 onde são apresentados e definidos os principais solos e materiais naturais em geral.

A Figura 1 apresenta, comparativamente, a variação nos limites das diversas faixas granulométricas definidos na normatização, em que é possível notar ainda que não há concordância com relação aos limites dessas subdivisões. É possível verificar que alguns materiais têm classificação mais ligada à origem, à mineralogia ou à forma. Os materiais “areia” e “argila”, muitas vezes, são classificados de maneira não granulométrica, mas mineralógica.

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Figura 1 – Faixas granulométricas dos agregados. Fonte: Farias e Palmeira, 2010.

NÃO DEIXE DE LER... A série de livros Concreto armado Eu te amo, vols. I e II, de Manoel Henrique Campos Botelho e Osvaldemar Marchetti. As publicações apresentam, de uma maneira muito simples, diversos casos relacionados com a Engenharia Civil, quebrando mitos de dificuldades com cálculos, orçamentos, estimativas de materiais por meio da apresentação de diversos casos reais de aplicação em obras e no dia a dia do engenheiro.

1.1.2 Índices Físicos dos Agregados O conhecimento das características dos agregados é fundamental. A porosidade, massa específica e a granulometria afetam diretamente as propriedades do concreto no estado fresco e no estado endurecido (resistência, dureza e módulo de elasticidade). Esses conhecimento também se faz importante na escolha dos materiais e misturas granulares a serem aplicados em bases de pavimentos, lastros de ferrovias e demais estruturas de interesse da engenharia.

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Alguns índices físicos demonstram propriedades inerentes a um dado material, seu estado e estrutura. Essas propriedades são especificadas determinando-se os limites de aceitação ou rejeição do material para uma dada aplicação. Dentre os índices físicos mais importantes dos agregados, destacam-se: composição granulométrica ou granulometria, teor de umidade, absorção, massa específica e porosidade. Vamos conhecer cada um desses índices físicos?

• Granulometria A composição ou análise granulométrica permite uma avaliação subjetiva das dimensões dos grãos, representados na forma de porcentagem com relação à massa total da amostra. O tamanho dos fragmentos pode ser medido direta ou indiretamente pelo ensaio de peneiramento e sedimentação, respectivamente. A medição direta se aplica aos fragmentos individuais maiores que 0,075 mm. O ensaio de peneiramento é aplicado tanto para agregados miúdos como para os graúdos. Já o ensaio de sedimentação é aplicado para a determinação indireta do tamanho de partículas finas, menores que 0,075 mm. A distribuição granulométrica por peneiramento de agregados é regida pela norma NBR NM 248 (ABNT, 2003), em que se utilizam as peneiras padronizadas de duas séries: a normal e intermediária. Compõem a série normal as peneiras com aberturas de 75 mm, 37.5mm, 19 mm, 9.5 mm, 4.75 mm, 2.36 mm, 1.18 mm, 0.6 mm, 0.3 mm e 0.15 mm. As peneiras da série intermediária são aplicadas para obtenção de auxílio na elaboração da curva granulométrica, e compreendem as aberturas de 63 mm, 50 mm, 31.5 mm, 25 mm, 12.5 mm e 6.3 mm.

• Curva granulométrica O resultado da análise granulométrica é apresentado graficamente com o auxílio de curvas granulométricas, em que as ordenadas representam as porcentagens retidas, acumuladas e a abcissa representa a abertura das peneiras ou o diâmetro dos grãos em escala logarítmica. A forma da curva granulométrica representa ainda várias denominações. No caso de uma curva contínua, subtrai-se que as partículas possuem todos os tamanhos intermediários. Já uma curva descontínua demonstra a ausência de determinada fração intermediária. Já uma curva dita uniforme pode ser identificada quando a maior parte das partículas pertence a apenas uma fração granulométrica. A Figura 2 demonstra os tipos de curvas granulométricas.

Percentagem passando (%)

100 90

A: Contínua, bem graduada

B: Descontínua

C: Uniforme

A: Contínua, bem

60 50 40

C: Uniforme

30 20 10 0 0,01

0,1

100

Diâmetro dos grãos (mm)

Figura 2 – Exemplos de curvas granulométricas. Fonte: Farias e Palmeira, 2010.

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Ainda referente às curvas granulométricas, importantes conceitos se destacam: Módulo de finura − corresponde à soma das porcentagens retidas acumuladas nas peneiras da

série normal, dividida por 100, isto é, o tamanho médio ponderado da peneira na qual o material é retido, ou seja, quanto mais grosso for o agregado, maior o módulo de finura da curva. Diâmetro máximo característico − corresponde à malha da peneira em que ficar uma porcen-

tagem retida acumulada igual ou imediatamente inferior a 5% em massa.

• Teor de umidade e absorção As partículas de um agregado possuem diversas condições de umidade. Na condição em que os poros permeáveis estão saturados e não há película ou filme de água na sua superfície, o agregado está na condição de Saturada Superfície Seca (SSS). Quando o agregado está saturado e também há uma umidade livre na sua superfície, a condição é a úmida ou saturada total. Na condição seca em estufa, toda a água evaporável foi eliminada por aquecimento a 100 °C. A absorção ou capacidade de absorção define-se como a quantidade total de água necessária para levar um agregado da condição seca à SSS. A quantidade de água que extrapola para a condição SSS é denominada umidade superficial. Os índices de capacidade de absorção, absorção efetiva e umidade superficial são fundamentais para corrigir as proporções de água e de agregado em misturas de concreto.

• Massa específica A massa específica aparente e a massa unitária dos grãos de agregados são fundamentais para a dosagem de concretos e argamassas. É definida pela relação ente massa do material por unidade de volume. No cálculo da massa específica são inclusos na massa do material os poros internos, porém no cálculo da massa unitária eles não o são.

• Porosidade e índice de vazios A quantidade relativa de vazios num dado volume de agregados é medida pela porosidade ou pelo índice de vazios. Define-se a porosidade como sendo a relação entre o volume ocupado pelos vazios e o volume ocupado por toda a amostra de agregados. O índice de vazios é a relação entre o volume de vazios e o volume ocupado apenas pelas partículas sólidas de agregados.

1.2 Aglomerantes: Gesso, Cal, Cimento Na construção civil existem três tipos de aglomerantes inorgânicos: o cimento, a cal e o gesso. Cada um com suas finalidades bem-definidas através de suas propriedades particulares. A cal é o aglomerante mais antigo utilizado pela humanidade. Até a invenção do cimento Portland, em 1824, esta era o único aglomerante existente. O gesso, apesar de ser pouco usado em território nacional, apresenta algumas características e propriedades que particularizam o seu emprego. Já o cimento Portland, com expressivo uso na construção civil, tem inúmeras aplicações: através do preparo de pastas, argamassas, concretos, graute e outros compósitos. O cimento possui como grande diferencial a sua propriedade de conferir aos materiais preparados a resistência à compressão. Vamos, então, estudar cada um destes aglomerantes? Suas principais aplicações e funcionalidades? Os efeitos que cada uma de suas propriedades pode causar nos diversos materiais em que são utilizados? 17

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1.2.1 Gesso O gesso é o aglomerante de pega rápida, obtido pela calcinação do minério natural gipsita ou de sulfato de cálcio hidratado residual, ambos encontrados em depósitos naturais. O processo de produção de gesso de construção no Brasil envolve as seguintes atividades: extração do minério, geralmente a céu aberto, seguida de britagem, moagem grossa e estocagem com homogeneização. Em seguida, é realizada a secagem (devido à umidade da matéria-prima chegar a 10%), calcinação, moagem fina e ensilagem. A calcinação é o processo industrial que, se realizado em um único forno, gera como produto o hemidrato puro ou contendo também gipsita ou anidrita. A calcinação feita em dois fornos gera hidrato e anidrita em separado, sendo misturados posteriormente em diferentes proporções conforme as propriedades desejadas. A moagem e seleção em frações granulométricas são feitas segundo sua utilização: construção (revestimentos, pré-fabricados) e moldagem (indústria, arte). O armazenamento promove homogeneização e estabilização que contribuem com a sua qualidade. Quando ensacado, deve-se protege-lo da umidade, devido a sua fácil hidratação, que afeta seu desempenho na aplicação.

1.2.1.1 Propriedades físicas e mecânicas do gesso É importante que o engenheiro tenha familiaridade com cada uma das propriedades dos materiais com que ele trabalha diariamente. A seguir veremos como o gesso deve atender aos requisitos das normas brasileiras para sua correta aplicação.

• Gesso em pó − Exigências da normatização A norma NBR 13207 (ABNT, 1994) classifica dois tipos de gesso em função da sua aplicação: em revestimentos e em fundição. Através das Tabelas 1, 2 e 3 são apresentados os critérios de exigências físicas, mecânicas e químicas do gesso para a construção civil. A aceitação ou rejeição do produto deve se basear nos dados apresentados conforme as exigências da norma. A granulometria do pó deve atender à norma NBR 12127 (ABNT, 1991), em amostra seca, por peneiramento na série padrão de peneiras. A massa retida em cada peneira é determinada após secagem em estufa a 110 °C. A massa unitária é determinada segundo a mesma norma NBR 12127 (ABNT, 1991) em recipiente com capacidade de 1000 ± 20 cm³, que recebe o gesso vertido através de um funil cônico de 15 cm de altura, contendo uma peneira de 2,0 mm de abertura e ajustado na metade da altura do funil.

Classificação do gesso

Tempo de pega (min.) (NBR 12128)

Módulo de finura

Início

Fim

(NBR 12127)

Gesso fino para revestimento

> 10

> 45

< 1,10

Gesso grosso para revestimento

> 10

> 45

> 1,10

Gesso fino para fundição

4 -10

20 - 45

< 1,10

Gesso grosso para fundição

4 -10

20 - 45

> 1,10

Tabela 1 − Exigências físicas do gesso para construção civil. Fonte: Elaborada pelo autor, 2015.

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Determinações físicas e mecânicas

Unidade

Limites

Resistência à compressão (NBR 12129)

MPa

> 8,40

Dureza (NBR 12129)

N/mm²

> 30,00

Massa unitária (NBR 12127)

Kg/m

> 700,00

Tabela 2 − Exigências físicas e mecânicas do gesso para construção civil. Fonte: Elaborada pelo autor, 2015.

Determinações químicas

Limites (%)

Água livre

máx. 1,3

Água de cristalização

4,2 a 6,2

Óxido de cálcio (CaO)

mín. 38,0

Anidrido sulfúrico (SO3)

mín. 53,0

Tabela 3 − Exigências químicas do gesso para construção civil Fonte: Elaborada pelo autor, 2015.

NÃO DEIXE DE VER... Esta reportagem (disponível em: <http://g1.globo.com/mg/vales-mg/mgintertv-1edicao/videos/t/edicoes/v/alunos-de-engenharia-desenvolvem-pesquisa-que-transforma-solucoes-de-baterias-em-gesso/3669116/>) mostra a importância da pesquisa científica e sua aplicação na Engenharia. Uma interessante abordagem a respeito de como o reaproveitamento de rejeitos de indústrias se torna matéria-prima para outra, no caso, o gesso de construção civil.

• Propriedades da pasta Conhecer as propriedades da pasta no seu estado fresco permite tanto ao engenheiro como ao aplicador (gesseiro) determinar a quantidade certa de água. Serve também para definir se o aglomerante em pó renderá um serviço de boa qualidade, isto é, necessidade menor de correções de imperfeições na aplicação de massa corrida e até mesmo no consumo de tinta durante a pintura.

• Tempo de pega A medida dos tempos de início e de fim de pega para o gesso é considerada uma das propriedades mais importantes, pois a velocidade de reação do produto é que vai definir a sua correta utilização. O ensaio de tempo de pega é realizado conforme a norma NBR 12128 (ABNT, 1991). O início de pega é considerado quando a agulha estaciona a 1 mm da base, e o fim de pega quando a agulha não penetra mais na pasta, deixando apenas uma leve impressão na superfície.

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• Resistência mecânica Os ensaios de resistência à compressão e dureza do gesso são realizados através da NBR 12129 (ABNT, 1991). Os corpos de prova são cúbicos de 50 mm de aresta, em moldes com três compartimentos. A dureza se dá pela medida da profundidade de impressão de uma esfera de aço duro, com 10,0 ± 5,0 mm de diâmetro, sob uma carga fixa, de 500,0 ± 5,0 N em superfície com área mínima de 2500 mm². Os resultados de resistência à compressão e dureza tem boa correlação entre si, conforme ilustra a Figura 3.

D = 2,18.fc R2 = 0,98

Dureza (MPa)

35 30 25 20 15 10 5 0

5 10 15 Resistência à compressão (MPa)

Figura 3 − Correlação entre resistência à compressão e dureza de uma amostra de gesso. Fonte: John e Cincotto, 2010.

• Aplicações Revestimentos com pasta em gesso têm grande aceitação de mercado, pois simplificam o processo de revestimento de paredes. Vamos, então, conhecer um pouco mais a respeito dessa sua importante aplicação.

• Revestimentos em pasta Os revestimentos, quando aplicados em pasta de gesso, oferecem uma superfície de acabamento liso, plano, de fácil pintura, dispensando-se eventuais correções com massa corrida. Devido, ainda, a sua rápida hidratação, o gesso permite que o acabamento com pintura se realize em menor tempo, otimizando o processo de execução da obra. A elaboração da pasta de gesso é regida essencialmente pela reologia adequada de aplicação sobre a base, e o tempo útil em que essa reologia é mantida. Geralmente, essa definição é estabelecida pelo próprio aplicador, com base na sua experiência, definindo a quantidade de água para a ótima aplicação da pasta de gesso e a obtenção da melhor aderência ao substrato.

NÓS QUEREMOS SABER! O que é Reologia? A Reologia pode ser definida como a ciência que estuda a maneira como os materiais se deformam quando sofrem ação de uma tensão ou solicitação mecânica externa. Em termos práticos, a reologia de um material explicita como ele se comporta antes de sua aplicação (preparo), durante a sua utilização (execução) e após (resultado). 20 Laureate- International Universities

Através do controle dos tempos de espera e eventuais perdas, ao variar a quantidade de água, o aplicador define a resistência mecânica da camada de revestimento (aderência do revestimento ao substrato). Em todos os casos de aplicação, as resistências de aderências costumam ser elevadas onde o gesso apresentou resultados maiores em superfícies mais porosas, secas e com relações água/gesso menores. O tempo de pega da maioria das marcas de gesso brasileiro é curto e variável, o que, combinado com a ausência de critérios objetivos para a definição de quantidades de água de amassamento e procedimentos de controle de qualidade de recebimento, provoca o elevado desperdício, que é outro fator complicador. A necessidade de segregação dos resíduos de gesso, prevista na resolução nº 307 (CONAMA, 2002), e a dificuldade de destinação adequada agravam o problema. Desta forma, a utilização do gesso está cada vez mais restrita e de custo elevado.

1.2.2 Cal A cal é um ligante inorgânico, produzido a partir de rochas carbonáticas (calcário), composto basicamente de cálcio e de magnésio, apresentando-se na forma pulverulenta. O endurecimento da cal ocorre por reação com o CO2. Apresenta-se em cal virgem e cal hidratada no mercado. A cal virgem é constituída predominantemente de óxidos de cálcio e magnésios, enquanto a cal hidratada é constituída de hidróxidos de cálcio e magnésio, além de uma pequena fração de óxidos não hidratados. Podemos destacar como diferencial a sua área superficial específica, cerca de 10 vezes maior que a dos cimentos e, como característica compartilhada com os outros ligantes inorgânicos, a solubilidade em água. (CINCOTTO et al., 2010).

• Exigências químicas e físicas da cal virgem A norma NBR 6453 (ABNT, 2003) definiu três tipos de cal virgem, em função do teor de óxidos totais na base não volátil, qualificando, assim, o nível de pureza da matéria-prima, teores de anidro carbônico e água combinada, conforme a Tabela 4.

Compostos

Anidrido carbônico

CV-E

CV-C

CV-P

Fábrica

≤ 6,0%

≤ 12,0%

Depósito ou obra

≤ 8,0%

≤ 15,0%

≥ 90,0%

≥ 88,0%

Fábrica

≤ 3,0%

≤ 3,5%

≤ 3,0%

Depósito ou obra

≤ 3,6%

≤ 4,0%

≤ 3,6%

Óxidos totais na base não volátil (CaO total + MgO total) Água combinada

*CV-E: cal virgem especial; CV-C: cal virgem comum; CV-P: cal-virgem em pedra. Tabela 4 – Exigências químicas – cal virgem. Fonte: NBR 6453.

Mesmo com anuência pela norma, é importante que o carbonato residual presente seja minimizado, evitando também a supercalcinação, pois ambos diminuem a capacidade aglomerante da cal. A diminuição do teor de água combinada, (limite máximo para a hidratação) através das restrições da norma, visa à proteção ao consumidor, pois teores maiores de água podem estar presentes devido à umidade, embora na cal virgem, depois de hidratada e previamente ao uso, o teor de água combinada presente não se verifique como prejudicial. 21

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Para as exigências físicas, o controle da finura (Tabela 5) é realizado através do peneiramento determinado pela norma NBR NM 249 (ABNT, 2001). São especificados ainda os itens como embalagem, marcação e entrega do produto, além dos critérios de aceitação ou de rejeição do lote.

