Caracterização de Granitos Utilizados na Construção Civil

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1 Caracterização de Granitos Utilizados na Construção Civil Messias de Paiva Bastos Discente do Engenharia Civil, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, Minas Gerais, Brasil Eduardo Antônio Gomes Marques Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, Minas Gerais, Brasil Fabiano Jerônimo Moreira Sossai Discente do departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, Minas Gerais, Brasil RESUMO: No presente trabalho foram realizados ensaios tecnológicos de caracterização de 21 litotipos de rochas ornamentais graníticas. Os resultados obtidos permitiram determinar os valores médios de massa específica aparente seca, porosidade aparente, absorção aparente, resistência à compressão uniaxial condição seca, resistência à flexão na condição seca e resistência ao impacto de corpo duro. Deste total, 18 litotipos também foram utilizados para a determinação da resistência à compressão puntiforme e resistência à compressão uniaxial após ciclos de gelo e degelo e da velocidade de propagação de onda. A partir dos resultados encontrados foram estabelecidas algumas relações entre os ensaios. PALAVRAS-CHAVE: Rochas para Revestimentos, Indices Físicos das Rochas, Caracterização Fisico- Mecânica das Rochas, Gelo-Degelo. 1 INTRODUÇÃO A caracterização físico-mecânica das rochas ornamentais é importante para garantir segurança, durabilidade, beleza e aplicação adequada a cada uso. Esta caracterização permite agregar valor aos materiais pétreos, posto que definem a utilização mais adequadas e seu comportamento ao longo da vida útil das obras nas quais são utilizados. 2 OBJETIVOS O principal objetivo desse trabalho foi caracterizar tecnologicamente diferentes tipos de rochas graníticas através da realização de ensaios físico-mecânicos e estabelecer possíveis relações entre os ensaios realizados. Parte dos resultados apresentados no presente trabalho foram obtidos por Sossai (2006). A Tabela 1 apresenta os tipos de rochas, sua respectiva numeração e o estado de origem. A partir dos resultados obtidos empresas, profissionais e consumidores podem avaliar as rochas de acordo com suas necessidades. Tabela 1. Nome comercial das rochas ensaiadas e seus respectivos estados de origem. Tipo Nome Comercial Origem 1 Amarelo Verniz Minas Gerais 2 Branco Torrone Minas Gerais 3 Branco Romano Espírito Santo 4 Carioca Gold Minas Gerais 5 Giallo Fiorito Minas Gerais 6 Giallo Ornamental Espírito Santo 7 Giallo Firenze Espírito Santo 8 Juparanã Rio Rio de Janeiro 9 Labareda Gold Minas Gerais 10 Midnight Green Espírito Santo 11 Ocre Itabira Espírito Santo 12 Piracema White Minas Gerais 13 Santa Cecília Espírito Santo 14 Venetian Gold Minas Gerais 15 Verde Butterfly Espírito Santo 16 Verde Ubatuba Minas Gerais 17 Vermelho Brasilia Goiás 18 Giallo Antico Minas Gerais 19 Amarelo Marfim Espírito Santo 20 Amarelo Ornamental Espírito Santo 21 Verde Pavão Espírito Santo

2 3 METODOLOGIAS 3.1 Índices Físicos das Rochas Os ensaios foram realizados de acordo com a NBR 12766/1992 (Rochas para revestimento Determinação da massa específica aparente, porosidade aparente e absorção d água aparente). A massa específica aparente seca (ρa sec ) é calculada pela equação 1. A ρ a sec = ρh2o (1) ( B C) A porosidade aparente ( η a ) é calculada pela equação 2. B A η a = 100 (2) B C A absorção aparente ( α a ) é calculada pela equação 3. B A α a = 100 (3) A Em que: A - Massa seca; B - Massa saturada com superfície seca; C - Massa submersa; ρ - Massa específica da água H 2 O 3.2 Resistência à Compressão Uniaxial Resistência à Compressão Uniaxial de Rochas no Estado Natural Os ensaios foram realizados de acordo com as diretrizes da norma NBR 12767/1992 (Rochas para revestimento - Determinação da resistência à compressão uniaxial). O procedimento consiste