CAPÍTULO 3 AGREGADOS Rochas

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1 CAPÍTULO 3 AGREGADOS Agregado é um conjunto de grãos naturais, processados ou manufaturados, de atividade química praticamente nula, que apresentam diferentes tamanhos e interligados por um material aglomerante, formam argamassas e concretos. Segundo Neville (1997), o tamanho do agregado usado no concreto se estende de dezenas de milímetros até partículas com seção transversal menor do que o décimo de milímetro. Em cada mistura são incorporadas partículas com diversos tamanhos, e a distribuição desses tamanhos se denomina granulometria. O termo agregado graúdo é usado para descrever partículas maiores que 4,8 mm (retidas na peneira n 4), e o termo agregado miúdo é empregado para partículas menores do que 4,8 mm. Segundo Bauer (1995), os agregados podem ser naturais ou artificiais. Os agregados naturais já se encontram em forma particulada na natureza. Já os agregados artificiais têm sua composição particulada obtida por processos industriais Rochas Várias são as rochas aptas a serem exploradas para a produção de agregados. As rochas são compostas por vários minerais. Segundo Bauer (1995) as rochas mais comumente exploradas são o granito, o basalto, o gnaisse, o calcário e o arenito. O granito é uma rocha plutônica ácida, com aproximadamente 75% de sílica; cristais de 1 a 5 mm, ou maiores; de cor cinza. Sua taxa de ruptura sob compressão é de aproximadamente 90 MPa. Esta rocha geralmente fornece agregados de excelente qualidade, pois são resistentes, tem baixa porosidade e absorção de água e não reagem com os álcalis do concreto de cimento Portland. O basalto é uma rocha vulcânica básica, com aproximadamente 50% de sílica, de cor cinza escura. Tem taxa de ruptura sob compressão de 140 a 180 MPa. Esta rocha tem granulação fina e dura e fornece bons agregados. O gnaisse é uma rocha metamórfica, granular macroscópica. Apresenta taxa de ruptura sob compressão de 90 a 110 MPa. O calcário é uma rocha sedimentar constituída de mais de 50% de carbonato de sódio e tem taxa de ruptura sob compressão de aproximadamente 160 MPa. Produz, geralmente, agregados de qualidade satisfatória. Tendem a produzir partículas planas ou alongadas.

2 O arenito é uma rocha sedimentar proveniente da consolidação de sedimentos arenosos. Os arenitos apresentam características físicas muito dispersas. Só os muitos consistentes podem produzir agregados de qualidade satisfatória. A taxa de ruptura sob compressão é de 50 a 180 MPa. 3.2 Fragmentos de rochas e frações granulométricas O agregado natural provém da degradação de rochas em conseqüência da ação de agentes atmosféricos, e é retirada de depósitos naturais, chamados minas, ou das margens ou fundos de rios (Lopes, 2002). O agregado artificial é obtido pela trituração mecânica das rochas denominada britagem. A rocha de uma jazida é submetida a sucessivos processos de cominuição, reduzindo-a fragmentos de tamanhos adequados. É comum dividirem-se os materiais granulares em diversas frações. Entretanto, os limites superiores e inferiores de cada classe são arbitrários e variam conforme a origem do agregado e de acordo com os critérios das organizações tecnológicas e normativas de cada país. Logo, há várias discrepâncias nos limites das diversas classes. Com relação a areias e pedregulhos também há diferentes subdivisões classificando em finos (F), médios (M), grossos (G) e muito grossos (MG). As comparações segundo várias normas podem ser visualizadas na figura 3.1. Figura 3.1 Comparação entre as classes de materiais granulares segundo várias normas (IBRACON, 2007)