Compostos

Finura (% retida acumulada)

CV-E

CV-C

CV-P

Peneira 1,00 mm

≤ 2,0

≤ 5,0

≥ 85,0

Peneira 0,30 mm

≤ 15,0

≤ 30,0

Tabela 5 − Cal virgem − Exigências físicas. Fonte: NBR 6453.

• Cal hidratada De acordo com sua composição química e ensaios físicos, no Brasil, são três os tipos de cales hidratadas. Quanto à composição, são diferenciadas primeiro pelo teor de óxidos totais, e, em seguida, pelo teor de carbonato ainda existente: a cal CH I deve possuir teor de óxidos totais acima de 90%, enquanto as cales CH II e CH III acima de 88%; as cales CHI e CH II devem possuir no máximo 5% de CO2, enquanto a cal CH III pode ter até 13%.

• Composição química A norma NBR 6473 (ABNT, 2003) sobre análise química é valida para ambas as cales, virgem e hidratada. A Tabela 6 apresenta exemplos de resultados dos três tipos de cales segundo as prescrições da presente norma. A cal CH I, por exemplo, é uma cal hidratada cálcica ou alto cálcio, proveniente de calcário de elevada pureza, com baixo teor de carbonatos. As cales CH II e CH III são dolomíticas, com teor de anidrido sulfúrico muito baixo. O teor de impurezas da matéria-prima é indicado pelo teor de resíduo insolúvel; entretanto, pelo teor de óxidos totais (na base não volátil), os exemplos atendem à especificação.

Determinações

Umidade

CH I

CH II

CH III

0,06

0,00

0,39

Perda ao fogo

26,40

17,00

28,00

CaO

70,80

43,60

38,30

MgO

0,42

29,40

26,50

Resíduo insolúvel em HCl

1,26

9,05

6,05

Al2O3 + Fe2O3

0,70

0,99

0,70

SO3

0,23

0,01

0,10

Total

99,87

100,05

100,04

CO2

3,75

0,66

14,20

22,70

16,40

13,80

0,00

23,70

10,50

96,80

88,00

90,10

Água combinada Óxidos não hidratados (na base do material original) Óxidos totais (na base não volátil)

Tabela 6 − Exemplo de resultados, em %, de análise química da cal hidratada. Fonte: NBR 6473.

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• Exigências químicas e físicas da cal hidratada Segundo a norma NBR 6453 (ABNT, 2003), a cal hidratada deve atender aos seguintes critérios limites conforme a Tabela 7.

Requisitos

Critérios limite

CH I

CH II

CH III

Fábrica

≤5%

≤ 5%

≤ 13%

Depósito ou obra

≤7%

≤ 15%

Óxidos de cálcio e magnésio não hidratados (CaO + MgO)

≤ 10 %

≤ 15%

Óxidos totais na base de não voláteis (CaO + MgO)

≥ 90 %

≥ 88 %

Anidrido carbônico

Tabela 7 − Exigências químicas − cal hidratada. Fonte: NBR 6453.

De maneira análoga aos da cal virgem, os resultados da análise química para a cal hidratada permitem avaliar a qualidade de matéria-prima utilizada e do processo de produção, onde o teor de óxidos de cálcio e de magnésio propiciam o endurecimento da argamassa, a chamada melhor cal é a mais rica em óxidos. De maneira coerente com as exigências para a cal virgem, os teores mínimos de 90% e 88% de óxidos totais na base não volátil também se mantêm para a cal hidratada. Desta forma, a cal hidratada pode ter no máximo entre 12 e 10% de impurezas, sendo provenientes da rocha constituída comumente de quartzo e de argilo-minerais, permanecendo no produto hidratado em porcentagens correspondentes. Como a cal é solúvel em ácido clorídrico, o teor dessas impurezas pode ser identificado pelo resultado do produto insolúvel. A calcinação deve ser bem conduzida, de modo a deixar os óxidos livres para a hidratação. Como os carbonatos remanescentes permanecem no produto hidratado, a cal virgem pode conter um máximo de CO2 na produção entre 6 e 12%, a fim de que o seu teor na cal hidratada não ultrapasse os limites correspondentes de 5% para a cal CH I e de 13% para as cales CH II e CH III. Os requisitos químicos, apresentados na Tabela 7, e a finura que veremos na sequência permitem controlar o processo de produção. Os demais requisitos físicos visam qualificar a cal quanto ao seu desempenho em argamassas.

• Requisitos físicos As propriedades físicas devem expressar a eficiência da contribuição da cal para as propriedades da argamassa no estado fresco, como trabalhabilidade, facilidade de aplicação e retenção de água, e no estado endurecido, como durabilidade e desempenho, conforme apresentado na Tabela 8.

Materiais de construção

Requisitos

Critérios limite

CH I

CH II

CH III

Peneira 0,6 mm

≤ 0,5%

≤ 0,5 %

Peneira 0,075 mm

≤ 10%

≤ 15%

Retenção de água

≥ 75%

≥ 70%

Incorporação de areia

≥ 3,0%

≥ 2,5%

≥ 2,2%

Finura (resíduo)

Estabilidade

Ausência de cavidades ou protuberâncias

Plasticidade

≥ 110

Tabela 8 − Requisitos físicos da cal hidratada. Fonte: NBR 6453.

A finura é a característica que maior tem influência nas propriedades de emprego, pois a elevada área superficial faz com que a cal tenha um papel importante no estado fresco da argamassa. Já o seu maior consumo de água, dá à argamassa uma consistência plástica que resulta, por exemplo, na facilidade e maior rendimento de aplicação. A estabilidade visa indicar a existência de óxido de cálcio livre ainda presente e com reatividade passível de expansão. O ensaio é apenas qualitativo, informativo de desempenho, sendo um possível indicador de uma maior atenção no período de maturação da cal para argamassas de reboco. A retenção de água é considerada uma propriedade básica no emprego da cal em argamassas. Fisicamente, ela é o resultado da elevada área superficial da cal, contribuindo para a hidratação do cimento quando presente, e auxiliando na retenção da água quando a argamassa é aplicada sobre base absorvente, ampliando o tempo para a realização do acabamento. Como consequência, a resistência de aderência é favorecida.

1.2.3 Cimento Segundo a C 150 (ASTM, 2012), o cimento Portland é definido como um cimento hidráulico produzido pela moagem de clínqueres em conjunto com silicatos de cálcio e uma pequena quantidade de uma ou mais formas de sulfato de cálcio.

NÓS QUEREMOS SABER! O que são clínqueres? São pequenos grânulos entre 5 a 25 mm de diâmetro de material sintetizado que é produzido quando uma mistura de matérias-primas de composição predeterminada é aquecida em altas temperaturas.

24 Laureate- International Universities

VOCÊ O CONHECE? Joseph Aspdin (1778 - 1885) foi um construtor inglês quem em 1824 queimou conjuntamente pedras calcárias e argila, transformando-as num pó fino. Percebeu que obtinha uma mistura que, quando seca, tornava-se tão dura quanto uma pedra. A mistura, depois de endurecida, não era solúvel em água, e foi patenteada no mesmo ano como cimento Portland, devido à cor e às propriedades de durabilidade e solidez semelhantes às rochas calcárias da ilha de Portland.

• Processo de fabricação O cimento Portland tem como constituintes primários os silicatos de cálcio. Assim, a matéria-prima para a produção de cimento deve conter cálcio e sílica em formas e proporções adequadas. A fabricação do cimento se inicia com a extração das matérias-primas para a produção do clínquer, e é seguida do preparo e da dosagem da mistura crua (chamada de farinha). Para facilitar a formação dos compostos desejados, é necessário homogeneizar a farinha antes do tratamento térmico. Esse é o motivo de os materiais serem submetidos a uma série de operações de britagem, moagem e mistura. Após as análises químicas dos materiais obtidos, suas proporções individuais são determinadas pela composição desejada dos compostos de clínquer, e as matérias-primas fracionadas são moídas em moinhos de bola até a obtenção de partículas menores que 75 µm. Enfim, a operação final no processo de fabricação consiste na pulverização do clínquer em partículas entre 10 e 15 µm. A operação é realizada em moinhos de bolas ou de acabamento. Em torno de 5% de gipsita ou sulfato de cálcio é normalmente moído com o clínquer a fim de que as reações iniciais de pega e endurecimento do cimento sejam controladas. A Figura 6 mostra um fluxograma simplificado do processo de produção do cimento Portland.

Carvão/Coque/Óleo

Depósito de Mix Combustíveis Britador Calcário

Moinho de Carvão

Pré-aquecedor

Depósito

Argila Silos de Cimento

Moinho de Cru Homogeneização Separado Moinho de Cimento

Gesso Clinquer Escória ou Pozolana

Depósito de Clinquer

Calcário Ensacamento

Graneleiro

Figura 4 – Fluxograma da fabricação do cimento Portland. Fonte: Battagin e Battagin, 2008.

Materiais de construção

Em certo edifício, havia uma pequena marquise cujo concreto não endurecia minimamente, mesmo após ter-se passado um bom tempo. Por ser muito pequena, a marquise foi deixada para ser concretada por último, uma vez que atrapalhava a retirada de entulho da obra. Ao ser concretada, então, o jovem engenheiro se deu conta de que precisaria executar a impermeabilização desta única marquise, uma área tão pequena. O mestre de obras, bem mais experiente do que o engenheiro, lembrou-lhe de que “o açúcar, se colocado na argamassa de cobertura, é um excelente impermeabilizante”. O jovem engenheiro, empolgado pela sugestão, resolveu aprimorar o processo e colocou farta quantidade de açúcar juntamente com o cimento. Qual foi o resultado desta adição de açúcar? Discreta demolição da marquise à noite, pois o açúcar não é nenhum aglomerante, tampouco aditivo impermeabilizante.

• Tipos de cimento Portland no Brasil A Tabela 9 apresenta os tipos de cimento classificados segundo as normas NBR da ABNT comercializados no Brasil.

Norma NBR (ABNT)

5732

Sigla

Denominação

CP I

Portland Comum Portland Comum com adição de Filer Carbonático

CP I-S

Portland Comum com adição de Escória ou Pozolana

CP II - E

Portland Composto com Escória

CP II - Z

Portland Composto com Pozolana

CP II - F

Portland Composto com Fíler

5735

CP III

Portland de Alto-Forno

5736

CP IV

Portland Pozolânico

5733

CP V - ARI

Portland de Alta Resistência Inicial

13116

Todos com sufixo BC

Portland de Baixo Calor de Hidratação

5737

Todos com sufixo RS

Portland Resistente a Sulfatos

11578

Tabela 9 – Tipos de cimento Portland no Brasil. Fonte: Elaborada pelo autor, 2015.

• Principais exigências físicas e mecânicas A propriedade mais conhecida dos diversos tipos de materiais de construção preparados a partir do cimento Portland é a resistência à compressão. Entretanto, como veremos na sequência, as exigências físicas e mecânicas do cimento são potenciais para a elaboração de pastas, concretos e argamassas.

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• Finura Em geral, quanto mais fino o cimento, mais rápida será sua reação. Para fins de controle da qualidade na indústria de cimento, a finura é facilmente determinada como resíduo em peneira padrão malha nº 200 (0,075 mm). As partículas de cimento maiores que 0,045 mm têm hidratação lenta, e as maiores que 0,075 mm podem nunca se hidratarem completamente. No entanto, uma estimativa nas taxas relativas de reatividade de cimentos com composição similar de compostos não pode ser feita sem que se conheça a sua distribuição granulométrica completa. Porém, a distribuição granulométrica é difícil ou tem alto custo, sendo comum a indústria adotar uma medida relativa da distribuição granulométrica por meio da análise da área superficial do cimento utilizando o Método Blaine (Permeabilímetro de Blaine), de acordo com o qual se mede o tempo de percolação de determinado volume de ar através dos vazios intergranulares de uma amostra de cimento de características definidas (BAUER, 2008).

• Tempos de pega O termo pega se refere à solidificação da pasta plástica do cimento. O início dessa solidificação denomina-se início de pega, e marca o ponto em que a pasta deixa de ser trabalhável. Porém, a pasta não se solidifica repentinamente, sendo necessário um tempo considerável para que se torne completamente rígida. Esse tempo marca o fim de pega, que não deve ser muito longo. Os tempos de início e fim de pega são medidos pelo aparelho de Vicat, que mede a resistência de uma pasta de cimento de consistência padrão à penetração de uma agulha sob uma carga total de 300 g. (METHA; MONTEIRO, 2008)

• Resistência à compressão e Calor de Hidratação As resistências iniciais aos 3, 7 e 28 dias serão altas se o cimento contiver quantidade relativamente grande de C3S (Silicato Tricálcico) e C3A (Aluminato Tricálcico). Ela será baixa se o cimento contiver uma proporção maior de C2S (Silicato Bicálcico). Essas composições também têm influência direta no calor de hidratação do cimento, em que se espera que cimentos contendo alto teor de C2S apresentem não apenas endurecimento lento, mas também baixa liberação de calor. Além disso, as taxas de desenvolvimento de resistência e evolução de calor também podem ser controladas através da finura do cimento, em que a alteração da área superficial Blaine do cimento pode significar ganhos de resistência à compressão da argamassa de cimento.

Síntese Síntese

• Conhecer os materiais constituintes e utilizados em concretos e argamassas é fundamental para o sucesso da atividade e estudo do engenheiro, assim, os agregados e aglomerantes representam fator primordial nessa fase.

• Dominar

as propriedades dos agregados, tanto miúdos quanto graúdos, irá gerar o aumento da qualidade do material empregado e, como consequência, a redução dos custos da obra.

• Classificar os materiais dentro de suas principais propriedades de engenharia, bem como

especificar limites de aceitabilidade são fundamentais para o bom desempenho de uma obra.

• Conhecer

a importância da aplicabilidade de cada um dos aglomerantes, entendendo suas características físicas e químicas, proporciona ao engenheiro a realização de obras de grande durabilidade e eficiência.

• Atender

e observar os requisitos das normas brasileiras e internacionais é fundamental para a escolha e seleção de bons agregados e aglomerantes.

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Referências Bibliográficas

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Materiais de construção

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30 Laureate- International Universities

Capítulo 2

Concretos e argamassas

Introdução O conhecimento dos materiais concreto e argamassa são imprescindíveis para o engenheiro civil. Prezado aluno, você consegue imaginar uma obra sem qualquer aplicação desses materiais? Quanto tempo você acha que deve durar uma construção de concreto armado? Por exemplo, uma barragem, um edifício? 10, 50, 100 anos, infinito? Quanto esses materiais evoluíram ao longo do tempo e quanto ainda irão evoluir? A aplicação de princípios da ciência dos materiais à tecnologia de produção de concretos e argamassas permite antever que, no futuro, o produto a ser utilizado na construção em geral será consideravelmente superior ao atualmente empregado, especialmente no que se refere às questões de durabilidade e da sustentabilidade. O concreto de cimento Portland pode ser considerado como o mais importante material estrutural de construção civil da atualidade e ainda por muito tempo. Mesmo sendo o mais recente dos materiais de construção de estruturas, pode-se dizer que é uma das descobertas mais interessantes da história do desenvolvimento da humanidade e sua qualidade de vida (HELENE; ANDRADE, 2010). Por sua vez, os primeiros registros de emprego de uma argamassa como material de construção são da pré-história, há cerca de 11.000 anos. Dessa forma, as primeiras argamassas eram à base de cal e areia. No entanto, com a evolução dos materiais e a incorporação do cimento Portland, as argamassas permanecem com seu alto emprego na construção civil, seja no assentamento de alvenarias e revestimentos de pisos, nas etapas de revestimento de paredes ou na regularização de pisos.

2.1 Concreto A definição mais conhecida para o concreto é a mistura de três componentes básicos: cimento hidráulico, agregado e água e, nos concretos modernos, já se incluiu um quarto componente, os aditivos/adições, que são amplamente adotados pelos seus diversos benefícios conferidos ao concreto. A mistura de cimento hidráulico e água forma uma pasta que envolve as partículas de agregados de diversos tamanhos e que, nas primeiras horas, apresenta-se em um estado capaz de ser moldado e ocupar as mais variadas formas geométricas. A mistura, então, endurece pela reação da água com o cimento, adquirindo resistência mecânica e tornando-o um material de excelente desempenho estrutural sob os mais variados tipos de exposição. O concreto de cimento Portland, além dos três componentes básicos, atualmente ainda pode contar com aditivos, pigmentos, fibras, agregados especiais e adições minerais cujos empregos tornam-se cada vez mais frequentes. A proporção entre esses diversos constituintes do concreto objetiva atender simultaneamente às suas propriedades mecânicas, físicas e de durabilidade requeridas, além de suas características de trabalhabilidade necessárias para o transporte, lançamento e adensamento, que é o grande desafio da tecnologia do concreto. 31

Materiais de construção

VOCÊ O CONHECE? Imhotep (nascido no século 27 a.C., Memphis, Egito), político e alquimista, é considerado o primeiro arquiteto e médico na história. Projetou a pirâmide de Djoser (pirâmide dos degraus), toda em blocos de rocha, em homenagem ao então imperador egípcio Djoser, em Saqqara, Egito. Imhotep pode ter sido o responsável pela primeira utilização de colunas na arquitetura. E, sem o saber, pode ter introduzido o conceito de vida útil na construção.