em submeter um corpo-de-prova com dimensões cúbicas de (7 x 7 x 7 cm) à esforços de compressão. As rochas como material de construção são frequentemente solicitadas à compressão, a diferentes graus de intensidade. Quando o esforço aplicado é maior do que aquele que a rocha pode suportar, ela se rompe. A tensão de ruptura é dada pela equação 4. F σ r = (4) S Em que: F Força capaz de romper o corpo-de-prova S Área do corpo-de-prova onde a força é aplicada Congelamento e Degelo Conjudado com a Verificação da Resistência à Compressão Uniaxial Este método de ensaio é mais significativo para rochas que serão utilizadas em clima frio, nas áreas extra-tropicais, pois, quantifica a perda de resistência que a rocha sofre após um determinado número de ciclos de congelamento e descongelamento. O Brasil é um dos maiores exportadores de granitos, e conhecer as características das rochas quanto ao congelamento e degelo tornase imprescindível para aceitação do mercado externo, principalmente dos países europeus e Estados Unidos. A norma utilizada foi a NBR 12769/1992 (Rochas para revestimento Ensaio de congelamento e degelo conjugado à verificação da resistência à compressão). O método consiste em congelar por 24 h os corpos-deprova que possuem as dimensões (7 x 7 x 7 cm), imersos em uma solução aquosa com 5%, em volume, de álcool etílico. Após isto, descongelar até que a temperatura do líquido atinja à temperatura ambiente. Após 25 ciclos de congelamento e degelo os corpos de prova são rompidos à compressão uniaxial. 3.3 Resistência à Flexão São realizados ensaios de compressão que induzem à ruptura por tração. Um dos métodos usuais é o ensaio de flexão de três pontos, utilizado neste trabalho. O ensaio de flexão foi realizado de acordo com a norma NBR 12763/1992 (Rochas para

3 revestimento - Determinação da resistência à flexão), que consiste em submeter o corpo de prova com dimensões aproximadas (20 x 10 x 5 cm) à um esforço de tração por flexão, no sistema de carregamento em três pontos. Os corpos de prova tem a forma de uma viga com comprimento L, largura b e espessura d submetidos a esforços de flexão (P). Uma carga é aplicada por dois pontos contra um ponto de apoio centrado a meia distância do comprimento. A resistência à tração na flexão é calculada pela equação 5. 3 P L σ f = (5) 2bd² 3.4 Resistência ao Impacto A norma utilizada para a realização desse procedimento foi a NBR 12764/1992 (Rochas para revestimento Determinação da resistência ao impacto de corpo duro), que consiste em deixar uma esfera de aço, com massa de 1 kg, cair sobre um corpo-de-prova com dimensões de (20 x 20 x 3 cm) assentado em um colchão de areia, até que ocorra a ruptura, fissura ou lascamento da placa. O resultado do ensaio é expresso pela altura de queda que provoca ruptura da placa. O ensaio de resistência ao impacto de corpo duro possibilita a obtenção de informações relativas ao grau de tenacidade de um material rochoso, e, conseqüentemente, sua capacidade de suportar ações mecânicas instantâneas (VIDAL et al. 1999). 3.5 Resistência à Compressão Puntiforme O ensaio de Resistência à Compressão Puntiforme foi realizado de acordo com método proposto pela ISRM, International Society of Rock Mechanics (1981) e desenvolvido por Broch e Franklin. A rocha é submetida a um sistema de carregamento em que dois cones metálicos são pressionados ao longo do eixo principal do corpo de prova, levando-o a ruptura. Foram utilizados corpos-de-prova com dimensões (4,8 x 4,8 x 4,5 cm) com medidas variáveis em torno de (± 1 cm) e sua finalidade é relacionar os valores de compressão uniaxial e resistência à flexão com a resistência à compressão puntiforme. O índice de resistência à compressão puntiforme (IS 50 ) é calculado a partir de um fator de correção que é multiplicado pelo índice de resistência à compressão puntiforme (IS). O fator de correção (FC) depende da relação do diâmetro do corpo-de-prova e o diâmetro padrão de 50 mm. As equações 6, 7 e 8 são utilizadas no cálculo do ensaio. 