3 3.3 - Características dos agregados O agregado é o principal responsável pela massa unitária, módulo de elasticidade e estabilidade dimensional do concreto (MEHTA e MONTEIRO, 1994). Desta forma as características mais importantes de um agregado são sua massa específica, textura, granulometria, resistência à abrasão e sanidade. A composição química da rocha matriz, quando não são detectados elementos reativos com o cimento ou meio ambiente, é menos importante que suas características físicas. O conhecimento de certas características dos agregados é uma exigência para a dosagem dos concretos. A massa específica é diretamente proporcional á resistência à compressão do concreto. A forma do agregado, caracterizada pela granulometria e textura, também influi nas propriedades do concreto. As características dos agregados, importantes para a tecnologia dos concretos, são decorrentes da microestrutura do material, das condições de prévias de exposição e do processo de fabricação Massa específica Há diversos modos de considerar a massa específica dos agregados: dos grãos isoladamente e do agregado solto, compactado, seco ou úmido (SILVA, 1991). Massa específica absoluta do agregado é a massa por unidade de volume da parte sólida do grão, excluídos os vazios. Massa específica aparente do agregado é a massa por unidade de volume, incluídos os vazios entre os grãos. Este valor depende do grau de compactação e da umidade, e também é denominada massa unitária. A massa específica aparente tem grande importância em tecnologia para converter as composições do concreto dadas em massa para volume e vice-versa. È importante também para o cálculo dos materiais empregados Absorção e Umidade Segundo a Equipe de Furnas (1997), a absorção e umidade superficial do agregado são de grande importância nas pesquisas de concreto. Para um mesmo agregado, maior absorção indica maior porosidade, maior grau de alteração e menor massa específica.

4 Os vários estados de umidade que podem existir em uma partícula de agregado estão ilustrados na figura 3.2: (a) condição ambiente ou seca ao ar; (b) condição saturada com superfície úmida; (c) condição saturada com superfície seca (SSS), e (d) condição completamente seca. Figura Teor de umidade e absorção (IBRACON, 2007) Na condição ambiente, uma amostra sempre absorve alguma quantidade de água, porém raramente essa quantidade de água é suficiente para saturar a amostra. A amostra é dita saturada quando todos os vazios comunicantes estão preenchidos com água. Areias podem sofrer um fenômeno conhecido como inchamento. É o aumento de volume de uma dada massa de areia devido às películas de água deslocando as partículas e tendendo a separá-las (Neville, 1997). Dependendo do teor de umidade e composição granulométrica do agregado, pode ocorrer um aumento considerável do volume aparente da areia Resistência à compressão, resistência à abrasão e módulo de elasticidade Os agregados estão sujeitos a esforços mecânicos de compressão, tração e flexão, transmitidos pelos carregamentos externos atuantes na estrutura na qual foram utilizados. A resistência à compressão, a resistência à abrasão e o módulo de elasticidade dos agregados são propriedades inter-relacionadas, que são muito influenciadas pela porosidade (MEHTA e MONTEIRO, 1997).

5 Os agregados estão sujeitos a esforços de impacto, esmagamento, desgaste e abrasão. Há vários ensaios que reproduzem cada um destes esforços, sendo o ensaio de abrasão o mais comum Composição granulométrica Chama-se granulometria a composição granulométrica de um agregado, ou seja, a proporção relativa dos diferentes tamanhos dos grãos que o constituem, expressa em porcentagem (SILVA, 1991). Há várias razões para a especificação de limitações granulométricas, entre elas a influência na trabalhabilidade e custo dos concretos. Areias muito grossas produzem mistura de concreto áspero e não trabalháveis, e areias muito finas aumentam o consumo de água e são anti-econômicas. Os agregados que não têm uma grande deficiência ou excesso de qualquer tamanho de partícula (granulometria contínua) produzem as misturas de concreto mais trabalháveis e econômicas. O módulo de finura é um parâmetro usado como um índice de finura do agregado. Segundo Mehta e Monteiro (1997), o módulo de finura é calculado com os dados de uma análise granulométrica, pela soma das porcentagens retidas acumuladas do agregado em cada uma das peneiras de uma série especificada, sendo a soma dividida por 100. O resultado de uma análise granulométrica pode ser interpretado mais facilmente quando representado graficamente através das curvas granulométricas. Na figura 3.3 pode-se observar exemplos de curvas granulométricas. Figura 3.3 Exemplos de curvas granulométricas (IBRACON, 2007)