2.1.1 Características físicas e propriedades do concreto As propriedades do concreto podem ser divididas em duas fases distintas: fresco e endurecido. Cada uma dessas fases reúne características fundamentais que permitem ao concreto ser preparado, transportado, lançado, adensado e curado para então ganhar resistências e características que permitam o seu correto desempenho e durabilidade para aquilo que foi projetado.

NÃO DEIXE DE LER... O livro Concreto: ensino, pesquisa e realizações, de Geraldo Cechella Isaia. Trata-se de uma obra didática que visa a divulgar o que de mais atual existe no país sobre a tecnologia das construções em concreto. Seu propósito é o de aprimorar os conhecimentos das gerações em formação e consolidar os conhecimentos existentes, servindo como livro-texto para disciplinas ministradas nas faculdades de engenharia e arquitetura do país.

2.1.2 Propriedades do concreto no estado fresco Como observamos, o concreto possui duas fases distintas, sendo a primeira denominada de concreto fresco, que compreende um período de tempo muito curto, em geral, entre 1 hora e 5 horas após a mistura do cimento com a água. Essa fase refere-se ao intervalo de tempo necessário para que o concreto possa ser misturado, transportado e lançado e adensado. A trabalhabilidade do concreto é influenciada diretamente por fatores intrínsecos ao concreto, como a sua relação água/materiais secos, tipo e consumo de cimento, traço, teor de argamassa, tamanho, forma e textura dos agregados, e por fatores externos, como as condições de transporte, lançamento, características das fôrmas, esbelteza dos elementos estruturais, densidade e distribuição das armaduras, tempo de lançamento, tipo de adensamento, entre outros fatores. Para o concreto, ainda, uma das suas principais características, no estado fresco, que determina o seu correto manuseio, é a sua consistência. A consistência pode ser definida como a maior ou menor capacidade do concreto de se deformar sob a ação da sua própria massa (HELENE; ANDRADE, 2010). A norma NBR NM 67 (ABNT, 1998) preconiza os ensaios para a determinação da consistência do concreto fresco por meio do abatimento do tronco de cone, conforme ilustra a Figura 1. Há de se observar que, em alguns concretos, conforme exigências e características da sua utilização, o bombeamento (trabalhabilidade) dependerá não só do abatimento, mas também de características dos agregados, consumo de cimento e teor de argamassa.

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Figura 1 – Ensaio de abatimento do concreto. Fonte: Helene; Andrade, 2010.

Para os concretos fluidos, por exemplo, os concretos auto-adensáveis, a medida da consistência do concreto é realizada por meio do ensaio de espalhamento na mesa de Graff, de acordo com o que estabelece a norma NBR NM 68 (ABNT, 1998). O princípio desse ensaio é o mesmo do abatimento, porém, o valor para a consistência do concreto é o diâmetro obtido da amostra, após a retirada do tronco de cone, conforme ilustra a Figura 2.

Figura 2 – Ensaio de abatimento por meio do espalhamento na mesa de Graff. Fonte: Freitas Jr., 2013.

Materiais de construção

NÓS QUEREMOS SABER! O que é um concreto auto-adensável? Ele pode ser definido como um concreto fluido que pode ser moldado in loco sem a necessidade do uso de vibradores para formar um produto livre de vazios (isto é, sem espaços não preenchidos no interior da fôrma) e falhas (isto é, sem ar aprisionado). A sua necessidade adveio do uso de misturas de concreto de alta resistência, densamente armado, em que o concreto convencional não atendia a contento.

2.1.3 Propriedades do concreto no estado endurecido A segunda fase, denominada de concreto endurecido, inicia-se logo após a hidratação do cimento e consequente endurecimento do concreto, estendendo-se por toda a vida da estrutura. A qualidade potencial do concreto depende da relação água/cimento e do grau de hidratação do cimento. A Tabela 1 demonstra como varia a resistência do concreto com a mudança do tipo de cimento. São esses dois principais parâmetros que regem outras propriedades do concreto, tais como absorção capilar da água, permeabilidade por gradiente de pressão de água ou de gases, difusividade da água ou de gases, migração elétrica de íons e, também, as propriedades mecânicas, tais como o módulo de elasticidade, resistência à compressão, à tração, fluência e outras (HELENE; ANDRADE, 2010).

Tipo e classe de cimento

Relação a/c 0,65

0,60

0,55

0,50

0,45

CP I 32

CP II 32

CP II 40

CP III 32

CP III 40

CP IV 32

CP V ARI RS

CP V ARI

Tabela 1 – Resistência média do concreto (MPa) em função da relação a/c para diversos tipos de cimento. Fonte: Helene; Andrade, 2010.

• Resistência à compressão Resistência é definida como a medida da quantidade de tensão necessária para que o material se rompa. Para o projeto de estruturas de concreto armado, o engenheiro calculista estipula uma resistência característica à compressão, que é definida como valor de referência e adotada como base de cálculo. Como a resistência do concreto está ligada diretamente à hidratação do cimento, relativamente lenta, assim, as especificações e os ensaios característicos para obter-se a sua resistência baseiam-se em corpos de prova moldados e curados sob condições definidas por norma NBR 5738 (ABNT, 2015).

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O ensaio de resistência à compressão (fc) dos corpos de prova cilíndricos, padronizados com 150 x 300 mm na proporção 1:2 com relação base x altura (também válido para outras dimensões, como, por exemplo, a 100 x 200 mm), deve seguir a norma NBR 5739 (ABNT, 2007), que define os devidos tratamentos aplicados nos moldes, a velocidade de carregamento a ser empregada pela prensa, a umidade dos corpos de prova, entre as demais condições de ensaio que possam influenciar nos resultados. Após a realização do ensaio, pode ser elaborado um gráfico com os valores obtidos de fc versus a quantidade de corpos de prova relativos a determinado valor de fc, também chamada densidade de frequência. A curva encontrada denomina-se curva estatística de Gauss ou curva de distribuição normal para a resistência do concreto à compressão (Figura 3).

Densidade de frequência

fck

fcm

Figura 3 – Modelo de uma curva de Gauss para a resistência do concreto à compressão. Fonte: Pinheiro et al., 2004.

Na curva de Gauss são encontrados dois valores de fundamental importância: resistência média do concreto à compressão (fcm) e resistência característica do concreto à compressão (fck). O valor fcm é a média aritmética dos valores de fc para o conjunto de corpos de prova ensaiados, e é utilizado na determinação da resistência característica, fck, de acordo com: fck = fcm −1,65S. S é o desvio padrão e corresponde à distância entre a abscissa de fcm e a do ponto de inflexão da curva (ponto em que ela muda de concavidade). O valor 1,65 corresponde ao quantil (medida separatriz que corresponde a uma proporção acumulada dos valores) de 5%, ou seja, apenas 5% dos corpos de prova possuem fc < fck, ou, ainda, 95% dos corpos de prova possuem fc ≥ fck. Portanto, pode-se definir fck como sendo o valor da resistência que tem 5% de probabilidade de não ser alcançado, em ensaios de corpos de prova de um determinado lote de concreto (PINHEIRO et al., 2004). O concreto é um material compósito, entretanto, muitas das suas características não seguem as regras das misturas. Por exemplo, sob cargas de compressão, tanto o agregado quanto a pasta de cimento hidratada, se testadas separadamente, apresentarão um rompimento elástico, enquanto que o concreto apresenta um rompimento inelástico antes de romper. Ademais, normalmente, a resistência do concreto é muito menor que a resistência individual dos dois componentes. Essas interessantes características do concreto devem-se à microestrutura, especialmente pelo importante papel da zona de transição na interface entre agregado graúdo e pasta de cimento.

Materiais de construção

NÓS QUEREMOS SABER! O que significa o concreto ter um rompimento inelástico? Em muitos materiais, quando o submetemos ao carregamento, e a tensão inicialmente é proporcional e reversível, com o descarregamento do elemento, temos a deformação elástica. Contudo, em materiais multifásicos e heterogêneos, como o concreto, em um nível alto de tensão, a deformação não se mantém mais proporcional à tensão aplicada e também se torna permanente (não se torna reversível se o elemento for descarregado), ao qual chamamos deformação plástica ou inelástica. Helene e Andrade (2010) apontam que o engenheiro deve assegurar que o concreto na sua obra tenha qualidade, observando fundamentalmente o correto procedimento de mistura, transporte, lançamento, adensamento, cura e desmoldagem. Em quase todos os casos, um concreto de maior resistência é, em princípio e sob certas circunstâncias, o mais durável quando comparado a um concreto de resistência mais baixa, obtido com os mesmos materiais.

• Resistência à tração Os conceitos relativos à resistência à tração do concreto (fct) são análogos aos expostos anteriormente para a resistência à compressão. Portanto, tem-se a resistência média do concreto à tração (fctm), valor obtido da média aritmética dos resultados e a resistência característica do concreto à tração (fctk) ou simplesmente ftk, valor da resistência que tem 5% de probabilidade de não ser alcançado pelos resultados de um lote de concreto. A diferença no estudo da tração encontra-se nos tipos de ensaio (PINHEIRO et al., 2004, p. 3).

Há três ensaios preconizados pela normalização: tração direta, compressão diametral e tração na flexão.

• Ensaio de tração direta Neste ensaio, a resistência à tração direta (fct) é determinada por meio da aplicação de uma tração axial, até a ruptura, em corpos de prova de concreto simples (Figura 4) e, ainda, segundo a norma NBR 6118 (ABNT, 2014), o fct pode ser considerado igual a 0,9 fct,sup ou 0,7fct,f. A seção central é prismática, medindo 9 x 15 cm, e as extremidades são quadradas, com 15 cm de lado.

15 cm

30 cm 60 cm

Figura 4 – Exemplo esquemático do ensaio de resistência à tração direta. Fonte: Pinheiro et al., 2004.

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• Ensaio de tração na compressão diametral (tração indireta) Para obter a resistência à tração indireta (fct,sp), pelo método da compressão diametral, também conhecido internacionalmente como Ensaio Brasileiro ou método Lobo Carneiro, um corpo de prova cilíndrico de 150 x 300 mm é colocado com o eixo horizontal entre os pratos da prensa (Figura 5), sendo aplicada uma força até a sua ruptura por tração indireta (ruptura por fendilhamento) (PINHEIRO et al., 2004).

Figura 5 – Exemplo esquemático do ensaio de tração por compressão diametral. Fonte: Pinheiro et al., 2004.

O valor da resistência à tração por compressão diametral (fct,sp) e a resistência à tração na flexão (fct,f) devem ser obtidos segundo as normas NBR 7222 (ABNT, 2010) e NBR 12142 (ABNT, 2010), respectivamente. O ensaio de resistência à tração indireta é simples de ser executado e fornece resultados mais uniformes do que os da tração direta.

• Ensaio de tração na flexão Para a realização deste ensaio, um corpo de prova de seção prismática é submetido à flexão, com carregamentos em duas seções simétricas, até à ruptura (Figura 6), segundo a norma NBR 12142 (ABNT, 2010). O ensaio também é conhecido por “carregamento nos terços”, pelo fato de as seções carregadas se encontrarem nos terços do vão. “Analisando os diagramas de esforços solicitantes (Figura 7) pode-se notar que na região de momento máximo tem-se cortante nula. Portanto, nesse trecho central ocorre flexão pura. Os valores encontrados para a resistência à tração na flexão (fct,f) são maiores que os encontrados nos ensaios descritos anteriormente” (PINHEIRO et al., 2004, p. 4).

Materiais de construção

d b

1/3

FLEXÃO PURA

Figura 6 – Exemplo esquemático do ensaio de tração na flexão e o diagrama de esforços solicitantes. Fonte: Pinheiro et al., 2004

• Módulo de elasticidade Outro aspecto fundamental na avaliação do concreto consiste na relação entre as tensões e deformações. Da resistência dos materiais vem à relação entre tensão e deformação que, para determinados intervalos, pode ser considerada linear (Lei de Hooke), ou seja, σ = E.ε , sendo σ a tensão, ε a deformação específica e E o módulo de elasticidade ou módulo de deformação longitudinal (Figura 7).

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E ε Figura 7 – Gráfico exemplo do módulo de elasticidade ou de deformação longitudinal Fonte: Pinheiro et al., 2004.

“Para o concreto, a expressão do Módulo de Elasticidade é aplicada somente à parte retilínea da curva tensão-deformação ou, quando não existir uma parte retilínea, a expressão é aplicada à tangente da curva na origem. Neste caso, tem-se o Módulo de Elasticidade Tangente Inicial, E ci” (Figura 8) (PINHEIRO et al., 2004, p.6).

Eci ε

Figura 8 – Gráfico exemplo do módulo de elasticidade tangente inicial. Fonte: Pinheiro et al., 2004.

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O módulo de elasticidade tangente inicial (Eci) é obtido segundo ensaio descrito na NBR 8522 (ABNT, 2008): Quando não forem feitos ensaios e não existirem dados mais precisos sobre o concreto, para a idade de referência de 28 dias, pode-se estimar o valor do módulo de elasticidade inicial usando a expressão: Eci = 5600 fck ½, onde Eci e fck são dados em MPa. O Módulo de Elasticidade Secante, Ecs, a ser utilizado nas análises elásticas do projeto, especialmente para determinação de esforços solicitantes e verificação de limites de serviço, deve ser calculado pela expressão: Ecs = 0,85 Eci Na avaliação do comportamento de um elemento estrutural ou de uma seção transversal, pode ser adotado um módulo de elasticidade único, à tração e à compressão, igual ao módulo de elasticidade secante (Ecs).

• Coeficiente de Poisson e módulo de elasticidade transversal “Quando uma força uniaxial é aplicada sobre uma peça de concreto, resulta uma deformação longitudinal na direção da carga e, simultaneamente, uma deformação transversal com sinal contrário” (Figura 9) (PINHEIRO et al., 2004, p. 7).

Figura 9 – Deformações longitudinais e transversais. Fonte: Pinheiro et al., 2004.

A relação entre as deformações transversal e longitudinal é denominada coeficiente de Poisson e indicada pela letra ν. Conforme a norma NBR 6118 (ABNT, 2014), para tensões de compressão menores que 0,5fc e tensões de tração menores que fct, o coeficiente de Poisson pode ser tomado como igual a 0,2 e o módulo de elasticidade transversal Gc igual a 0,4 Ecs.

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• Resistência no estado multiaxial de tensões No esforço de compressão associado ao confinamento lateral, como ocorre em pilares cintados, por exemplo, a resistência do concreto é maior do que o valor relativo à compressão simples. O cintamento pode ser executado com estribos, que impedem a expansão lateral do pilar, criando um estado múltiplo de tensões. O cintamento também aumenta a ductilidade do elemento estrutural. Na região dos apoios das vigas, pode ocorrer fissuração por causa da atuação da força cortante. Essas fissuras, com inclinação aproximada de 45°, delimitam as chamadas bielas de compressão. Portanto, as bielas são regiões comprimidas com tensões de tração na direção perpendicular, caracterizando um estado biaxial de tensões. Nesse caso tem-se uma resistência à compressão menor que a da compressão simples. Portanto, a resistência do concreto depende do estado de tensão a que ele se encontra submetido. (PINHEIRO et al., 2004, p. 8).

Os revestimentos dos pilares das fachadas de certo edifício, em região litorânea, começaram a apresentar trincas verticais. A causa da corrosão das armaduras é a presença de cloretos provenientes da água do mar na superfície das barras danificadas. Então, se o ambiente em volta dos edifícios é igualmente agressivo, por que só as fachadas voltadas para o mar sofreram danos? Porque só nessa fachada é que se juntaram desfavoravelmente os fatores necessários à deterioração: a presença de sais de cloro na superfície da peça e a água de chuva que transportou, por difusão, esses sais até à superfície das barras. Pode-se concluir desse fato que definir medidas de proteção apenas em função da agressividade ambiental constitui-se um critério inadequado? Sim, pois o problema não é de macroambiente, mas, sim, de microambiente! Um cobrimento de concreto compacto e sem fissuras pode ser mais eficiente que outro mais espesso que não tenha essas boas qualidades.

NÃO DEIXE DE VER... Os vídeos do site do Instituto de Engenharia do Estado de São Paulo reúnem as palestras de professores e profissionais e abordam semanalmente interessantes tópicos relacionados com a Engenharia. Nesse caso, o exemplo de como o controle tecnológico do concreto é fundamental para a garantia da eficiência das estruturas de concreto armado. Disponível em: <http://www.iengenharia.org.br/site/videos/canal/cod_canal/548/ controle-tecnologico-do-concreto>.

2.2 Argamassas Argamassas são materiais de construção, com propriedades de aderência e endurecimento, constituídos por uma mistura íntima e homogênea de um ou mais aglomerantes, agregado miúdo e água, podendo ainda conter aditivos e adições minerais. O engenheiro deve estar habituado com a utilização das argamassas em obras devido a seu alto emprego na construção civil, seja no assentamento de alvenarias e nas etapas de revestimento, como emboço, reboco ou revestimento de paredes e tetos, além de contrapisos para regularização de pisos e ainda no assentamento e rejuntamento de revestimentos de cerâmicas e pedras. As argamassas podem apresentar diferenças de propriedades nos estados fresco e endurecido, de acordo com as funções que estiverem desempenhando.