0,45 de FC = (6) 50 P IS 10 2 de 3 = (7) IS 50 = FC IS (8) onde FC = fator de correção; P = carga de ruptura; IS, IS 50 = índice de resistência; de = diâmetro equivalente. (equivalência em caso da utilização de amostras que não tenham seção circular) 3.6 Velocidade de Propagação de Ondas A determinação da velocidade de propagação de ondas ultra-sônicas longitudinais (m/s) permite avaliar, indiretamente, o grau de alteração e de agregação dos minerais na rocha, pois, os valores relativamente mais altos, num conjunto de corpos-de-prova de uma mesma amostra ou entre amostras petrograficamente semelhantes, indicam um menor grau de alteração e uma maior coesão entre seus minerais formadores (FRASCÁ, 2002). O método de ensaio utilizado foi o proposto pela ISRM (1978) Determining Sound Velocity, e desenvolvido por Rummel & Heerden em 1977, que consiste em submeter o corpo-deprova a pulsos de ondas ultra-sônicas, para conhecer o tempo que a onda leva para atravessar a amostra. A velocidade de propagação de ondas longitudinais (v) é calculada pela equação 9.

4 L v = (9) t Em que: L Distância entre transmissor e receptor t Tempo gasto para a onda percorrer a distância (L) 4 RESULTADOS OBTIDOS A Tabela 2 apresenta os valores de referências utilizados na interpretação dos resultados dos ensaios. Tabela 2 Valores de referências estabelecidos pela Norma ASTM C-615 e por FRAZÃO & FARJALLAT (1996) e Frazão (2002). Características Norma ASTM C -615 Frazão & Farjallat Massa específica > 2560 > 2550 aparente (Kg/m³) Porosidade (%) n.e < 1,0 Absorção (%) < 0,4 < 0,4 Resistência à > 131 > 100 compressão Uniaxial (MPa) Resistência à > 10,3 > 10,0 flexão (MPa) Resistência ao n.e > 0,4 impacto (m) Velocidade de n.e > 4000 propagação de ondas (m/s) n.e não específicado A partir dos resultados apresentados na Tabela 3, observou-se que todas as rochas analizadas apresentaram valores de massa específica aparente superior ao recomendado na Tabela 2. Na média as rochas possuem uma massa específica aparente de 2646 Kg/m³, sendo que 14 das rochas ensaiadas não atendem às recomendações relacionadas à porosidade e 13 rochas não atendem às recomendações relacionadas à absorção. A porosidade média das rochas é 1,08 % e a absorção é 0,41 %. Tabela 3 Valores médios de massa específica aparente seca, porosidade aparente e absorção aparente Nome Comercial ρ a sec (Kg/m³) η(%) α (%) 1 Amarelo Verniz ,33 0,51 2 Branco Torrone ,99 0,37 3 Branco Romano ,80 0,31 4 Carioca Gold ,70 0,65 5 Giallo Fiorito ,41 0,54 Giallo Ornamental ,14 0, Giallo Firenze ,11 0,42 8 Juparanã Rio ,12 0,43 9 Labareda Gold ,22 0,47 10 Midnight Green ,80 0,29 11 Ocre Itabira ,12 0,41 12 Piracema White ,50 0,19 13 Santa Cecília ,17 0,45 14 Venetian Gold ,34 0,51 15 Verde Butterfly ,98 0,37 16 Verde Ubatuba ,00 0,37 17 Vermelho Brasília ,79 0,30 18 Giallo Antico ,14 0,44 19 Amarelo Marfim ,15 0,44 Amarelo Ornamental ,07 0, Verde Pavão ,75 0,28 Valor Médio ,08 0,41 Os resultados apresentados na Tabela 4 permitem verificar que 2 amostras apresentaram valores de resistência à compressão uniaxial abaixo do valor recomendado por Frazão & Farjallat (1996) e Frazão (2002). No entanto, 10 amostras não atendem às recomendações da ASTM C-615. Com relação aos ensaios após o congelamento e degelo, 3 amostras não atendem às recomendações de Frazão & Farjallat (1996) e Frazão (2002) e 12 amostras não atendem às recomendações da ASTM C-615. Após 25 ciclos de congelamento e degelo verificou-se que as rochas tiveram, em média, uma queda de 10 % da resistência à compressão uniaxial. As partículas de água existentes nos vazios da rocha se congelam e ocorre uma expansão do volume, consequentemente aparecem microfissuras na estrutura da rocha devido as tensões internas, diminuindo assim sua resistência.