6 Com uma curva é possível, num simples relance, se a granulometria de uma amostra se enquadra em uma especificação, ou se é muito grossa ou muito fina, ou deficiente em um determinado tamanho Forma e textura superficial A forma e a textura das partículas influenciam mais nas propriedades do concreto no estado fresco que endurecido (MEHTA e MONTEIRO, 1994). As partículas de textura áspera, angulosas e alongadas requerem mais pasta de cimento para produzir misturas trabalháveis do que as partículas lisas e arredondadas. A forma diz respeito às características geométricas, tais como arredondada, angulosa, alongada ou achatada. A tabela 3.1 traz uma classificação da forma das partículas dos agregados (NEVILLE, 1997). Tabela Classificação da forma das partículas dos agregados (NEVILLE, 1997) Classificação Descrição Exemplos Arredondado Completamente erodido pela água ou atrito Seixo de rio ou de praia; areia de rio ou deserto Irregular Naturalmente irregular ou parcialmente Outros seixos; opalas desgastado por atrito, com cantos arredondados Lamelar Material em que a espessura é pequena em Rochas laminadas relação às outras dimensões Anguloso Possuem arestas bem definidas formadas Pedras britadas em geral pela intersecção de faces relativamente planas Alongado Geralmente anguloso, em que o comprimento é bem maior do que as outras dimensões Discóide Comprimento muito maior do que a largura e a largura muito maior do que a espessura

7 A classificação da textura superficial é definida pelo grau de quanto a superfície do agregado é lisa ou áspera, e é baseada em uma avaliação visual. A tabela 3.2 mostra alguns tipos de textura superficial dos agregados (NEVILLE, 1997). Tabela Textura superficial dos agregados (NEVILLE, 1997) Textura Característica Exemplos Lisa Erodido pela água, ou devido a fratura de cristais finos ou lamelares Seixo, ardósia, mármore Granulosa Fratura mostrando grãos uniformes mais ou menos Arenito arredondados Áspera Fratura áspera de rochas finas ou grosseiramente Basalto, calcário granuladas com cristais não facilmente visíveis Cristalina Com constituintes cristalinos facilmente visíveis Granito, gnaisse Substâncias Deletérias Substâncias deletérias são aquelas que estão presentes como constituintes minoritárias tanto nos agregados graúdos quanto nos miúdos, e são capazes de prejudicar a trabalhabilidade, a pega e endurecimento e as características de durabilidade do concreto (MEHTA e MONTEIRO, 1994). A matéria orgânica encontrada em agregados consiste geralmente de produtos de decomposição de matéria vegetal e aparecem na forma de húmus e argila orgânica. As impurezas orgânicas podem interferir nas reações químicas de hidratação. Material pulverulento é constituído por todas as partículas minerais com dimensões inferiores a 0,075 mm, inclusive os materiais solúveis em água, presentes no agregado. A argila pode estar presente no agregado na forma de películas superficiais que interferem na aderência entre o agregado e a pasta de cimento. O silte e o pó de pedreira também são dois tipos de material fino que podem formar películas semelhantes às formadas pela argila. É necessário controlar os teores de argila, silte e pó fino no agregado já que uma boa aderência é fundamental para assegurar a resistência e durabilidade do concreto. Um problema que tem demandado vários estudos se deve a presença de partículas reativas no agregado. Citam-se as chamadas reações álcali-sílica e álcalicarbonato. Na primeira, os álcalis do cimento atacam certos tipos de sílicas reativas que

8 podem estar presentes nos agregados, formando um gel que pode destruir a aderência entre o agregado e a pasta de cimento. As reações álcalis-carbonato ocorrem entre alguns calcários dolomíticos e os álcalis do cimento Fração fina da britagem As frações finas da britagem conhecidas no mercado como pó de pedra e areia de brita são consideradas subprodutos ou resíduos na indústria extrativa da pedra britada. Terra (2000) classifica o pó de pedra como material situado abaixo de 4,8 mm, que apresenta alta quantidade de material pulverulento (até 20%), e areia de brita, aquele mesmo pó de pedra, lavado, com redução significativa de finos, atingindo a faixa dos 6% Processo de fabricação dos agregados artificiais O agregado artificial é obtido pela trituração mecânica das rochas denominada britagem. A rocha de uma jazida é submetida a sucessivos processos de cominuição, reduzindo-a fragmentos de tamanhos adequados. A figura 3.4 mostra um fluxograma de uma pedreira segundo Bauer (1995). Na jazida, a rocha é fragmentada por meio de explosivos, cuja função é produzir blocos a dimensões não superiores à boca do britador primário. O bloco de pedra é comprimido contra a mandíbula fixa do britador primário, fragmentando-se. O produto que deixa o britador primário denomina-se bica-corrida. A bica-corrida do britador primário pode sofrer uma ou duas separações em grelha para permitir separar e retirar o rachão (ou o rachão e o restolho). A bica-corrida do primário sofre uma segunda cominuição em britadores de mandíbulas ou de cone. Depois da rebritagem secundária segue-se a terciária, na qual são empregados britadores de cone. Algumas rochas, o basalto, por exemplo, produzem uma grande quantidade de fragmentos em forma de lamela ou de bastonetes. Se isto ocorre, a pedreira poderá usar um britador de martelos. A fração muito fina que se forma na rebritagem pode ser retirada dos produtos por via úmida, para produzir areia e brita sem alto teor de material fino.