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NÓS QUEREMOS SABER! Quando surgiram os primeiros registros da aplicação do material argamassa como material de construção? Os primeiros registros datam da pré-história, há cerca de 11.000 anos. No sul da Galileia, em Israel, em uma localidade próxima a Yiftah’el, foi descoberto, em 1985, durante as escavações para a abertura de uma rua, um piso polido de 180 m², executado com pedras e uma argamassa de cal e areia, considerado o registro mais antigo do emprego de argamassa pela humanidade

2.2.1 Propriedades das argamassas no estado fresco Analisando as propriedades das argamassas no estado fresco, tem-se a trabalhabilidade, a consistência e plasticidade, a coesão, a retenção de água, a adesão inicial, a densidade de massa e o teor de ar incorporado.

• Trabalhabilidade “É a propriedade das argamassas, no estado fresco, que determina a facilidade com que elas podem ser misturadas, transportadas, aplicadas, consolidadas e acabadas em uma condição homogênea” (CARASEK, 2010, p. 905). Refere-se, na prática, a como a argamassa se comporta quando o pedreiro executa sua aplicação. Se uma argamassa é dita trabalhável, ela garante o rendimento do serviço com boa produtividade, isto é, a argamassa ficará adequadamente aderida à base de aplicação e será de fácil acabamento. A trabalhabilidade altera-se ao entrar em contato com o substrato. E como se comportará essa alteração em termos de quantidade e qualidade? Isso dependerá das características da base, por exemplo: sucção da água, textura superficial, condições ambientais (evaporação da água). Tais alterações podem ser avaliadas indiretamente por meio de características e propriedades como a adesão inicial, a retenção de água e de consistência, a exsudação e a coesão da argamassa.

• Consistência e plasticidade Entende-se por consistência ou fluidez da argamassa, na prática, quando o pedreiro adiciona mais água na argamassa para garantir a sua trabalhabilidade. Diz-se que a argamassa está seca, plástica ou fluida. Após o pedreiro ajustar a argamassa para a sua consistência ideal, ele pode julgá-la como uma argamassa áspera, pobre, ou magra quando ele se refere a uma argamassa ruim, e plástica ou macia, quando ele se refere a uma argamassa boa para a sua necessidade. Assim, ele se refere à plasticidade da argamassa. Tal propriedade é influenciada pelos tipos e quantidades de aglomerante e agregados, pelo tempo e pela intensidade da mistura, pela presença ou não de aditivos. A plasticidade adequada para cada argamassa, de acordo com a sua finalidade e forma de aplicação, demanda uma quantidade ideal de água, a qual significa uma consistência adequada, que, por sua vez, é função do proporcionamento e da natureza dos materiais. Assim, a consistência e a plasticidade são os principais fatores condicionantes da propriedade trabalhabilidade. Analisando a argamassa reologicamente, a consistência refere-se à sua maior ou menor fluidez, isto é, está associada à capacidade da argamassa em resistir ao escoamento. Isso quer dizer que argamassas mais fluidas possuem valores menores de tensão de escoamento.

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• Retenção de água A retenção de água corresponde à propriedade que permite à argamassa fresca manter a sua trabalhabilidade quando sujeita a solicitações que provoquem perda de água de amassamento, seja por evaporação, seja pela absorção de água da base ou ainda pelas reações de hidratação dos aglomerantes. Essa propriedade, além de interferir no comportamento da argamassa no estado fresco (acabamento e retração plástica), também impacta nas propriedades da argamassa no estado endurecido. Após o endurecimento, as argamassas dependem de uma adequada retenção de água para que as reações químicas de endurecimento dos aglomerantes ocorram satisfatoriamente. Quando há uma inadequada retenção de água, há influência na retração por secagem, que é uma das principais causas de fissuração das argamassas no estado endurecido, devido à velocidade de evaporação da água de amassamento, prejudicando a estanqueidade e a durabilidade do revestimento (CARASEK, 2010).

• Densidade de massa e teor de ar incorporado Quanto mais leve for a argamassa, mais trabalhável será em longo prazo, o que reduz o esforço do pedreiro na sua aplicação, resultando no aumento da produtividade ao longo do dia. A densidade de massa pode revelar que o teor de ar influencia a trabalhabilidade e também impacta nos valores de resistência mecânica das argamassas. Além disso, o teor de ar incorporado contribui para o impedimento da passagem de água para o interior da argamassa pelo fenômeno da capilaridade, devido ao fato de essas bolhas de ar incorporado interromperem parte dos poros capilares das argamassas (CARASEK, 2010).

• Adesão inicial A adesão inicial de uma argamassa no estado fresco, também chamada de pegajosidade, é a sua capacidade de união inicial a uma base. Essa propriedade está relacionada com a reologia da pasta aglomerante, especificamente a sua tensão superficial, sendo influenciada pela trabalhabilidade da argamassa e pela textura ou porosidade da base (CARASEK, 2010). A redução da tensão superficial da pasta favorece a molhagem do substrato, reduzindo o ângulo de contato entre as superfícies e implementando a adesão. Há o maior contato físico da pasta com os agregados e também com a base, melhorando, dessa forma, a adesão. A tensão superficial da argamassa pode ser alterada pela sua composição, uma vez que ela é função inversa do teor de cimento. Além disso, a adição de cal à argamassa de cimento, por exemplo, também diminui a sua tensão superficial, contribuindo para molhar efetivamente a superfície dos agregados e do substrato.

2.2.2 Propriedades das argamassas no estado endurecido

• Medidas de resistência Carasek (2010) verificou que, para as argamassas de revestimento, a aderência assume fundamental importância, pois, em casos de falha, diversos riscos estão envolvidos devido aos descolamentos e quedas de partes do revestimento. A resistência mecânica das argamassas está relacionada à sua capacidade de resistir a esforços de tração, compressão ou cisalhamento, decorrentes de cargas estáticas ou dinâmicas atuantes nos revestimentos ou, ainda, decorrentes dos efeitos das condições do meio ambiente. A resistência à compressão é a característica mais comumente determinada tanto para argamassas de assentamento quanto para as de revestimento. Como propriedade, é verificada na 43

Materiais de construção

posterior associação com o desempenho e talvez mais ligada à argamassa de assentamento pela forma como será solicitada. Para uma argamassa de revestimento, a sua maior solicitação é quanto à tração ou ao cisalhamento, devido ao fato de a argamassa suportar as tensões no sentido de evitar a fissuração do revestimento.

• Densidade de massa O valor da densidade de massa de uma argamassa no estado endurecido é um indicativo da capacidade resultante da proporção de mistura agregado/aglomerante e da distribuição granulométrica do conjunto, determinando indiretamente o volume de vazios incorporados pelo uso de aditivos e a quantidade de água de amassamento perdida por evaporação (CARASEK, 2010).

• Absorção de água, índice de vazio e massa específica A absorção de água, no estado endurecido, é a propriedade que representa a capacidade que a argamassa possui de reter a água de amassamento contra a sucção da base ou contra a evaporação (CARASEK, 2010). Essa propriedade revela-se importante devido à adequada hidratação do cimento e o consequente endurecimento da argamassa gradualmente, garantindo o desempenho ideal do revestimento ou do assentamento.

• Coeficiente de capilaridade Os revestimentos argamassados têm como sua principal função a impermeabilidade à água, principalmente quando aplicados externamente. Esse fenômeno pode ser compreendido por meio da movimentação da água pelos capilares do revestimento de argamassa por meio do coeficiente de capilaridade (CARASEK, 2010).

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Síntese Síntese

• Concretos e argamassas são fundamentais na vida do engenheiro, e ter o pleno domínio desses materiais de construção concede vida útil adequada às estruturas.

• A

evolução dos materiais concreto e argamassa é essencial para a manutenção da qualidade e eficiência da obra, e o engenheiro é o primeiro beneficiado com elas.

• O

engenheiro deve sempre ter em mente que, apesar de o concreto ser um material heterogêneo e multifásico, é plenamente possível deter o domínio de suas características e funcionalidades, bastando conhecer com muita propriedade suas características físicas e mecânicas.

• A

argamassa é o sistema que permite proteger as edificações sem deixar de conferir à estrutura o aspecto estético e funcional. Basta que o engenheiro conheça suas propriedades e extraia todos os seus benefícios.

Referências Bibliográficas

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5738: Concreto: procedimento para moldagem e cura de corpos de prova. Rio de Janeiro, 2015. ______. NBR 5739: Concreto: ensaios de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2007. ______. NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto: procedimento. Rio de Janeiro, 2014. ______. NBR 7222: Concreto e argamassa: determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2010. ______. NBR 8522: Concreto: determinação do módulo estático de elasticidade à compressão. Rio de Janeiro, 2008. ______. NBR 12142: Concreto: determinação da resistência à tração na flexão de corpos de prova prismáticos. Rio de Janeiro, 2010. ______. NBRNM 67: Concreto: determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. Rio de Janeiro, 1998. ______. NBRNM 68: Concreto: determinação da consistência pelo espalhamento na mesa de Graff. Rio de Janeiro, 1998. CARASEK, H. Argamassas. In: ISAIA, G. C. (Coord.). Materiais de construção civil e princípios de ciência e engenharia de materiais. São Paulo: Ibracon, 2010. v. 2., p. 893-944. FREITAS JR., J. A. Materiais de construção: propriedades do concreto no estado fresco. UFPR, 2013. Notas de aula. HELENE, P.; ANDRADE, T. Concreto de cimento Portland. In: ISAIA, G. C. (Coord.). Materiais de construção civil e princípios de ciência e engenharia de materiais. São Paulo: Ibracon, 2010. v. 2., p. 945-984. METHA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: microestrutura, propriedades e materiais. São Paulo: Ibracon, 2008. PINHEIRO, L. M. et al. Estruturas de concreto. São Paulo, mar. 2004. Disponível em: <http:// www.fec.unicamp.br/~almeida/ec702/EESC/Concreto.pdf>. Acesso em: 19 jun. 2015.

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Capítulo 3 Madeira, Materiais Betuminosos e Solo-Cimento Introdução Neste capítulo, abordaremos três materiais de construção de ampla utilização e com diversas aplicações dentro da Engenharia Civil. A madeira, que antes subutilizada nos canteiros de obras apenas como material de apoio a outros serviços, agora verifica uma crescente utilização devido ao seu correto uso e manejo, contrapondo a ideia errônea de devastação de florestas e ameaça ambiental. Os materiais betuminosos, que possuem registros milenares de sua utilização em pavimentação e impermeabilizações. Atualmente, os mais conhecidos são o asfalto e o alcatrão. No entanto, o Manual de asfalto (ASPHALT INSTITUITE, 1989) lista mais de cem aplicações dos materiais betuminosos, desde a agricultura até a indústria. Por fim, o solo-cimento, que foi desenvolvido no início do século passado e na metade do século chegou ao Brasil por meio da ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland), que regulamentou, fomentou e pesquisou sua aplicação, levando, em 1941, à pavimentação do aeroporto de Petrolina, PE. Então, caro aluno, você acredita que o pouco conhecimento a respeito da utilização desses materiais provém de certos preconceitos dentro da engenharia? Você acredita que o aumento da utilização da madeira contribui com os desmatamentos? Você tem conhecimento da fabricação de alvenarias em solo-cimento? Ou ainda que os produtos desenvolvidos com materiais betuminosos são excelentes impermeabilizantes e isolantes termoacústicos? Vamos juntos compreender as características, propriedades e definições de cada um deles.

3.1 Madeira A utilização da madeira é múltipla e na construção civil destaca-se sua utilização desde a fundação (caixaria de blocos e baldrames, por exemplo) até a cobertura (residenciais, comerciais, industriais, dentre outras). Além disso, na construção de pontes e passarelas, linhas de transmissão e obras portuárias. Não podemos esquecer ainda dos diversos tipos de materiais ditos como de acabamento, tais como painéis, divisórias, portas, forros, pisos. Ainda hoje se tem muito preconceito com a utilização da madeira, muito devido aos julgamentos e usos errôneos desse importante material, tais como a falta de informações técnicas e já disponíveis a respeito do comportamento dos diversos tipos de madeira sob os diferentes usos e aplicações e também pela falta de projetos específicos que sejam desenvolvidos por profissionais habilitados.

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Segundo Junior, Lahr e Brazolin (2010), embora a madeira seja susceptível ao apodrecimento e ao ataque de cupins e brocas, em circunstâncias específicas, ela tem sua durabilidade natural prolongada quando previamente tratada com substâncias preservativas. Assim, quando tratada, requer cuidados de manutenção menos intensos. No caso de emprego exterior, deve ser salientada a importância de um projeto elaborado de modo a serem previstos detalhes construtivos que garantam maior durabilidade à madeira impregnada, evitando-se a exposição excessiva aos raios solares e à umidade proveniente da água da chuva. Desta forma, a madeira tem significativo potencial e a disseminação dos seus produtos está condicionada à garantia de sua qualidade e de sua competitividade frente a outros materiais. E isso só poderá ser atingido através do domínio dos conhecimentos relativos ao comportamento da madeira sob diferentes solicitações, com produção obedecendo à critérios de qualidade para o material, equipamento e mão-de-obra. (JUNIOR, LAHR; BRAZOLIN, 2010, p. 1211).

3.1.1 Características físicas e propriedades da madeira As características da madeira são fortemente influenciadas por diversos fatores, entre eles as diferentes condições de temperatura, composição e umidade do solo no local de crescimento da árvore. “Esses fatores provocam variações significativas na madeira formada, mesmo quando se trata de madeiras da mesma espécie, tais como espessura das camadas de crescimento e de desenvolvimento nas diversas estações do ano” (BODIG; JAYNE, 1982, p. 13). Além disso, segundo Junior, Lahr e Brazolin (2010), a umidade e as dimensões dos corpos de prova ensaiados, bem como as condições nas quais os ensaios são realizados, introduzem variabilidade nas propriedades da madeira, sejam físicas ou mecânicas.

NÃO DEIXE DE LER... O livro Dimensionamento de elementos estruturais de madeira, de Carlito Calil Junior, Francisco Antonio Rocco Lahr e Antonio Alves Dias. O crescente emprego estrutural da madeira e de seus subprodutos, em virtude da conscientização sobre o potencial do material e suas vantagens em relação a outros tipos de estruturas, faz os autores abordarem o assunto de maneira didática, por meio de comentários e exemplos, incentivando a utilização da madeira na construção de estruturas.

• Umidade da madeira A água faz parte da madeira devido à fisiologia da árvore. Enquanto árvore viva ou recém-cortada, a água circula no seu interior, das raízes às folhas, dessa forma, temos a elevada percentagem de umidade em que, então, a madeira apresenta-se saturada ou verde. Exposta ao meio ambiente, a madeira de uma árvore recém-cortada perde, continuamente, a sua umidade pela evaporação da água até atingir o seu ponto de saturação (PS), o que corresponde entre 20% e 30% de umidade. A norma NBR 7190 (ABNT, 1997) adota, como referência, 25% para o PS. A partir do PS, a evaporação continua em menor velocidade até atingir a chamada umidade de equilíbrio (UE), que é função da espécie, da temperatura (T) e da umidade relativa do ar (URA). Para a norma NBR 7190 (ABNT, 1997), temos UE = 12%, sob as condições de T = 20°C e URA = 65%. Porcentagens inferiores à UE somente são atingidas quando a madeira é posta em estufas ou câmaras de vácuo.

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Para se determinar a umidade da madeira, a norma NBR 7190 (ABNT, 1997) recomenda o método da secagem em estufa, por meio da seguinte equação: U(%) =

mi – ms ms

× 100

(Equação 1)

em que: mi: massa inicial da amostra; ms: massa da madeira seca. A partir da Equação 1, é possível, além da determinação da umidade de uma amostra, proceder-se a uma série de estimativas indispensáveis à adequada condução do processo de secagem de um lote de madeira. Entretanto, em diversas situações práticas, na indústria e no recebimento de lotes de peças, nas obras, são necessárias medidas expeditas da umidade da madeira. Desta forma, o uso de medidores elétricos de umidade são muito eficientes, pois fornecem os dados a partir da resistência da madeira à passagem de corrente elétrica. (JUNIOR , LAHR; BRAZOLIN, 2010, p. 1216).

• Densidade de massa da madeira É uma das propriedades físicas fundamentais na definição das melhores aplicações da madeira de diferentes espécies. O conceito físico indispensável à compreensão do assunto é o da quantidade de massa por volume, isto é, considerando a natureza típica da madeira, decorrente de sua estrutura anatômica, seu caráter higroscópico combinado com sua porosidade e sua permeabilidade requerem uma abordagem particular da densidade da madeira.

NÓS QUEREMOS SABER! O que é o caráter higroscópico da madeira? Significa a capacidade que a madeira tem de absorver água. Através do seu sistema radicular, a árvore absorve água e sais minerais do solo, a solução denominada seiva bruta, que, em movimento vertical ascendente, através do alburno, se desloca até as folhas e destas, até as raízes, circula a seiva elaborada, constituída de água e substâncias elaboradas na fotossíntese.