5 Tabela 4 Valores médios de resistência a compressão uniaxial natural, resistência uniaxial após 25 ciclos de congelamento e degelo e resistência a flexão. N Nome Comercial σ nat σ gd σ f (MPa) (MPa) (MPa) 1 Amarelo Verniz ,5 2 Branco Torrone ,2 3 Branco Romano ,6 4 Carioca Gold ,0 5 Giallo Fiorito ,7 6 Giallo Ornamental ,7 7 Giallo Firenze ,8 8 Juparanã Rio ,0 9 Labareda Gold ,6 10 Midnight Green ,7 11 Ocre Itabira ,1 12 Piracema White ,5 13 Santa Cecília ,1 14 Venetian Gold ,1 15 Verde Butterfly ,9 16 Verde Ubatuba ,4 17 Vermelho Brasília ,5 18 Giallo Antico ,2 19 Amarelo Marfim 104 n.a 9,0 Amarelo 20 Ornamental 99 n.a 7,4 21 Verde Pavão 87 n.a 11,2 Valor Médio ,5 n.a não foi analizado As rochas Amarelo Verniz, Midnght Green, Piracema White e Vermelho Brasília apresentaram maior resistência à compressão uniaxial, isto pode estar relacionado ao fato da rocha apresentar variações de suas características físicos e mecânicas na mesma jazida, devido a diferenças de cristalização dos minerais. Quanto a resistência à flexão 11 amostras não atendem as recomendações, como é possível notar na Tabela 4. Ao analisar os resultados da Tabela 5, verifica-se que todas as rochas apresentam valores de resistência ao impacto de corpo duro superior ao valor recomendado por Frazão & Farjallat (1996) e Frazão (2002), a média da altura necessária para promover a ruptura da rocha é de 0,52 m. A resistência à compressão puntiforme apresenta média de 4,9 MPa. É importante destacar o valor da relação compressão uniaxial x compressão puntiforme. Um valor empírico admitido é que a compressão uniaxial é 24 vezes a compressão puntiforme, para corpos-deprova cilíndricos e relação altura/diâmetro igual a 2. No caso de corpos de prova cúbicos o valor médio da resistência a compressão puntiforme encontrado é 31 vezes maior que a compressão uniaxial e 2,2 vezes maior que a resistência à flexão. O valor médio da propagação de ondas é de 4616 m/s, sendo que 2 amostras apresentam valores inferiores aos sugerido por FRAZÃO & FARJALLAT (1996) e FRAZÃO (2002). Tabela 5 Valores médios de resistência ao impacto, resistência à compressão puntiforme e propagação de ondas longitudinais N Nome Comercial h (m) IS 50 ν (MPa) (m/s) 1 Amarelo Verniz 0,60 3, Branco Torrone 0,57 3, Branco Romano 0,59 3, Carioca Gold 0,46 4, Giallo Fiorito 0,48 4, Giallo Ornamental 0,50 3, Giallo Firenze 0,64 3, Juparanã Rio 0,54 6, Labareda Gold 0,60 4, Midnight Green 0,49 7, Ocre Itabira 0,52 4, Piracema White 0,48 10, Santa Cecília 0,50 4, Venetian Gold 0,52 3, Verde Butterfly 0,47 4, Verde Ubatuba 0,48 6, Vermelho Brasília 0,49 6, Giallo Antico 0,55 5, Amarelo Marfim 0,55 n.a n.a 20 Amarelo Ornamental 0,46 n.a n.a 21 Verde Pavão 0,44 n.a n.a Valor Médio 0,52 4, n.a não foi analizado 5 CONCLUSÕES As rochas estudadas apresentam como características marcantes uma elevada massa específica aparente, baixa porosidade aparente, baixa absorção aparente, elevada resistência à compressão uniaxial (com e sem realização de ciclos de gelo e degelo). Têm baixa resistência à flexão, boa resistência ao impacto de corpo duro, baixa resistência à compressão puntiforme