9 LEGENDA: L Lavra B3 Britador Terciário Pd pedrisco B1 Britador Primário C Peneiras de Classificação P1 Pedra 1 G Grelha S Separador de Areia P2 Pedra 2 BC1 Bica-Corrida Primária E Estocagem P3 Pedra 3 BC2 Bica-Corrida Secundária Ar Areia P4 Pedra 4 B2 Britador Secundário Pó Pó de Pedra Re Restolho Ra Rachão Figura 3.4 Fluxograma esquemático de uma pedreira (BAUER, 1995) A bica-corrida que deixa os britadores terciários é separada em frações granulométricas comerciais em peneiras vibratórias. Cada uma destas frações, ou categorias, é estocada em pilhas próprias, de onde sai para o mercado Utilização da fração fina da britagem As frações finas de britagem são obtidas no processo de classificação nas pedreiras. Há várias pesquisas que tratam de temas relacionados às frações finas provenientes de britagem das rochas com o objetivo de buscar uma otimização de sua utilização na construção civil. Há ainda sugestões de aplicações em outras áreas.

10 Cuchierato (2000) contribui com alternativas tecnológicas para utilização dos resíduos de mineração produzidos ma Região Metropolitana de São Paulo. A Região Metropolitana de São Paulo é responsável por 25% da produção nacional de agregados. Verifica-se, nesta pesquisa que a melhor utilização do pó de pedra e areia de brita seria como agregado miúdo em bases e sub-bases em pavimentos de concreto simples e compactado a rolo. D`Agostino e Soares (2001) apresentam e discutem a utilização do material arenoso resultante do processo de britagem de rocha no preparo de argamassas. Para isso, foram determinadas as características tecnológicas tanto dos chamados finos de pedreiras quanto das argamassas produzidas com eles. Concluiu-se que a utilização dos finos de britagem é viável em argamassas. D`Agostino e Soares (2002) fazem a caracterização tecnológica de cinco tipos de areia e define algumas propriedades de argamassa produzidas com estas areias. De origens distintas, são provenientes do desmonte hidráulico de solos originados pelo intemperismo de maciços rochosos, resultantes do processo de britagem/moagem de rochas (finos de pedreira), aluvionares e de ambiente eólico. Assim é esperado que outras areias, além da aluvionar, venha a ser alvo de novas explorações e utilizações. Lopes (2002) visa o aproveitamento dos resíduos de britagem da rocha, na região de Erechim-RS, transformando-os, através da análise granulométrica em areia artificial. O trabalho apresenta a caracterização da areia artificial e a caracterização do concreto utilizando esta areia artificial. Observando os resultados de compressão simples dos concretos pode-se concluir que a areia artificial é utilizável e recomendável. Donza, Cabrera e Irassar (2002) analisam o desempenho do concreto de alta resistência que usa areias artificiais em relação ao concreto que usa a areia natural. Estudam a influência da natureza mineralógica das areias artificiais nas propriedades dos concretos. As areias utilizadas são originadas de calcário, granito e dolomito. Sendo que o concreto com areia de origem granítica foi o que obteve melhores resultados de trabalhabilidade e resistência. Ho, Sheinn, Ng e Tam (2002) estudam a viabilidade de utilização de materiais alternativos como pó de pedra calcária em concreto. Foram comparados resultados de reologia em pastas cimentícias e concretos. Foi concluído que o pó de pedra pode ser usado amplamente na produção de concreto, porém devido à forma da partícula e distribuição granulométrica exigiu uma dosagem mais alta de aditivo plastificante.