A densidade real trata da relação entre a massa da madeira contida na amostra considerada e o volume efetivamente ocupado por ela, descontados os vazios internos ocupados pela água e pelo ar. “Mesmo não integrando uma rotina experimental, a determinação da densidade real da madeira se constitui num procedimento esclarecedor de sua natureza e do seu comportamento” (JUNIOR, LAHR; BRAZOLIN, 2010, p. 1217). Já a densidade básica (ρbas), Equação 2, é definida pela razão entre a massa seca (ms) da amostra considerada e o respectivo volume nas condições de total saturação, isto é, todos os vazios internos estão preenchidos pela água. O volume saturado (Vsat) (porcentagem de umidade acima do PS) é determinado considerando-se as dimensões finais do corpo de prova submerso em água até ser atingida massa constante ou, no máximo, com variação de 0,5% em relação à medida anterior. ρbas =

ms Vsat

(g/cm3)

(Equação 2)

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A norma NBR 7190 (ABNT, 1997) utiliza a umidade aparente como critério de avaliação de amostras e fixa a umidade em 12%. Assim, tem-se a Equação 3: ρap =

m12 V12

(g/cm3)

(Equação 3)

• Determinação das porcentagens de retração e de inchamento A variação dimensional nas direções principais da madeira é calculada em relação às suas dimensões iniciais. Assim sendo, para o cálculo das porcentagens de retração, as dimensões iniciais se referem à amostra com umidade igual ou superior ao PS. Já para o inchamento, as porcentagens são calculadas a partir das dimensões das amostras secas. Para a determinação das porcentagens de retração total ou deformações específicas de retração (εr,j), com j =1 para a direção longitudinal; j = 2 para a direção radial e j = 3 para direção tangencial, a norma NBR 7190 (ABNT, 1997) indica a Equação 4:  Li,sat – Li,seca  er,j =   × 100 Li,seca  

(Equação 4)

em que: Li,sat = dimensão linear, para umidade igual ou superior ao PS; Li,seca = dimensão linear, para umidade = 0%. Já a Equação 5 é aplicada para a determinação da porcentagem de inchamento total ou deformação específica (εi,j), conforme a norma NBR 7190 (ABNT, 1997).  Li,sat – Li,seca  ei,j =   × 100 L  

(Equação 5)

Os corpos de prova para o estudo da estabilidade dimensional, conforme a norma NBR 7190 (ABNT, 1997), devem ter seção transversal nominal de 2 cm (direção tangencial) x 3 cm (direção radial) e comprimento de 5 cm (ao longo da direção das fibras). As medidas L i devem ser obtidas pela média de ao menos três medidas em cada lado do corpo de prova.

• Propriedades de resistência e elasticidade As propriedades de resistência e elasticidade da madeira são influenciadas pela disposição dos elementos anatômicos responsáveis pela resistência mecânica: fibras, no caso das dicotiledôneas, e traqueídes, no caso das coníferas.

NÓS QUEREMOS SABER! O que são dicotiledôneas e coníferas? São as duas grandes classes de madeira. As coníferas possuem folhas em forma de agulhas e frutos em forma de cones com sementes expostas. No Brasil, a mais conhecida é o pinheiro-do-paraná, cujo nome científico é Araucaria angustifolia. As dicotiledôneas possuem folhas largas e frutos com sementes envolvidas por uma casca. A esse grupo pertence a sucupira, o ipê, o mogno, a andiroba, o cedro, o jatobá, o pau-brasil, o jacarandá-da-bahia, etc. 50 Laureate- International Universities

De acordo com a Figura 1, a direção longitudinal (ou axial) das peças é coincidente com a orientação das fibras ou ainda a direção paralela às fibras. É esta a direção que apresenta os maiores valores de resistência e rigidez. Na prática, em relação a direções radial (R) e tangencial (T), também chamadas de normal (ou perpendicular) às fibras, na construção civil, não é possível fazer distinção entre elas pelo fato de apresentarem valores muito próximos de resistência e rigidez e, além disso, muito inferiores ao da direção paralela às fibras. “As propriedades de resistência e rigidez na direção paralela às fibras são caracterizadas pelo índice ‘0’, enquanto o índice ‘90’ caracteriza a direção normal. Esse índice indica o ângulo entre a direção do esforço aplicado e a direção das fibras” (JUNIOR, LAHR; BRAZOLIN, 2010, p. 1223).

Longitudinal (L)

an oT

çã

Seção Radial

ial

Radial (R) Seção Transversal

Tangencial (T) Figura 1 – Coordenadas da madeira. Fonte: Bodig; Jayne, 1982.

• Compressão A Figura 2 mostra os três tipos possíveis de compressão na madeira conforme a norma NBR 7190 (ABNT, 1997). Quando a peça é comprimida paralelamente à direção das fibras, ele apresenta grande resistência. Já para a solicitação normal, no esforço de esmagamento, os valores de resistência são cerca de 1/4 dos valores de resistência na direção paralela. Nas solicitações inclinadas em relação às fibras da madeira, adotam-se valores de resistência intermediários entre a compressão paralela e a normal.

Figura 2 – Os diferentes tipos de compressão na madeira. Fonte: Ritter, 1990.

• Tração A tração pode ocorrer sob dois tipos: paralela ou perpendicular às fibras, de acordo com o ilustrado na Figura 3. A ruptura por tração paralela às fibras pode ocorrer por deslizamento entre as fibras ou por ruptura de suas paredes. 51

Materiais de construção

Em ambos os casos, a madeira apresenta baixos valores de deformação e elevados valores de resistência. Já para a ruptura por tração normal às fibras, a madeira apresenta baixos valores de resistência, pois o esforço atua na direção perpendicular às fibras, tendendo a separá-las com baixos valores de deformação. (JUNIOR, LAHR; BRAZOLIN, 2010, p. 1225).

Paralela

Normal

Figura 3 – Tração na madeira. Fonte: Ritter, 1990.

• Cisalhamento A direção do plano de atuação das tensões de cisalhamento tem influência direta na resistência da madeira. Para o plano perpendicular às fibras, a madeira apresenta alta resistência, pois implica a ruptura das fibras, conforme ilustra a Figura 4. Quando o plano de atuação das tensões de cisalhamento é paralelo às fibras, podem ocorrer duas situações distintas. Caso a direção das tensões coincida com a direção das fibras, ocorre o cisalhamento horizontal, caso que apresenta a menor resistência ao cisalhamento. No caso da direção das tensões ocorrer de forma perpendicular à direção das fibras, há a tendência de cisalhamento ‘rolling’ (rolamento uns sobre os outros). (JUNIOR, LAHR; BRAZOLIN, 2010, p. 1225).

Figura 4 – Cisalhamento na madeira. Fonte: Ritter, 1990.

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• Flexão simples Na flexão simples, a madeira é submetida a quatro tipos de esforços: compressão paralela às fibras, tração paralela às fibras, cisalhamento horizontal e, na região dos apoios, compressão normal às fibras, de acordo com a Figura 5. A ruptura em peças de madeira solicitadas à flexão ocorre pela formação de minúsculas falhas de compressão seguidas pelo desenvolvimento de enrugamentos de compressão. Esse fenômeno, então, gera o aumento da área comprimida na seção e a redução da área tracionada, podendo, eventualmente, ocorrer a ruptura por tração. (JUNIOR, LAHR; BRAZOLIN, 2010, p. 1226).

Compressão

Tração

Figura 5 – Flexão na madeira. Fonte: Ritter, 1990.

3.2 Materiais betuminosos e solo-cimento 3.2.1 Materiais betuminosos A utilização dos materiais betuminosos, em pavimentações, iniciou-se em 1830 em caminhos para pedestres e progrediu para a utilização atual em pavimentos rodoviários a partir de 1850. Porém, a primeira utilização conhecida de materiais betuminosos em construções ditas rodoviárias data do ano de 625 a.C. na Babilônia. (CERATTI, 2010, p. 1351).

Atualmente, a principal fonte conhecida de materiais betuminosos é o refino de petróleo, mas suas primeiras utilizações ocorreram a partir de depósitos superficiais, na ascensão do petróleo à superfície pela ação de forças geológicas.

NÃO DEIXE DE LER... O livro A memória da pavimentação no Brasil, de Atahualpa Schmitz da Silva Prego. Um relato minucioso de como as técnicas de pavimentação evoluíram desde sua origem na antiguidade até os tempos modernos, focando principalmente na história brasileira. É um livro rico de detalhes, documentos e personagens.

Materiais de construção

• Definições Para entendermos as diferentes características dos materiais betuminosos, algumas definições são importantes.

• Betume É como os materiais cimentícios naturais, de cor preta ou escura, são denominados genericamente. Encontrado no estado sólido, semissólido ou viscoso, composto principalmente por hidrocarbonetos de alto peso molecular. O termo inclui, ainda, alcatrões e piches produzidos a partir do carvão.

• Asfalto Segundo a norma DNIT 168-EM (DNIT, 2013), é um material cimentício de cor marrom escuro a preto, termoviscoplástico, impermeável, pouco reativo, constituído por uma mistura de hidrocarbonetos derivados do petróleo de forma natural ou por destilação, cujo principal componente é o betume, podendo conter ainda oxigênio, nitrogênio e enxofre em pequenas proporções.

NÃO DEIXE DE VER... A reportagem O que pode substituir o petróleo e quando?, que apresenta uma interessante matéria a respeito da exploração do petróleo, sua formação, locais de exploração e suas principais aplicações. Ainda há o debate a respeito do fim dessa fundamental matriz energética e os principais estudos acerca de possíveis produtos e soluções substitutas. Disponível em: <http://globotv.globo.com/rede-globo/globo-ciencia/v/o-que-pode-substituir-o-petroleo-e-quando-integra/1952023/>.

• Propriedades e usos dos materiais betuminosos Os asfaltos têm uma vasta aplicabilidade devido, em grande parte, às suas propriedades de cimentação, facilidade de adesão, impermeabilidade e durabilidade. Sua principal e mais conhecida aplicação é em obras viárias, na forma pura, o chamado cimento asfáltico de petróleo (CAP). Pelo seu alto poder aglomerante quando aquecido a temperaturas pelas quais são alcançadas viscosidades adequadas, é possível a obtenção de misturas com agregados minerais bastante estáveis. As propriedades de adesividade a esses materiais lhe concedem seu alto poder ligante e, ao possibilitar essa ligação entre diferentes frações granulométricas, permite a produção de misturas asfálticas para utilização em revestimentos viários, como o concreto asfáltico. O comportamento das camadas de revestimento é também dependente das propriedades de coesão do asfalto, que impedem que a mistura asfáltica se desagregue sob a ação dos esforços atuantes. Além disso, o asfalto apresenta um comportamento intermediário entre o domínio viscoso e o elástico, respondendo de forma satisfatória à maior parte das situações a que está exposto em um revestimento viário. As emulsões asfálticas catiônicas, por outro lado, são também utilizadas, principalmente, em serviços de pavimentação viária, alternativa ou complementarmente ao CAP, devido às suas propriedades de facilidade e flexibilidade de aplicação em temperatura ambiente, baixo custo de transporte e de estocagem e elevado envolvimento e adesividade do asfalto aos agregados úmidos. A Figura 6 ilustra uma das principais aplicações do CAP. 54 Laureate- International Universities

Figura 6 – Obra de recapeamento da pista do autódromo de Interlagos em São Paulo. Fonte: Unesp, 2006.

Conforme Usirf (2001), até 1960, o asfalto era utilizado em estado líquido a frio ou morno, com a adição de fluidificantes, solventes como a querosene, que eram classificados conforme sua viscosidade e utilizados na execução de revestimentos do tipo tratamento superficial: o asfalto fluído era pulverizado sobre a superfície da via e sobre ele eram colados os agregados. Atualmente, os chamados asfaltos diluídos são utilizados principalmente como imprimação de bases granulares de pavimentos com a finalidade de proporcionar coesão e impermeabilidade na superfície dessas bases, sobre as quais é executado o revestimento. Tais materiais tendem ao seu uso restrito devido às questões ambientais relativas à volatização do solvente empregado na sua fabricação. Os asfaltos oxidados, popularmente conhecidos como piche, são muito utilizados em serviços de impermeabilização devido à sua alta viscosidade. Aplicados em pisos, conferem impermeabilidade e isolante contra a umidade. Em telhados e coberturas, são aplicados como componentes de adesivos impermeabilizantes, elementos de isolamento, selagem de juntas e painéis laminados para forro. Têm seu emprego reconhecido ainda na fabricação de blocos para isolamento acústico, blocos para construção civil, camada isolante para paredes e muros e como componente de produtos para preenchimento de juntas. Os asfaltos modificados por polímeros ou borrachas de pneus são utilizados para as mesmas finalidades que os CAPs. Devido às suas propriedades superiores em relação aos CAPs, são empregados em situações particulares de pavimentação, em que as condições de magnitude e volume de tráfego e condições ambientais são extremas, ou na constituição de misturas asfálticas com propriedades especiais, as quais não seriam possíveis com os CAPs. Os agentes rejuvenescedores são produtos utilizados, como o próprio nome sugere, para recuperação de asfaltos envelhecidos, principalmente em serviços de reciclagem de revestimentos asfálticos, em que são misturados ao revestimento asfáltico fresado (revestimento que foi removido do pavimento por um processo de raspagem), recuperando parte das propriedades do asfalto original. Os alcatrões, embora muito semelhantes com os asfaltos na aparência e nas propriedades, têm origem muito diferente. Entretanto, como material obtido no processo de produção dos alcatrões é cancerígeno, sua utilização tem sido muito restrita nas últimas décadas, embora tenha sido muito utilizado como material selante na execução de pavimentos viários e em porões de navios. O alcatrão proveniente da destilação de madeiras foi utilizado durante séculos na impermeabilização de simples barcos à vela e pequenas embarcações. Atualmente, as modernas embarcações são construídas com materiais sintéticos impermeáveis e, então, abandonou-se a sua utilização.

Materiais de construção

3.3 Solo-cimento O solo-cimento, de acordo com Segantini e Alcântara (2010), pode ser definido como o produto resultante da mistura íntima de solo, cimento Portland e água que, após a compactação na umidade ótima, adquire resistência por meio das reações de hidratação do cimento. Os autores citam ainda que os principais fatores que afetam as propriedades do solo-cimento são: tipo de solo, teor de cimento, teor de umidade, compactação e homogeneidade da mistura, além de idade e tempo de cura da mistura. A partir da década de 1960, o solo-cimento teve grande aceitação com a pavimentação de vias urbanas, rodovias e aeroportos, pavimentação de pátios industriais, estacionamentos de veículos, revestimentos de barragens de terra e de canais de irrigação, além da fabricação de blocos e tijolos para a alvenaria de vedação, entre outras aplicações. O solo-cimento pode ser classificado em duas categorias: solo-cimento compactado e solo-cimento plástico. No primeiro caso, trabalha-se com o solo na umidade ótima, de modo que se atinja a densidade máxima no processo de compactação. Já para o solo-cimento plástico, a água é adicionada até a obtenção de um produto de consistência plástica, similar a uma argamassa de emboço.

VOCÊ O CONHECE? Elbert Hubbel, engenheiro, da Universidade de Dakota, EUA. Em 1941, foi convidado pelo Bureau of Standards (Departamento de Normas dos EUA) para estudar e analisar as propriedades estruturais e térmicas (primeiro estudo científico a esse respeito) de uma série de materiais de construção e, entre eles, o solo-cimento, que teve, dessa maneira, seu desempenho comprovado.

3.3.1 Materiais componentes do solo-cimento

• Solo Trata-se do material em maior proporção na mistura, devendo ser selecionado de modo que possibilite economia no consumo de cimento. Os solos mais adequados são os que possuem as seguintes características (ABCP, 1986):

»»

100% dos grãos passando na peneira da série normal nº 4 (4,75mm);

»»

10% a 50% dos grãos passando na peneira da série normal nº 200 (0,075 mm);

»»

limite de liquidez ≤ 45%;

»»

índice de plasticidade ≤ 18%. Quanto à granulometria, portanto, os solos arenosos são considerados os mais adequados. A presença de grãos de areia grossa e de pedregulhos é benéfica, pois são materiais inertes, com função apenas de enchimento, favorecendo a liberação de maiores quantidades de cimento para aglomerar grãos menores. Os solos devem ter, no entanto, um teor mínimo da fração fina, pois a resistência inicial do solo-cimento compactado se deve à coesão da fração fina compactada. A experiência tem mostrado que solos com teores de silte mais argila inferiores a 20% não propiciam compactação adequada, sobretudo na confecção de tijolos prensados, dificultando o processo de moldagem. (SEGANTINI; ALCÂNTARA, 2010, p. 864).

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• Cimento Segundo Segantini e Alcântara (2010), os cimentos Portland compostos do tipo CP II são os mais utilizados. Como são fáceis de encontrar no mercado, respondem por, aproximadamente, 67% da produção industrial de solo-cimento.

