MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO

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1 Págª 1 A) MATERIAIS PRINCIPAIS MATERIAIS DE São materiais dotados de resistência própria, destinados a suportar cargas, como sejam: Pedras (rochas naturais) Betão (rochas artificiais) Aço Madeira Ligas metálicas Materiais compósitos (em inicio de utilização como as fibras de carbono e outros) B) MATERIAIS DE LIGAÇÃO De pequenas dimensões, pulverulentos na maioria dos casos, servem para ligar e unir outros corpos de maiores dimensões, de que são exemplos: Cimento Gesso Cal Hidráulica Pozolana Colas C) MATERIAIS DE REVESTIMENTO Os que têm como finalidade o acabamento de superfícies, tais como Vernizes Tintas Tecidos Chapas e placas de rochas ornamentais Apainelados de Madeira

2 Págª 2 A) MATERIAIS PRINCIPAIS A.1. PEDRAS (ROCHA NATURAIS) Classificam-se quanto à sua formação e constituição, distinguindo-se entre as que têm interesse para a construção: Eruptivas: Sedimentares: Metamórficas: Granitos Pórfiros Basaltos Calcários Grés Xistos Mármores Aplicações dos Granitos: a) Alvenarias, argamassadas ou não argamassadas ( insossas ) b) Cantarias c) Pavimentação Rodoviária (em desuso pelos seus custos, exceptuando-se em reparações de obras já existentes e com interesse patrimonial) d) Material de Revestimento (chapas polidas) e) Pavimentação de passeios e circuitos pedonais (efeitos decorativos) f) Inerte para betões Aplicações dos pórfiros: a) Só esporadicamente são usados na construção como materiais resistentes por facilmente alteráveis; b) Em chapas polidas, como elementos de revestimento decorativos Aplicações dos basaltos: a) Pela sua dureza (basaltos compactos) raramente são usados em alvenarias, com excepção das ilhas dos Açores e Madeira em que, pela sua natureza vulcânica, são as únicas rochas existentes; b) Em Portugal Continental usam-se também na pavimentação de passeios e circuitos pedonais (efeitos decorativos).

3 Págª 3 Aplicação dos Calcários Variedades brandas: a) Sendo muito trabalháveis e pouco resistentes ao desgaste são usados sobretudo na estatuária e como elementos de revestimento de paredes Variedades duras de utilização semelhante aos granitos: a) Alvenarias, argamassadas ou não argamassadas (insossas) a) Cantarias b) Material de Revestimento (chapas polidas) c) Pavimentação de passeios e circuitos pedonais (efeitos decorativos) d) Inerte para betões e) Matéria prima para cimentos e outros ligantes hidráulicos Aplicação dos Grés São rochas sedimentares muito características, constituídas por grãos de sílica aglomerados por um cimento natural, de constituição siliciosa, argilosa ou calcária. Grés siliciosos são muito duros, pouco trabalháveis. Não sendo portanto usados correntemente na construção civil (usavam-se para o fabrico das mós dos moinhos tradicionais). Grés argilosos Grés calcários são muito moles, não tendo interesse na construção civil. são os que são utilizados na construção civil. Sendo muito porosos, são bons condutores da humidade e portanto só devem ser usados em elementos de construção exteriores (por exemplo soleiras de portes). As brechas do Algarve são grés calcários com grande aplicação como elementos de revestimento decorativos em placas polidas Aplicação dos Xistos São rochas resultantes da metamorfização de argilas, que endurecem e apresentam um aspecto lamelar. Tem alguma aplicação em alvenarias, mas em geral são más alvenarias pela facilidade com que o xisto se parte segundo dadas direcções, obrigando à aplicação de camadas espessas de argamassa, sendo também difícil obter blocos de dimensões regulares.

4 Págª 4 A sua utilização como material para obtenção de inertes para betão deve ser encarada com prudência porque certas variedades se alteram na presença dos componentes do cimento. Assim a sua utilização para o fabrico de betões só deverá ser considerada se previamente se procederem a ensaios adequados. Uma variedade com aplicação tradicional e decorativa na construção é a ardósia. Sendo um bom isolante (em presença de águas pluviais absorve cerca de 1% do peso em água contra cerca de 12% das telhas cerâmicas), tem utilização como chapas finas de pequenas dimensões em coberturas, sendo no entanto pouco competitiva por exigir maiores inclinações das águas dos telhados e estrados contínuos para a sua fixação. Há ainda a possibilidade de se utilizar, após tratamento fabril (submetida a tratamento térmico, submetida a temperaturas superiores a 800º C), sob a forma de ardósia expandida material leve que constitui um excelente isolante térmico e é também usado para o fabrico de betões leves. Aplicação dos Mármores São rochas resultantes da transformação de calcários, que endurecem muitíssimo e recristalizam por metamorfização. Não são utilizados em alvenarias e cantarias. Usa-se sobretudo em chapas polidas para revestimentos, tal como o granito. Usa-se em placas para soleiras e como mosaicos Usa-se sobretudo em escultura Certas variedades são muito brandas, como a pedra de Lióz, que está mais perto do calcário, sendo um mármore de fraca qualidade