11 Cuchierato (2003) descreve sobre a sustentabilidade na indústria da pedra britada através da otimização de resíduos. A geração de resíduos na indústria extrativa da pedra britada é um dos principais problemas econômicos e ambientais do setor, pois uma parcela significativa de suas reservas minerais acaba sendo perdida devido à inadequada disposição ou descarte das frações finas produzidas. Para atender as propostas de sustentabilidade, as pedreiras devem se adaptar a processos produtivos mais limpos e preventivos em relação à geração de resíduos. Topçu e Ugurlu (2003) estudam a influência da adição de agregados finos (0-2mm) no concreto. Os agregados finos usados são de origem mineral, provenientes de britagem de rochas e não contém argila. A adição de 7-10% desses finos é benéfica ao concreto. Há diminuição de porosidade, aumento de trabalhabilidade e resistência. Bosiljkov (2003) analisa a influência dos finos e do pó de pedra calcária nas propriedades do concreto fresco e endurecido. Os resultados indicam que o pó de pedra calcária melhorou a trabalhabilidade da pasta, aumentou a resistência à compressão e obteve um melhor empacotamento das partículas. Sá (2004) desenvolve um modelo, baseado na Análise de Ciclo de Vida, que dá suporte à decisão de produzir areia industrial a partir de rejeitos de pedreiras. O trabalho permitiu demonstrar que a proposta de produzir areia industrial como alternativa à areia natural é economicamente interessante e reduz impactos ambientais. Silva, Buest e Campiteli (2005) destacam a utilização do filler de areia britada de rocha calcária nas propriedades da argamassa de cimento, cal e areia (de revestimento). Os resultados indicaram que a presença de filler na argamassa teve influência favorável nos resultados de absorção de água e índice de vazios. Bouso (2005) reúne em seu trabalho tecnologias disponíveis atualmente, para conseguir o máximo aproveitamento das areias finas produzidas nas pedreiras, em harmonia com as especificações técnicas dos diferentes produtos obtidos e a legislação do meio ambiente. A máxima recuperação das partículas superiores a 0,063 mm, significa não somente que se aumentará a produção de areia, como também sua qualidade. O impacto ambiental das plantas será menor e o custo de operação das mesmas será inferior. Almeida e Silva (2005) destacam a areia artificial como uma alternativa econômica e ambiental para o mercado nacional de agregados. Visando a obtenção dessa areia foi instalada uma unidade piloto de britagem na cidade do Rio de Janeiro. É

12 importante salientar, que a areia artificial apresenta vantagens em relação a areia natural por ser mais uniforme. Bastos, Neto, Carvalho Jr. e Barros (2005) apresentam alguns aspectos inovadores da produção de areia de brita da Pedra Sul Mineração Ltda, em Juiz de Fora- MG. Traz ainda caracterização dos materiais produzidos e um estudo de propriedades mecânicas e de retração da argamassa de revestimento 1:8. Os conceitos aplicados na produção dos agregados e os resultados dos ensaios realizados constituem nova tecnologia para a construção civil da região, passível de transferência para outros centros. Gonçalves, Toledo Filho, Fairbairn, Tavares e Cunha (2005) utilizam a areia industrial produzida num britador de impacto de eixo vertical em uma usina piloto e finos de britagem da mesma rocha de origem para a produção de argamassa. Os resultados demonstram que as argamassas produzidas com areia industrial apresentam desempenho superior ao das misturas contendo areia natural e areia normal enquanto que as argamassas contendo finos de britagem apresentam desempenho inferior. Frigulha, Soares (2005) fazem a caracterização tecnológica de areias produzidas a partir de britagem de rochas na região de São Paulo. Os resultados obtidos mostraram que a argamassa produzida com a areia da unidade Embu apresentou boas características tecnológicas. Nogueira, Dias, Santos e Barroso (2005) comparam argamassa produzidas com areias fluviais e com finos de pedreira. Os resultados preliminares apontam para um desempenho superior das areias artificiais quando se verificam seus valores de resistência comparados aqueles das argamassas confeccionadas com as areias fluviais. Almeida (2005) apresenta a caracterização de concreto produzido em central com 100% de areia artificial de rocha. Foram introduzidos aditivos plastificantes e redutores de água. As características adequadas do concreto foram obtidas através de estudos rigorosos de dosagem e controle de qualidade. Gonçalves, Toledo Filho, Fairbairn, Tavares e Cunha (2005) avaliam a viabilidade técnica da utilização da areia industrial em substituição total do agregado miúdo natural na produção do concreto. Utilizou-se uma areia industrial produzida num britador de impacto de eixo vertical em uma usina piloto. A trabalhabilidade das misturas foi mantida constante utilizando aditivo plastificante. As propriedades analisadas foram o comportamento tensão x deformação, a resistência à tração, porosidade total, estrutura dos poros e a absortividade. Os resultados demonstram que