3.3.2 Aplicações

• Fundações O solo-cimento compactado tem grande potencialidade para ser aplicado em fundações diretas para obras de pequeno porte. No entanto, alguns cuidados devem ser observados no caso da presença de solos superficiais colapsíveis. Nesse caso, devem ser tomadas medidas no sentido de se evitar a infiltração de água no solo. De acordo com Centro de Pesquisas e Desenvolvimento (Ceped, 1984), o desempenho do solo-cimento compactado para fundações diretas é equivalente ao das alvenarias de embasamento ou alicerces, desde que não seja submetido a movimentos diferenciais, como ocorre em solos compressíveis ou expansivos. Um exemplo clássico de aplicação de solo-cimento compactado em fundações foi a construção do Hospital Adriano Jorge, em Manaus, AM, em 1950. As fundações foram executadas em sapatas corridas, aplicando-se o solo-cimento compactado em valas com 40 x 30 cm (profundidade x largura) para as paredes externas e em valas de 30 x 20 cm (profundidade x largura) para as paredes internas. Silva (1994) realizou ensaios laboratoriais e provas de carga em estacas de solo-cimento e as comparou com as estacas de concreto, todas com diâmetro de 40 cm e comprimento variando entre 2,80 m e 6,0 m. O autor concluiu que o solo-cimento representa uma alternativa viável para aplicação em fundações profundas submetidas a pequenas cargas, acrescentando que o projeto de fundação em solo-cimento deve buscar a compatibilidade entre a carga aplicada, o diâmetro da estaca, comprimento, características do solo e o teor de cimento ideal a ser aplicado.

• Tijolos e blocos de alvenaria Aplicado como tijolos e blocos, o solo-cimento se constitui em alternativa construtiva em diversas habitações. As suas vantagens vão desde a fabricação até a sua aplicação no canteiro de obras, uma vez que os equipamentos utilizados são simples e de baixo custo, permitindo a operação no próprio canteiro. A resistência à compressão, em geral, é superior à do tijolo de barro cozido devido à presença do cimento Portland. A qualidade final também é melhor, pois o material apresenta textura uniforme, dimensões regulares e superfícies planas. Além disso, do ponto de vista ecológico, são atrativos, pois não passam pelo processo de cozimento em que são consumidas grandes quantidade de madeira ou óleo combustível para a produção dos tijolos em cerâmicas e olarias. Em conformidade com a norma NBR 8491 (ABNT, 2012), a resistência média à compressão dos tijolos não deve ser inferior a 2,0 MPa aos 7 dias e a absorção média deve ser inferior a 20%.

• Parede monolítica O Manual de construção com solo-cimento do Ceped (1984) traz, detalhadamente, o processo de construção das paredes monolíticas, bem como os critérios para a escolha do solo e para a dosagem a ser utilizada na confecção do solo-cimento. Ainda conforme o Ceped (1984), o sistema construtivo em paredes monolíticas apresenta, em relação ao sistema construtivo que utiliza tijolos e blocos, as seguintes vantagens:

Materiais de construção

»»

não há necessidade de confecção de tijolos e blocos, proporcionando economia no custo da mão de obra;

»»

não há necessidade de grandes áreas para a fabricação, cura e estocagem desses materiais;

»»

é possível, muitas vezes, utilizar o solo do próprio local, reduzindo-se os custos com o transporte;

»»

dispensa o uso de revestimento;

»»

reduz em cerca de 40% o custo da parede quando comparado ao da alvenaria convencional.

NÓS QUEREMOS SABER! Afinal, o que significa o termo monolítico? Derivado de monólito, o termo é empregado no sentido de ser formado de uma só pedra, isto é, diz-se então dos elementos que formam um único conjunto rígido, homogêneo e impenetrável. Assim, no caso de uma parede monolítica, todo o conjunto trabalha quando aplicado um esforço ou solicitação.

A Figura 7 demonstra a execução de uma parede monolítica em solo-cimento compactado com a utilização de apenas um par de fôrmas. Já a Figura 8 apresenta a visão geral da obra executada com o sistema monolítico em solo-cimento.

Figura 7 – Execução de parede monolítica de solo-cimento. Fonte: Unesp, 2006.

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Figura 8 – Visão geral da execução das paredes monolíticas. Fonte: Unesp, 2006.

Um exemplo: quando fui consultado a respeito da técnica construtiva da casa de taipa, achei estranho. Casa de taipa? Aquela casa existente em comunidades pobres, onde as paredes abrigam o inseto transmissor da Doença de Chagas, o barbeiro? Exatamente. Mas constatei que a terra crua possui muitas outras técnicas construtivas além da taipa de mão. São técnicas bem antigas, mas que estão mais atuais do que nunca, devido às suas características sustentáveis. Construir com terra crua significa utilizar a matéria-prima no local da obra, ou seja, no próprio terreno, reduzindo, assim, os custos com deslocamento, fretes e compra de insumos. Além disso, poupa derrubada de árvores para cozimento de blocos e a edificação apresenta excelente conforto térmico, mantendo a temperatura e a umidade relativa do ar estável ao longo do ano. Trata-se, então, de um sistema construtivo de baixo impacto ambiental dentro dos princípios de sustentabilidade.

• Aproveitamento de resíduos de construção e demolição O aproveitamento dos resíduos de construção e demolição na confecção do solo-cimento foi em decorrência da presença de grande quantidade de areia (agregado miúdo) na composição desses resíduos, o que é muito benéfico para o solo-cimento, uma vez que as características granulométricas, após a britagem desses resíduos, se assemelham às da areia. O fluxograma mostrado na Figura 9 ilustra o processo de aproveitamento.

Materiais de construção

Figura 9 – Fluxograma do processo de aproveitamento de resíduos. Fonte: Monteiro Tijolos, 2014.

Souza (2006) constatou que a incorporação de resíduos de concreto na confecção de tijolos de solo-cimento proporcionou aumento substancial nas propriedades de resistência e absorção, com resultados superiores aos estipulados em normatização. Além disso, o autor verificou a possibilidade da redução do consumo de cimento na produção dos tijolos, dessa forma, há a redução dos custos e se insere plenamente no conceito de desenvolvimento sustentável. Machado et al. (2005) relatou que o resíduo de concreto se revelou uma excelente alternativa para a confecção de solo-cimento plástico para o uso em estacas moldadas in loco. Entretanto, dada a variabilidade dos materiais constituintes desses resíduos, é imprescindível a realização de ensaios laboratoriais e o controle de qualidade do material a ser empregado. Assim, o uso de resíduos de construção na composição de novos materiais deve ser feito de maneira cautelosa, amparada pela realização intensa de pesquisas, de modo que o seu aproveitamento seja feito de forma eficaz, com segurança e credibilidade.

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Síntese Síntese

• A

madeira como material de engenharia dentro da construção civil – se bem utilizada dentro das boas práticas e seguindo as etapas de elaboração de bons projetos, definição do nível de desempenho necessário e desejado (vida útil, responsabilidade estrutural, garantias técnicas e comerciais) e avaliação dos riscos biológicos – garantirá a eficiência de sua aplicação.

• Quebrar

o paradigma de que a utilização da madeira significa aumento dos danos ambientais implica divulgar informações técnicas corretas a respeito do seu correto manejo.

• O

domínio dos conhecimentos relativos ao comportamento da madeira sob diferentes solicitações, com produção obedecendo a critérios de qualidade para o material, equipamento e mão de obra se faz fundamental ao engenheiro.

• O uso dos materiais betuminosos é vasto e milenar. Sendo assim, são inúmeras as suas aplicações, sendo a mais conhecida a aplicação na pavimentação rodoviária.

• Decorrente

de suas propriedades ligantes, impermeabilizantes e elásticas, os materiais betuminosos mostram-se versáteis nas suas aplicações na construção civil, na agricultura e na indústria.

• O aprimoramento dos equipamentos para a fabricação dos tijolos de solo-cimento tem

contribuído para a racionalização das técnicas de construção, possibilitando a elaboração de projetos com menor custo e maior qualidade.

• O que antes era alvo de preconceito, o solo-cimento, hoje tem seu uso aplicado, inclusive, em obras de padrão mais elevado.

• A possibilidade do aproveitamento de resíduos de construção e demolição também faz do solo-cimento um material atrativo em relação às questões ambientais e de sustentabilidade.

Referências Bibliográficas

ASPHALT INSTITUTE. The Asphalt Handbook. MS-4. Lexington: Asphalt Institute, 1989. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. ET-35: Dosagem das misturas de solo-cimento: normas de dosagem e métodos de ensaio. São Paulo: ABCP, 1986. 51p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7190: Projeto de estruturas de madeira. Rio de Janeiro, 1997. ______. NBR 8491: Tijolo de solo-cimento: requisitos. Rio de Janeiro, 2012. BODIG, J.; JAYNE, B. A. Mechanics of wood and wood composites. New York: Van Nostrand Reinhold Company, 1982, 712p. CENTRO DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO. Manual de construção com solo-cimento. Camaçari: Convênio Ceped/BNH/ABCP, 1984. 147p. CERATTI, J. A. P. Materiais Betuminosos. In: ISAIA, G. C. (Coord.). Materiais de construção civil e princípios de ciência e engenharia de materiais. São Paulo: Ibracon, 2010. v. 2, p. 1351-1385. DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES. Norma DNIT 168/2013 – EM: Cimento asfáltico de petróleo modificado por asfalto natural do tipo TLA (Trinidad Lake Asphalt) – Especificação de Material. Rio de Janeiro, 2013. JUNIOR, C. C.; LAHR, F. A. R.; BRAZOLIN, S. Madeiras na Construção Civil. In: ISAIA, G. C. (Coord.). Materiais de construção civil e princípios de ciência e engenharia de materiais. São Paulo: Ibracon, 2010. p. 1209-1239. MACHADO, A. F. et al. Análise da adição de resíduos de concreto nas características do solo-cimento plástico para uso em estacas moldadas in loco. In: CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO, 45, 2005, Olinda. CBC 2005. Olinda: Ibracon, 2005. p 1-17. SEGANTINI, A. A. S.; ALCÂNTARA, M. A. M. Solo-cimento e Solo-Cal. In: ISAIA, G. C. (Coord.). Materiais de construção civil e princípios de ciência e engenharia de materiais. São Paulo: Ibracon, 2010. p. 863-891. SILVA, M. T. Interação solo-estrutura de fundação em estacas de solo-cimento e concreto. 1994. 101 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade de Brasília, Brasília. SOUZA, M. I. B. Análise da adição de resíduos de concreto em tijolos prensados de solo-cimento. 2006. 117p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Faculdade de Engenharia do Campus de Ilha Solteira, Universidade Estadual Paulista, Ilha Solteira. UNION DES SYNDICATS DE L’INDUSTRIE ROUTIÈRE FRANÇAISE. Les enrobes bitumineux. Revue General des Routes et des Aérodromes. Paris, Tome 1, 2001.

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Capítulo 4 Materiais Plásticos e Cerâmicos, Materiais de Acabamento e Novas Tecnologias Introdução Neste nosso capítulo de encerramento, abordaremos os materiais considerados modernos dentro da engenharia e da construção civil, como os polímeros e as novas tecnologias empregadas no dia a dia das obras, mas também um dos produtos mais antigos da humanidade, como a cerâmica. Entretanto, isso não quer dizer que não haja evolução e, com isso, o surgimento de novas cerâmicas. Veremos a importância dos materiais cerâmicos e suas principais aplicações, bem como os materiais de acabamento, como tintas, vernizes e resinas, que têm como principal função, além da estética, a de conferir proteção e durabilidade às construções e estruturas. Caro aluno, como você imagina a aplicação de certos materiais daqui a alguns anos? Quais materiais devem evoluir? Quais devem acabar ou serem substituídos, e por quê? Os engenheiros estão preparados para novas demandas tecnológicas no campo dos materiais de construção? O engenheiro deve sempre capacitar-se, todos os dias, pois as novas tecnologias surgem a todo o momento e, com isso, novos produtos, novos materiais de construção são lançados no mercado. Cabe ao profissional conhecê-los, entendê-los, aplicá-los ou não nas suas obras com o objetivo de entregar construções e serviços de boa qualidade, respeitando o meio ambiente e o ser humano. Assim sendo, vamos juntos estudar esses materiais a fim de nos preparar para as demandas tecnológicas que vêm pela frente.

4.1 Materiais plásticos e cerâmicos, tintas, vernizes, resinas Neste estudo, vamos entender as características físicas e propriedades dos materiais plásticos e cerâmicos, tintas, vernizes e resinas, sempre com o foco na sua aplicação prática no dia a dia da construção. Para isso, inicialmente, é importante conhecer as definições e características de cada um dos materiais.

4.1.1 Materiais plásticos O termo plástico tem sua origem grega, cujo significado é adequado à moldagem. Plásticos são materiais que contêm, como correspondente principal, um polímero orgânico sintético. Embora sólidos à temperatura ambiente, tornam-se fluídos e possíveis de serem moldados pela combinação ou ação isolada de calor e pressão.” (GORNINSKI; KAZMIERCZAK, 2010, p. 374). O polietileno, o polipropileno, os policarbonatos, os epóxis, por exemplo, se enquadram na categoria dos plásticos, conforme ilustrado na Figura 1. Alguns plásticos são muito rígidos e 63

Materiais de construção

frágeis; outros são flexíveis, exibindo deformações tanto elásticas como plásticas quando tensionados. A Figura 2, mais adiante, ilustra esses dois tipos de plásticos: rígidos e flexíveis.

Figura 1 – Exemplos de aplicações dos tipos de plásticos na construção civil: (A) fibras de polipropileno; (B) caixa d’água em polietileno; (C) cobertura em policarbonato; (D) adesivo epóxi. Fonte: Elaborada pelo autor, 2015.

Os plásticos rígidos são os que, sob a temperatura ambiente, suportam um alto grau de tensão, isto é, são resistentes mediante tentativas de puxá-los ou esticá-los. Originam-se de moléculas lineares e, dependendo do tipo de unidade repetitiva e do grau de polimerização, o polímero pode ser um sólido ou uma resina líquida. Além disso, apresentam um módulo elevado, rigidez e alta resistência à deformação. Os plásticos flexíveis, por sua vez, não resistem tanto à deformação quanto os rígidos e, por esse motivo, são mais resistentes à ruptura, costumam apresentar alta cristalinidade e módulo de moderado a alto.

Figura 2 – Exemplos de plásticos rígidos e flexíveis. Fonte: Elaborada pelo autor, 2015.

Do ponto de vista de aplicação, os plásticos podem ser divididos em dois grupos: plásticos de engenharia e plásticos de uso geral. Os plásticos de engenharia foram desenvolvidos para suprir lacunas de aplicações e exibem características diferenciadas. O primeiro desses materiais foi desenvolvido pela indústria DuPont, em 1958, o Poliacetal, ilustrado na Figura 3. Eles apresentam maior módulo de elasticidade e, devido às suas propriedades, como resistência à corrosão, isolamento elétrico, alta resistência ao impacto, baixo peso e facilidade de processamento, substituem materiais tradicionais. Além disso, todos os plásticos de engenharia são termoplásticos, isto é, não reticulados, e sua fusibilidade permite um fácil processamento. Apresentam ainda boa resistência mecânica e durabilidade. 64 Laureate- International Universities

Figura 3 – Exemplos de aplicação de plásticos de engenharia: roldana de poliacetal. Fonte: Elaborada pelo autor, 2015.

VOCÊ O CONHECE? Pierre Samuel duPont (1870-1954), industrial americano que, juntamente com outros dois primos, Thomas Coleman duPont e Alfred Irénée duPont, tomou o controle da companhia, a DuPont Chemical Company, sendo seu presidente (1915-1920) e Chairman oftheBoard (1923-1940). Após a Primeira Guerra Mundial, a DuPont Company começou a desenvolver produtos para o ramo da química. A partir dos anos 1930 foram fabricados materiais como nylon, lucite, teflon, orlon, dacron, mylare neoprene.

Podemos dividir os plásticos de engenharia em dois grupos: de uso geral e de uso especial. O Quadro 1 a seguir relaciona os diversos tipos de plásticos, segundo suas aplicações.

Plástico de uso geral

Plástico de engenharia de uso geral

Plástico de engenharia de uso especial

Polietileno – PE

Polietileno de ultra-alto peso molecular – UHMWPE

Politetraflúor-etileno – PTFE

Policloreto de vinila – PVC

Polioxido de metileno – POM

Poliésteres líquido-cristalinos – PAR

Polimetacrilato de metila – PMMA

Politereftalato de etileno – PET

Polisulfeto de fenileno – PPS

Policloreto de vinilideno – PVDC

Policarbonato – PC

Polimidas – PI

Poliuretano – PU

Polifluoreto de vinilideno – PVDF

Poliéter-sulfona – PES

Poliestireno – OS

Poliamidas alifáticas – PA

Poliaril-sulfona – PAS

Resina de ureia-formaldeído – UR

Polioxido de fenileno– PPO

Poliéter-cetona – PEK

Quadro 1 – Exemplos de plásticos segundo seus grupos. Fonte: Gorninski; Kazmierczak, 2010.