6 e apresentam bom comportamento quanto a propagação de ondas longitudinais. Ao compararmos os valores obtidos no presente estudo, cujo resumo é apresentado na Tabela 6, com os valores de referência estabelecidos por Frazão & Farjallat (1996), Frazão (2002) e com a Norma ASTM C-615, as rochas não atendem a todos os valores de referência para todas as propriedades estudadas, com excessão do litotipo denominado Piracema White. Desta forma, torna-se necessário avaliar quais são as melhores formas de aplicação de cada rocha na construção civil e o tipo de tratamento adequado na exploração e no acabamento final da rocha, tendo em vista o resultados obtidos nesse estudo. Tabela 6 Valores médios das caracteristicas físicomecânicas das rochas estudadas. Características Valores médios Massa específica aparente (Kg/m³) 2646 Kg/m³ Porosidade Aparente (%) 1,08 % Absorção Aparente (%) 0,41 % Resistência à compressão uniaxial (MPa) 131 MPa **Resistência a compressão uniaxial após 25 ciclos de 125 MPa congelamento e degelo (MPa) Resistência a flexão (MPa) 10,5 MPa Resistência ao impacto (m) 0,52 m **Resistência à compressão puntiforme (MPa) 4,9 MPa **Propagação de ondas (m/s) 4616 m/s ** Realizados apenas em 18 tipos de rochas. Através das relações entre os ensaios, verificou-se que, em média, a resistência à compressão uniaxial é 15 vezes maior que a resistência à flexão e 31 vezes maior que a resistência à compressão puntiforme, que, por sua vez, é 2,2 vezes menor que a resistência à flexão. Algumas rochas apresentaram valores muito distantes da média. Isto pode ocorrer devido ao fato da rocha apresentar variações na sua composição, e pelo fato de existirem pequenos defeitos, tais como fissuras e microfissuras que são impercéptiveis ao olho nu. REFERÊNCIAS ABNT (1992) Agregados. Verificação do comportamento mediante ciclagem água-estufa. NBR Rio de Janeiro. 3p. da massa específica aparente, porosidade aparente e absorção d'água aparente. NBR Rio de Janeiro. 3p. ABNT (1992) Rochas para revestimento - Ensaio de congelamento e degelo conjugado à verificação da resistência à compressão uniaxial. NBR Rio de Janeiro. 2p. da resistência à compressão uniaxial. NBR Rio de Janeiro. 2p. da resistência à flexão. NBR Rio de Janeiro. 3p. da resistência ao impacto de corpo duro. NBR Rio de Janeiro. 2p. ASTM (1996) Standard specification for granitic dimension stone. C 615. American Society for Testing and Materials. Pennsylvania, USA. 2p. Frascá, M. H. B. O. (2002) Qualificação de rochas ornamentais e para revestimento de edificações: caracterização tecnológica e ensaios de alterabilidade. Simpósio Brasileiro de Rochas Ornamentais, 1; Seminário de Rochas Ornamentais do Nordeste, nov. 01 dezembro 2001, Salvador. Rio de Janeiro: CETEM/MCT 145 p. Frazão, E. B. (2002) Tecnologia de Rochas na Construção Civil - São Paulo. Frazão, E.B. & Farjallat, J.E.S. (1996). Proposta de especificação para rochas Silicáticas de Revestimento. Contribuição técnica ao 8 Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia. Rio de Janeiro, RJ. P Sossai, F. J. M. (2006) Caracterização tecnológica de rochas ornamentais. Dissertação (Mestrado em Geotecnia) Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. Vidal, F. W. H.; BESSA, M. F.; LIMA, M. A. B. (1999) Avaliação das rochas ornamentais do Ceará através de suas características tecnológicas. - Rio de Janeiro: CETEM/MCT - (Série Tecnologia Mineral, 74). 30 p.