13 os concretos produzidos com areia industrial apresentam desempenho compatível ao das misturas contendo areia natural, sendo sua utilização tecnicamente viável. Quitete e Frazão (2005) estudam o formato e rugosidade das partículas que constituem a pedra britada e suas frações finas, já que estão entre as propriedades mais importantes destes materiais. Foram estudadas de finos de pedreira, areia normal IPT, areia de rio e areia eólica. Os resultados obtidos mostraram-se promissores para o método ASTM, devido a uma menor subjetividade na determinação das características morfoscópicas das partículas, embora deva ser de execução cuidadosa. Costa, Caranjo, Bastos e Souza (2005) analisam comparativamente várias composições de concreto, com uso de areia artificial basáltica lavada e três tipos de areia naturais de diferentes granulometrias. Foi possível verificar que não há necessidade de trazer materiais de regiões distintas e sim uma correção na composição granulométrica para a obtenção de concretos de melhor qualidade e menor custo. Reis (2005) estuda a influência do beneficiamento, por peneiramento, de areias de rio e artificiais nas características mecânicas do concreto de cimento Portland. Os resultados principais foram os seguintes: areia natural e areia gnaisse com comportamento lentamente reativo, concretos com boa trabalhabilidade, aumento de 14,3% na resistência à tração por compressão diametral e 19,6% na resistência à tração na flexão, em misturas de concreto com areia artificial de rochas britadas, relativamente à mistura de concreto com areia natural. Bastos (2005) estuda a dosagem de concretos convencionais com uso da areia artificial basáltica em substituição parcial a areia fina, levando em consideração as propriedades do concreto fresco, resistência mecânica e durabilidade. O uso de areia artificial basáltica, em substituição parcial da areia muito fina, permite a confecção de concretos convencionais mais resistentes e mais duráveis. O melhor desempenho em todos os aspectos analisados neste trabalho foi a mistura com 70% de substituição de areia artificial. Brum Filho e Bertocini (2006) estudam a areia de britagem da Pedreira Financial de Campo Grande-MS e a dosagem de concretos convencionais com o uso da mesma levando em consideração as propriedades do concreto fresco e resistência à compressão. O uso de finos de pedreiras em concretos convencionais significa uma tecnologia limpa e auto-sustentável. Salas e Bertocini (2006) estudam a dosagem de concretos de alto desempenho com o emprego da areia artificial basáltica, em substituição parcial a areia fina, levando

14 em consideração as propriedades do concreto fresco e resistência mecânica. Foi verificado nos resultados de resistência por compressão axial, dos traços de concreto de alto desempenho, que quanto maior o teor de substituição maior a resistência. Lemos, Trigo, Akasaki, Melges, Girotto e Menossi (2007) propõem a incorporação de resíduos de borracha e de pó de pedra no concreto substituindo parcialmente a areia natural. Com os resultados de resistência à compressão foram montados os diagramas de dosagens para concretos sem adições e com adições de resíduo de borracha e pó de pedra. Foi verificada a viabilidade de adição destes resíduos. Alves e Souza (2007) apresentam o estudo de dosagens de alto desempenho com adição de finos de micaxisto ao cimento, levando-se em conta as propriedades da mistura fresca, resistência mecânica e durabilidade. Nos resultados dos traços avaliados constatou-se que as resistências atendem perfeitamente ao concreto de alto desempenho, tendo em vista o potencial dos agregados que não tem resistência suficiente para limite maior de resistência. Os autores mencionados pesquisaram a utilização da fração fina de britagem de várias maneiras. Este trabalho de dissertação difere dos publicados em dois aspectos. O primeiro seria a utilização das frações finas produzidas em pedreiras da região de Joinville, com suas características próprias. O segundo seria a utilização de um delineamento experimental de 3 2 visando a otimização da propriedade mecânica resistência à compressão.