Materiais de construção

4.1.2 Materiais cerâmicos A indústria da cerâmica é considerada uma das mais antigas da humanidade. Segundo relata Kazmierczak (2010), há registros da produção de componentes de barro já no período neolítico (12.000 a 4.000 a.C.) e, no Egito, por volta de 3.000 a.C., já era utilizada a cerâmica vidrada. A chamada cerâmica branca já data do século XVIII na Europa central. E nas últimas décadas surgem novas tecnologias e a utilização de novas matérias-primas, resultando no aperfeiçoamento de produtos convencionais e no desenvolvimento de cerâmicas de alta tecnologia, que suportam temperaturas extremas e de elevada resistência mecânica, utilizadas em diversos setores, como a indústria aeroespacial, eletrônica, nuclear e automobilística. (KAZMIERCZAK, 2010, p.565).

Kazmierczak (2010) cita, ainda, que as cerâmicas são obtidas a partir de uma massa base de argila, submetida a um processo de secagem lenta e, após a remoção de uma grande parte da água, cozida em temperaturas elevadas. Um dos critérios mais tradicionais para a classificação das cerâmicas é a cor da massa, que pode ser branca ou vermelha. As cerâmicas vermelhas são provenientes de argilas sedimentares, com altos teores de compostos de ferro, responsáveis pela cor avermelhada após a queima. Aqui se destaca a sua utilização na produção de tijolos, blocos, telhas, tubos, entre outros. Outro tipo de cerâmica muito utilizada é a refratária, a qual a norma NBR 8826 (ABNT, 2014) assim define: “Material cerâmico, natural ou artificial, conformado ou não, geralmente não-metálico, que retém a forma física e a identidade química quando submetido a altas temperaturas”. Bragança e Bergmann (2010) concluem que, para que o material cerâmico possa ser considerado refratário, deve resistir a oscilações térmicas mantendo suas propriedades, em que sua característica principal seja a utilização como revestimento com propriedades estruturais para proteção térmica e, em determinadas aplicações, diretamente responsável pela qualidade do produto, sobretudo, deve resistir a oscilações térmicas mantendo suas propriedades. Suas aplicações, muito bem aceitas, são: lareiras, fornos, reatores e incineradores.

4.1.3 Tintas Segundo Loh (2010, p. 1523), “a tinta é um material que se apresenta na forma líquida e que, quando aplicado, com ou sem diluição sobre uma superfície, deve resultar em um filme sólido, contínuo, uniforme e aderente após a secagem e cura”. A principal função das tintas é a de proteção, mas, inicialmente, quando das suas primeiras aplicações, era decorativa. Loh (2010) observa ainda que, quando seca e curada, a formação do filme sobre a superfície minimiza o seu contato com o meio ambiente devido à formação de uma barreira ao ingresso de agentes agressivos ao seu interior. Assim, a durabilidade da pintura está relacionada com a porosidade e microestrutura da tinta, que, por sua vez, depende da sua formulação, isto é, teor e estrutura química dos polímeros formadores da película e do teor e morfologia dos pigmentos. As principais tintas aplicadas nas obras e reformas de construção civil são as tintas látex, recomendadas para aplicação sobre superfícies de alvenaria, gesso, concreto, entre outras, e os esmaltes sintéticos, recomendados para a aplicação em substratos metálicos e madeira. Embora pouco utilizadas na construção civil, se comparadas às tintas látex e os esmaltes sintéticos, ainda temos as tintas bicomponentes de base epóxi e a poliuretana.

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Devido às questões ambientais e ao impacto que os compostos orgânicos voláteis presentes nas tintas provocam ao meio ambiente, várias tecnologias têm sido empregadas na formulação, produção e aplicação desses produtos.

NÓS QUEREMOS SABER! O que são compostos orgânicos voláteis? São conhecidos como COV ou VOC (sigla em inglês) e significam a quantidade, em massa, expressos em g/dm³, de solventes orgânicos presentes nas tintas ou resinas. Alguns deles são tóxicos e com potencial cancerígeno. A inalação desses compostos, portanto, pode produzir efeitos adversos e diretos na saúde humana, principalmente a exposição em concentrações elevadas e por um longo período de tempo.

4.1.4 Vernizes Para Figueiredo e Rêgo (2010), os vernizes são soluções de resinas, naturais ou sintéticas, em um veículo (óleo secativo ou solvente volátil), os quais são convertidos em uma película transparente ou translúcida, após a aplicação em finas camadas. Yazigi (2000) considera que as propriedades do verniz dependem da natureza da resina e do óleo na qual ela se dissolve. Para a correta eficiência do produto, é necessário empregar o tipo de verniz de acordo com a superfície e o ambiente onde ficará exposto. O autor cita, como exemplo, que um verniz de elevada resistência à água poderá ser muito quebradiço para ser utilizado em soalhos, bem como um verniz indicado para uso interior poderá ser inadequado para o uso externo.

4.1.5 Resinas A resina é a parte não volátil da tinta. Por isso, é também chamada de veículo não volátil. Ela é o aglutinante das partículas de pigmento, sendo agente formador de filme. A composição da resina tem elevada importância nas propriedades da película, apesar de esta ser modificada pelo tipo e teor de pigmento presente. O desempenho da pintura, ao longo do tempo, quando exposta ao meio ambiente interno ou externo, é dado pela resistência da resina aos agentes presentes no meio e pela seleção e proporcionamento correto dos pigmentos, aditivos e outros constituintes presentes na formulação. (LOH, 2010, p. 1524).

As principais funções da resina são:

• propriedades mecânicas, como a tração e a elasticidade; • resistência ao intemperismo, como a radiação UV, água e poluentes; • resistência química, como a alcalinidade da argamassa; • aderência. As resinas já foram obtidas de compostos naturais, vegetais ou animais. Atualmente, são advindas da indústria petroquímica, na forma de polímeros, com durabilidade e propriedades muito superiores devido à tecnologia. Na construção civil, as resinas mais aplicadas são os homopolímeros e copolímeros de acetado de vinila e os copolímeros acrílicos, ambos na forma de emulsões, presentes nas tintas, colas, selantes e, inclusive, nos aditivos para argamassas e concretos. 67

Materiais de construção

4.2 Características físicas e propriedades dos materiais poliméricos 4.2.1 Massa específica De uma forma geral, os materiais poliméricos (plásticos, tintas, vernizes, resinas) apresentam uma massa específica mais baixa que os materiais cerâmicos. Andrade (2010) relata que a maioria dos polímeros apresenta massa específica entre 0,9 e 1,5 g/cm³, enquanto que um material cerâmico apresenta a sua massa específica em torno de 3,3 g/cm³. O fato de os materiais poliméricos possuírem menor massa específica contribui, por exemplo, na facilidade operacional de manuseio e instalação desses materiais, como, por exemplo, no caso dos materiais plásticos, o seu uso em tubos e conexões hidráulicos e em eletrodutos e materiais elétricos.

4.2.2 Comportamento mecânico Andrade (2010) observa que as propriedades elásticas dos materiais poliméricos apresentam grandes variações, pois a sua deformação é influenciada, principalmente, pelo tempo. Sendo assim, a Figura 4 apresenta o comportamento mecânico dos principais tipos de polímeros através das suas curvas tensão-deformação.

σ Frágil

Dúctil

Altamente elástico

Figura 4–Curvas tensão-deformação dos materiais poliméricos. Figura Preparação 4 – Curvas tensão-deformação dos materiais poliméricos. da massa: extração da argila, sazonamento, mistura e homogeneização Fonte: Callister Jr., 2002. Conformação da argila: extrusão ou prensagem

Segundo Callister Jr. (2002), os polímeros que sofrem uma ruptura frágil apresentam um elevado natural ou artificial grau de cristalinidade; à medida que há um Secagem aumento do grau de amorfismo da estrutura polimérica, a ruptura do material tende a ser dúctil. Já os polímeros que apresentam uma microestrutura Queima até a temperatura especificada formada por ligações lineares têm um comportamento elástico. Resfriamento

Figura 6 – Fabricação dos componentes de cerâmica vermelha.

Matérias-primas

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Estocagem Moagem Umidificação Secagem

Preparação das matérias-primas

Prensagem ou extrusão

Conformação

NÃO DEIXE DE LER... O livro Ciência e engenharia dos materiais: uma introdução, de William D. Callister Jr. Um excelente referencial para quem deseja se aprofundar na ciência e engenharia dos materiais devido a sua terminologia familiar e os conceitos desde os mais simples até os mais complexos. Os conceitos são tratados e detalhados com profundidade, o que permite aos leitores compreendê-los por completo sem a necessidade de consultar outras fontes.

4.2.3 Resistência ao impacto O estudo do comportamento dos materiais poliméricos sob impacto é importante em decorrência das diversas situações a que estarão sujeitos. De acordo com Andrade (2010), alguns materiais plásticos considerados satisfatórios em determinadas situações podem ser descartados por apresentarem uma tendência à fratura frágil sob um impacto.

4.2.4 Propriedades térmicas e elétricas Segundo Andrade (2010), o coeficiente de dilatação térmica linear dos materiais poliméricos é elevado, podendo atingir valores de até 2,3.10-4/°C. Eles também apresentam uma baixa condutividade térmica, com valores situando-se entre 0,12 W/m.K (polipropileno) e 0,48 W/m.K (polietileno de alta densidade). Esses valores baixos de condutividade tanto térmica quanto elétrica dos polímeros estão associados à indisponibilidade de elétrons livres na sua estrutura, ao contrário dos materiais metálicos, que apresentam uma quantidade considerável de elétrons livre responsáveis pela condução térmica e elétrica. Tal propriedade pode gerar um problema no momento do processamento dos polímeros, pois a temperatura necessária para a moldagem deve ser aumentada gradativamente a fim de se evitar a ocorrência de defeitos na sua estrutura.

4.3 Características físicas e propriedades dos materiais cerâmicos Segundo Kazmierczak (2010, p. 567), [...] a primeira etapa da fabricação de uma cerâmica consiste na definição das propriedades requeridas para a massa, em função das especificações do componente a ser fabricado. A comprovação das propriedades é realizada por meio de diversos ensaios de caracterização. Os ensaios iniciais são realizados diretamente na matéria-prima, com o objetivo de se buscar as propriedades ideais para a moldagem e secagem de produtos cerâmicos. Na sequência são realizados ensaios de caracterização em corpos-de-prova da matéria pronta, isto é, que passara por todas as etapas de produção (preparo da massa, moldagem, secagem e queima).

Materiais de construção

4.3.1 Caracterização física das argilas É realizada a partir da determinação granulométrica e dos índices de plasticidade da argila.

NÓS QUEREMOS SABER! O que é argila? A argila é um material natural, terroso, proveniente da decomposição de rochas, de baixa granulometria (elevado teor de partículas com diâmetro inferior a 2µm), que apresenta plasticidade quando misturada com quantidades adequadas de água. É constituída por argilominerais, podendo conter outros minerais como quartzo, feldspato, mica, pirita e hematita, além de matéria orgânica e outras impurezas.

4.3.2 Distribuição granulométrica A distribuição granulométrica associada à forma e ao estado de agregação das partículas de argila exerce grande influência no comportamento da massa e nas propriedades da cerâmica, tais como a distribuição de poros, resistência mecânica e textura. Há diversos processos para a determinação da distribuição granulométrica da argila. Os mais precisos são a difração a laser e a determinação da velocidade de sedimentação por absorção de raios X. Tais métodos geram uma curva de distribuição granulométrica de grande precisão.

4.3.3 Plasticidade Conforme Kazmierczak (2010, p. 570), “a caracterização física da argila pressupõe a determinação de seus índices de plasticidade. Plasticidade é a propriedade que um sistema rígido possui de se deformar, sem se romper, quando submetido a uma determinada força, e de manter essa deformação após cessar essa força”. A plasticidade é fundamental para as argilas destinadas à produção de cerâmica vermelha, tendo em vista que sua moldagem ocorre por extrusão. Durante o processo de produção da cerâmica vermelha, o objetivo é determinar a mínima quantidade de água necessária para permitir uma moldagem adequada, uma vez que teores excessivos de água possivelmente produzem elevadas contrações durante as etapas de secagem e queima e um aumento da porosidade da cerâmica, tendo como consequência perda de resistência mecânica e aumento da permeabilidade de água. Para a correta definição das quantidades de água presente na argila, devemos recorrer às relações denominadas índices de Attemberg. Os índices de Attemberg são conhecidos como limite de plasticidade, limite de liquidez e índice de plasticidade. O limite de plasticidade (LP) é o mínimo teor de água, em relação à argila seca, que permite a moldagem em cilindros com cerca de 3 mm de diâmetro e 100 mm a 150 mm de comprimento, sem que ocorram fissuras. O limite de liquidez (LL) é o teor de água, em relação à argila seca, acima do qual a massa flui, quando agitada. A norma NBR 7180 (ABNT, 1988) descreve o método de Casagrande para a obtenção do limite de liquidez. O índice de plasticidade é a diferença entre o limite de liquidez e o limite de plasticidade.

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Figura 5– Obtenção dos índices de Attemberg: (A) limite de plasticidade, (B) limite de liquidez. Fonte: Elaborada pelo autor, 2015.

4.3.4 Componentes de cerâmica Os principais componentes de cerâmica são os tijolos maciços, blocos cerâmicos, telhas, tubos cerâmicos, revestimentos e os refratários. Algumas características desses componentes serão muito bem entendidas quando da análise do seu processo de fabricação, porém foge ao escopo deste capítulo uma análise mais aprofundada a respeito das particularidades de cada etapa. Para os componentes de cerâmica vermelha (tijolos, telhas, tubos, entre outros), pode ser dividida entre as etapas de preparação da massa, moldagem, secagem, queima e resfriamento da cerâmica, conforme a Figura 6. Já para os produtos para revestimentos cerâmicos, a Figura 7 detalha o diagrama de fabricação.

Preparação da massa: extração da argila, sazonamento, mistura e homogeneização Conformação da argila: extrusão ou prensagem Secagem natural ou artificial Queima até a temperatura especificada Resfriamento Figura 6 – Fabricação dos componentes de cerâmica vermelha. Fonte: Kazmierczak, 2010.

Materiais de construção

Estocagem Moagem Umidificação Secagem

Matérias-primas

Preparação das matérias-primas

Prensagem ou extrusão

Conformação

Secagem 1ª Queima

Esmaltação

Esmaltação Queima Porcelanato

Queima

2ª Queima Biqueima: Porosa

Monoqueima: Porosa, Semigrés e Grés

Figura 7 – Fabricação dos revestimentos cerâmicos. Fonte: Gastaldini; Sichieri, 2010.

4.3.5 Componentes de cerâmica utilizados na construção de alvenarias Para a cerâmica vermelha, os principais componentes utilizados na construção de alvenarias são os tijolos maciços e os blocos cerâmicos. Os tijolos maciços são componentes que possuem forma paralelepipédica, podendo apresentar rebaixos de fabricação em uma das faces de maior área, conforme ilustra a Figura 8. São classificados em duas categorias: tijolos maciços comuns e especiais. Os tijolos maciços devem possuir dimensões nominais de 19 x 9 x 5,7 cm ou de 19 x 9 x 9 cm (a mais comum). A norma NBR 7170 (ABNT, 1983) denomina de tijolos especiais aqueles fabricados sob formas ou dimensões nominais diversas das especificadas para tijolos comuns. De modo geral, os tijolos maciços apresentam resistência à compressão entre 1,5 e 20 MPa, possuem elevada absorção (entre 15% e 25%) e facilidade de corte.

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Figura 8 – Modelos de tijolos maciços disponíveis no mercado. Fonte: Geremiasetal, 2014.

Conforme a Figura 9, os blocos cerâmicos são produzidos em diversas formas e possuem furos paralelos a uma de suas faces. A normalização brasileira classifica os blocos cerâmicos em duas categorias: blocos de vedação e blocos estruturais. O bloco cerâmico para alvenaria de vedação tem a função principal de suportar o peso próprio da alvenaria da qual faz parte, e o bloco cerâmico para alvenaria estrutural tem a função de suportar o carregamento previsto na estrutura. A normalização brasileira classifica os blocos estruturais em três categorias: blocos com paredes vazadas, blocos com paredes maciças e blocos perfurados.

Vedação com furos na horizontal

Vedação com furos na vertical

Estrutural com paredes maciças

Estrutural com paredes vazadas

Estrutural perfurado

Figura 9 – Principais blocos cerâmicos utilizados na alvenaria. Fonte: Kazmierczak, 2010.

Para Kazmierczak (2010), partindo de uma abordagem sistêmica, pode-se afirmar que as propriedades dos tijolos e blocos cerâmicos devem ser compatíveis com as exigências e condições de exposição da alvenaria por eles constituída durante as etapas de execução e de uso. A alvenaria, por sua vez, deve ser projetada de modo que, sob condições ambientais e de uso previstas em projeto, mantenha segurança, estabilidade e plenas condições de uso durante sua vida útil. A especificação das propriedades requeridas para um determinado tijolo ou bloco cerâmico deve, portanto, levar em consideração as características específicas de cada obra. 73

Materiais de construção

Como parte dessas principais propriedades exigidas para tijolos e blocos cerâmicos, podem-se relacionar:

• resistência à compressão compatível com as exigências de projeto; • dimensões adequadas para o levantamento da alvenaria; • permeabilidade

compatível com as condições de exposição a que a alvenaria está

submetida;

• variação volumétrica (em função de gradientes de temperatura e de umidade) compatível com as condições de exposição/uso a que a alvenaria está submetida;

• características

de superfície e distribuição de poros compatível com a argamassa a ser aplicada para o assentamento e/ou revestimento da alvenaria.

4.3.6 Telhas cerâmicas As telhas cerâmicas são componentes que, em conjunto com componentes assessórios, são utilizados para a construção de telhados. Conforme a norma NBR 15310 (ABNT, 2009), a classificação dos tipos de telhas, mostrada na Figura 10, é função de suas características geométricas e do tipo de fixação, divididas em quatro tipos:

• telhas

planas de encaixe: são do tipo planas que se encaixam por meio de sulcos e saliências, apresentando pinos, ou pinos e furos de amarração, para sua fixação da estrutura de apoio;

• telhas

compostas de encaixe: são do tipo planas que possuem geometria formada por capa e canal no mesmo componente, apresentando pinos, ou pinos e furos de amarração, para sua fixação da estrutura de apoio;

• telhas

simples de sobreposição: são formadas pelos componentes capa e canal independentes (o canal deve possuir pinos, furos ou pinos ou furos de amarração, para sua fixação da estrutura de apoio);

• telhas

planas de sobreposição: são do tipo planas que somente se sobrepõem e que podem ter pinos para o encaixe na estrutura de apoio ou pinos e furos de amarração para fixação.

(A)

(B)

(C)

Figura 10 – Tipos de telha: (A) plana de encaixe, (B) composta de encaixe, (C) simples de sobreposição; (D) plana de sobreposição. Fonte: ABNT,2009.

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(D)

Uma das principais exigências para um telhado é que não permita a passagem de água quando submetido à ação concomitante de chuva e vento. As telhas devem ser projetadas de modo a atenderem a essa exigência, quando montadas em um telhado com uma declividade adequada às condições de exposição. Além de atenderem à exigência de impermeabilidade, as telhas devem ser retilíneas e planas, impedindo, dessa forma, problemas de encaixe que podem comprometer o desempenho do telhado. Ademais, a absorção de água deve ser pequena, de modo a impedir a passagem de água pelo corpo da telha após longos períodos de exposição à chuva. Outro parâmetro importante a ser considerado é a massa da telha, pois a carga a que a estrutura do telhado estará submetida é diretamente proporcional a essa propriedade. Então, além das propriedades citadas, as telhas ainda devem não só apresentar resistência compatível com os esforços decorrentes das atividades de transporte e de montagem do telhado, mas também ao trânsito eventual decorrente das atividades de manutenção, após a sua execução.

4.3.7 Tubos cerâmicos Os tubos cerâmicos, também chamados de manilhas, são utilizados para a canalização de águas pluviais e esgotos. São cilíndricos e podem ser retos (tubos de ponta e ponta) ou podem conter uma alteração no diâmetro da sua extremidade (bolsa) que permite o encaixe diretamente com o tubo seguinte (tubos de ponta e bolsa), conforme ilustrado na Figura 11.

Figura 11 – Tubos cerâmicos. Fonte: Elaborada pelo autor, 2015.

As dimensões dos tubos devem atender ao que indica a norma NBR 5645 (ABNT, 1991). O diâmetro nominal varia entre 75 mm e 600 mm, e o seu comprimento nominal pode ser de 600 mm, 800 mm, 1.000 mm, 1.250 mm, 1.500 mm ou 2.000 mm. As juntas entre os tudo cerâmicos de ponta e bolsa podem ser de argamassa, betume ou elásticas. As juntas de argamassa de cimento e areia possuem durabilidade menor devido a elevada rigidez. As juntas de betume são semirrígidas, sendo mais duráveis. Já as juntas elásticas consistem no uso de um anel de borracha que se encaixa na ranhura da ponta de um tudo e fica pressionada contra a face interna da bolsa do tubo seguinte. (KAZMIERCZAK, 2010, p.586).

4.3.8 Revestimentos cerâmicos Para Gastaldini e Sichieri (2010), o revestimento cerâmico constitui-se de um sistema em que a qualidade do seu funcionamento depende basicamente da qualidade base ou substrato, da qualidade do chapisco, da qualidade da placa em função do local de uso, da correta especificação de todo o sistema e do correto assentamento da placa cerâmica. 75

Materiais de construção

• Características geométricas A norma NBR 13818 (ABNT, 1997) estabelece as tolerâncias dimensionais das placas cerâmicas, bem como os desvios de forma, ou seja: a ortogonalidade, a planaridade (curvatura central, curvatura lateral e empeno) e a retitude dos lados. Gastaldini e Sichieri (2010) comentam que as tolerâncias admitidas pela norma são em função das dimensões nominais das placas, ou seja, placas maiores têm variações dimensionais permitidas maiores. No entanto, devido à retração que ocorre durante a queima, às dimensões reais das placas quase sempre diferem das dimensões nominais. Para que seja possível assentar as placas com rejuntamento adequado, os fabricantes identificam nas embalagens o número do lote; cada lote tem suas tolerâncias das variações dimensionais calibradas em função das dimensões reais produzidas. Logo, o usuário deve adquirir revestimentos sempre dentro de um mesmo lote a fim de se evitar peças com variações geométricas diferentes definidas nesses calibramentos.

• Características técnicas Gastaldini e Sichieri (2010) observam que as placas cerâmicas existentes no mercado apresentam características físicas e químicas particulares. O seu desempenho após a sua aplicação dependerá das condições de uso e do ambiente em queestão inseridas. Assim, para uma correta especificação, é imprescindível o conhecimento dessas características.

• Absorção de água Indica a quantidade de água que é absorvida pela placa cerâmica conforme o que estabelece a norma NBR 13818 (ABNT, 1997). A absorção de água é dependente da porosidade da placa cerâmica e relaciona-se com a sua resistência ao impacto e com o módulo de resistência à flexão. A resistência ao impacto refere-se à capacidade da placa de resistir aos impactos sofridos, como a queda de objetos, tráfego intenso, entre outras. O módulo de resistência à flexão (MRF) é obtido seguindo-se a norma NBR 13818 (ABNT, 1997) e pode servir de guia para se avaliar a qualidade da queima para um mesmo grupo de absorção de água.

• Resistência à abrasão A resistência à abrasão consiste na resistência ao desgaste superficial que a placa cerâmica apresenta devido ao movimento de pessoas e objetos. Para o caso das placas esmaltadas, a avaliação é feita de acordo com a metodologia desenvolvida pelo Porcelain Enamel Institute (Instituto de Esmalte para Porcelana), cuja sigla é PEI, por meio de uma escala que varia entre 0 e 5 (no qual o 0 tem menor resistência e 5 é a resistência máxima). Nas peças esmaltadas, determina-se o número de ciclos que estas suportam sem apresentar desgastes apreciáveis, promovidas por esferas de aço e material abrasivo. Nas peças não esmaltadas, o ensaio realizado é o de abrasão profunda, e determina-se a quantidade de material (em mm³) que é removido após ter sido submetido à ação de um disco rotativo e um material abrasivo.

• Resistência a manchas e ataques químicos As resistências a manchas e ataques químicos estão relacionadas ao comportamento da placa cerâmica, quando em contato com produtos químicos ou manchantes, de não apresentar alteração na sua aparência. A norma NBR 13817 (ABNT, 1997) apresenta uma classificação em função da facilidade de remoção das manchas ou classes de limpabilidade, conforme a seguir: classe 5 – máxima facili76 Laureate- International Universities

dade de remoção de mancha; classe 4 – mancha removível com produto de limpeza fraco; classe 3 – mancha removível com produto de limpeza forte; classe 2 – mancha removível com aplicação de ácido; classe 1 – impossibilidade de remoção de mancha. A facilidade de remoção de manchas é uma característica técnica muito importante quando se especifica a placa cerâmica para a aplicação em cozinhas, hospitais, garagens, entre outros lugares que exijam limpeza constante.

• Resistência ao choque térmico Refere-se à capacidade da placa cerâmica de resistir a variações de temperatura sem dano à sua estrutura. É uma característica importante quando da especificação de revestimento cerâmicos em locais como lareiras, churrasqueiras, fogões e demais locais que sofrem mudanças bruscas de temperatura que resultam na dilatação do conjunto e na saída sob pressão de água adsorvida no interior dos poros da placa. Na norma NBR 13818 (ABNT, 1997) estão os procedimentos para as determinações do coeficiente de dilatação térmica e da resistência ao choque térmico.

NÃO DEIXE DE VER... O canal IPTV da Universidade de São Paulo. Este vídeo trabalha na construção de uma biblioteca de animações digitais interativas com temas voltados à Ciência e Engenharia dos Materiais: <http://iptv.usp.br/portal/video.action?idItem=7185>.

4.4 Novas tecnologias Segundo John e Gleize (2010), os materiais de construção têm apresentado evolução tecnológica incremental. Os materiais que empregamos hoje, com exceção dos plásticos, foram desenvolvidos há mais de 100 anos. É certo que, nesse período de tempo, esses materiais melhoraram suas propriedades. No entanto, até recentemente, poucas eram as revoluções tecnológicas importantes observadas no campo de materiais de construção civil. Os autores afirmam ainda que o setor da construção civil é uma área-chave para o desenvolvimento sustentável por sua capacidade de retratar nossa sociedade na sua procura por segurança, conforto e bem-estar. Essa exigência social anima um setor econômico particularmente amplo, constituído por cadeias produtivas técnicas que exploram recursos renováveis ou não, transformam as matérias-primas em produtos técnicos cada vez mais evoluídos e montam o conjunto em um produto final relativamente complexo. Nessa perspectiva de desenvolvimento sustentável, as inovações serão necessárias para vencer desafios como:

• redução da poluição, incluindo a redução da emissão de gases ao efeito estufa; • economia

de água, por meio do seu uso racional, e de energia, com o emprego de energias renováveis;

• redução

do consumo de materiais não renováveis e proteção do meio ambiente pela combinação do uso de resíduos como matéria-prima e pela desmaterialização da construção;

• proteção da saúde humana e melhoria da qualidade de vida. 77

Materiais de construção

Esses desafios do setor deverão transformar os materiais de construção e seus componentes rapidamente. Para John e Gleize (2010), o avanço do conhecimento possibilitou, nas últimas décadas, uma grande sofisticação da ciência dos materiais hoje empregada para cumprir as funções desejadas com enorme eficiência. O desenvolvimento futuro dos materiais de construção será, certamente, resultado da aplicação intensiva dos conhecimentos da ciência de materiais e seus conceitos.

NÃO DEIXE DE LER... O artigo A minha avó e o astronauta: materiais de mudança de fase para isolamento térmico e armazenamento de energia, de João Araújo Pereira Coutinho. Trata-se de um interessante artigo do professor de engenharia química da Universidade de Aveiro em Portugal que explana sobre as aplicações das novas tecnologias dos materiais e investiga o futuro dessas aplicações. Disponível no endereço:<http://path.web.ua.pt/ file/coluna-eq2%20v2.pdf.>.

4.4.1 Materiais de alta ecoeficiência Com relação à necessidade do desenvolvimento de materiais de alta e coeficiência, o grande desafio é construir utilizando menores quantidades de matéria-prima. Do ponto de vista do desempenho mecânico, pode-se obter uma redução no consumo de materiais pelo aumento da resistência mecânica. O aumento da resistência, mantida a composição química básica, pode ser obtido pelo controle da quantidade de defeitos, particularmente os poros. A outra estratégia é o desenvolvimento de materiais compósitos que são obtidos pela combinação de materiais com propriedades complementares, que pode melhorar tanto a resistência quanto atenacidade. Como exemplo de materiais de alta ecoeficiência, podemos citar: o concreto de pós-reativos, a madeira densificada e os materiais com gradações funcionais (FGM), conforme mostra a Figura 12.

(A)

(B)

(C)

Figura 12 – Exemplos de materiais de alta ecoeficiência: (A) concreto de pós-reativos utilizado na Ponte de Seonyu, em Seul; (B) madeira densificada; (C) material de reforço e reparo em tubulações em FGM. Fonte: Elaborada pelo autor, 2015.

• Materiais “inteligentes” ou ativos Os chamados materiais “inteligentes” ou ativos são aqueles que possuem características programáveis e são capazes de reagir ou se adaptar às condições do ambiente. Devem ser sensíveis, adaptativos e evolutivos, podendo se comportar como sensores, atuadores ou processadores. 78 Laureate- International Universities

Além disso, devem ter capacidade de mudar suas propriedades físicas em resposta a solicitações naturais ou provocadas vindas do exterior ou do interior do material. Podemos ter como materiais ativos os materiais eletro ou magnetoativos, materiais com memória de forma, os materiais cromoativos e os materiais de mudança de fase (PCM – phase change materials).

Figura 13 – Placas de gesso acartonado – exemplo de material de mudança de fase. Fonte: Elaborada pelo autor, 2015.

• Materiais multifuncionais Materiais multifuncionais são materiais que cumprem simultaneamente mais de uma função. A aplicação desse conceito tem propiciado o desenvolvimento de materiais autolimpantes e materiais porosos capazes de transportar fluidos e, simultaneamente, resistirem aos esforços. Para Cassar (2004, p. 329), [...] a produção de superfícies autolimpantes com a utilização de produtos fotocatalíticos (expostos à luz, têm a capacidade de catalisar a oxidação da matéria orgânica e, simultaneamente, reduzem o ângulo de contato da superfície, que passa a ser superhidrofílica) facilitam a remoção do material decomposto.

Outro exemplo de materiais multifuncionais são as pinturas frias. Uemoto, Sato e John (2010) falam sobre o desenvolvimento de uma nova família de pigmentos, denominados pigmentos coloridos inorgânicos complexos ou pigmentos de óxidos metálicos mistos, que reflete e absorve parte da radiação visível garantindo cor, incluindo o marrom e o preto, mas reflete a fração infravermelha, que não influencia na percepção de cor, mas é responsável por 45% da energia do sol, o que permite a produção de superfícies escuras que refletem parcela significativa da energia.

Materiais de construção

Figura 14 – A Igreja Dives in Misericordia em Roma, construída com concreto de cimento branco fotocatalítico. Fonte: John; Gleize, 2010.

Veja um exemplo. Em muitas obras de reforma de edificações antigas, com mais de 20 anos, por exemplo, o engenheiro depara-se com muitas situações desafiadoras, como a ausência dos projetos, laudos, documentos que permitam ao profissional conhecer como tal edificação foi construída e as características dos materiais que foram aplicados. Na reforma de um importante prédio governamental, a troca das esquadrias da fachada, antigas, por outras novas e mais resistentes, porém mais pesadas, demandou a necessidade da execução de reforços na laje da estrutura. O engenheiro então, em vez de quebrar e buscar na edificação soluções para o reforço, recorreu ao conhecimento das novas tecnologias dos materiais de construção e encontrou nas fibras de carbono a solução que buscava. A aplicação desse material se deu sem a necessidade de quebras e com muita agilidade, permitindo um avanço considerável na execução da obra.

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Síntese Síntese

• Os

materiais plásticos, cerâmicas, tintas, vernizes e resinas são polímeros que evoluem significativamente todos os dias, e a necessidade de se conhecer suas mais variadas aplicações traz benefícios muito grandes às obras.

• Ter o domínio das propriedades da grande variedade dos polímeros existentes no mercado

beneficia o dia a dia do engenheiro, pois são muitas as soluções oriundas desses produtos.

• Cabe

ao engenheiro capacitar-se continuamente diante do desenvolvimento de novos materiais e a melhoria contínua de suas propriedades.

• Diversos

programas de qualidade governamentais, como, por exemplo, o PBQP-H (Programa Brasileiro da Qualidade e Produtividade do Habitat) têm contribuído para a evolução da durabilidade das construções por meio da certificação dos materiais segundo as normas técnicas de referência.

• Dentro do campo de novas tecnologias dos materiais de construção, ainda há muito que ser explorado e desenvolvido, como, por exemplo, os produtos cimentícios com baixo teor de ligantes.

• É importante que os engenheiros estejam atentos às novas tecnologias que diariamente inundam os canteiros de obras, pois é pela capacidade de entendimento do funcionamento desses novos materiais que os profissionais terão destaque.

Referências Bibliográficas

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Minicurrículo do autor Cleberson de Freitas é Engenheiro Civil formado na Universidade Federal do Paraná (2003) e

mestre em Construção Civil pela Universidade Federal do Paraná (2010). Engenheiro Civil responsável pela Manutenção Predial da Companhia Paranaense de Energia (COPEL); Engenheiro de Projetos Sênior pela Votorantim Cimentos; Oficial do Exército Brasileiro como Engenheiro Civil responsável pela Fiscalização da Obra de reforma do Palácio do Planalto e pela nova sede do Tribunal Regional Federal da 1ª Região– TRF/1, ambas em Brasília/DF; Engenheiro Civil Sênior da Empresa Brasileira de Infraestrutura Aeroportuária – INFRAERO, como responsável pelas obras de reforma e ampliação dos Aeroportos Internacionais de Brasília/DF – Presidente Juscelino Kubitschek e Curitiba/PR – Afonso Pena. Atuação em diversas obras de manutenção predial, reformas e ampliações compreendendo o estudo contínuo dos materiais de construção, novas tecnologias, normas técnicas e as boas técnicas de aplicação.