5 Págª 5 A.2. BETÕES (ROCHA ARTIFICIAIS) O betão é uma mistura homogeneizada e plástica de Ligante Água Areia e Pedra Adjuvantes (eventualmente) que endurece (ganha presa) dando lugar a uma rocha artificial facilmente moldável nos instantes iniciais. As suas características dependem naturalmente dos materiais que se empregam no seu fabrico e das condições de aplicação Tipo de Componente Componente Exemplo de Composição Componentes inertes Componentes activos Componentes aditivos Areia Pedra Água Ligante Hidráulico 100 litros 650 litros 150 litros 100 litros Adjuvantes Plastificante (5%) É por contraste com os elementos ditos activos, aqueles que dão origem à reacção química que conduz ao endurecimento da matriz que envolve a areia e a pedra que estes são designados por componentes inertes. Note-se que esta designação não é completamente correcta porque alguns destes elementos inertes podem também reagir com a água ou com os elementos do cimento. Os componentes aditivos (que se adicionam à massa do betão) têm como finalidade melhorar as características do betão, função da finalidade da sua utilização. Os inertes podem ser naturais ou artificiais. São naturais: areias provenientes de areeiros (ou minas de areias); areias provenientes dos rios, de dunas ou de praias e os godos ou cascalho provenientes de cascalheiras e resultantes de fragmentação de rochas pelos agentes erosivos.

6 Págª 6 São artificiais se resultantes de fragmentação propositada de pedra em equipamentos designados por britadeiras, daí resultando fragmentos que se designam por britas. As areias são materiais de pequenas dimensões, de forma granular e dimensão máxima não superior a 5 milímetros. Consoante a dimensão máxima recebem as seguintes designações: Areias finas Areias médias Areias grossas ou areão Diâmetro inferior a 0,5 mm Diâmetro entre 0,5 e 2 mm Diâmetro entre 2 e 5 mm Quanto às britas (e de forma equivalente os godos) podem classificar-se em: Britas finas Britas grossas A.3. AÇO Diâmetro entre 20 e 40 mm Diâmetro entre 40 e 100 mm O aço é um material cuja composição é fundamentalmente o ferro (Fe) com algumas outras substâncias, sobretudo o carbono (C), que para os aços macios ou correntes varia entre 0,05% a 0,25%. No caso dos aços macios, se se proceder a um ensaio de tracção de uma barra calibrada (provete) e representando um diagrama de tensões/deformações (em que as tensões se representam segundo o eixo das ordenadas e as deformações segundo o eixo das abcissas) verifica-se: Inicialmente o diagrama de tensões/deformações (σ/ε) tem a forma aproximada de uma recta passando pela origem : σ=e s ε, em que E s é o que se designa por módulo de elasticidade do aço ou módulo de Young do aço, com valores aproximadamente iguais a 210GPa; A partir de um certo valor da tensão designado por limite elástico, que no caso do aço A235 se situa cerca dos 240 MPa, as deformações crescem sem aumento da tensão, tomando o diagrama a expressão de uma linha aproximadamente paralela ao eixo das abcissas a que se chama patamar de fluência, com valores da extensão final da ordem de 5 vezes a extensão correspondente ao limite elástico; A partir deste ponto as deformações só aumentam se aumentar a tensão, mas agora o andamento do diagrama já não é rectilíneo mas uma curva em que o módulo de elasticidade tangente relativo às tensões nominais/extensões é sucessivamente decrescente até que a um dado instante se dá a ruptura do provete, instante esse que corresponde a tensões aproximadamente iguais a 3/2 da tensão do limite elástico.

7 Págª 7 À medida que cresce a percentagem de carbono os aços vão endurecendo, aumentando o valor da tensão de limite elástico, mas ao mesmo tempo vai diminuindo o patamar de fluência (caso dos aços A400 e A500 de dureza natural). Em aços especiais de alta resistência o patamar de fluência deixa de ser aparente, fazendo-se sem distinção a transição do ramo rectilíneo do diagrama para a zona curva (caso do aço de alta resistência 1680/1860 para pré-esforço em que a ruptura ocorre em níveis de tensão superiores em mais de 5 vezes os correspondentes ao aço A235). Para estes aços em que não existe um ponto bem definido limitando o comportamento elástico adopta-se um limite convencional de elasticidade, em geral a 0,1% ou 0,2%, que tem como significado físico a tensão para a qual na descarga do provete permanece uma deformação residual permanente de 0,1% ou 0,2%. Normalmente o valor que se encontra para o limite convencional de elasticidade é da ordem de 80 a 90% do valor da tensão de ruptura. A.4. MADEIRA Produto natural, constituído pelo cerne do tronco das árvores, a madeira é constituída por um tecido fibroso de fibras ou células alongadas no sentido do eixo da árvore, de paredes mais ou menos espessas. Na constituição da madeira tem particular importância a celulose, representando cerca de 50% do material, seguindo-se a lenhina com cerca de 20% a 30%, e sendo os restantes 30% a 20% constituídos por açucares, albuminóides, tanino, resinas, amido e materiais minerais. No nosso País a madeira é relativamente pouco utilizada como material estrutural final, exceptuando-se em certas coberturas com asnas de madeira, sendo no entanto correntemente utilizada como material intermédio para fabrico dos moldes para peças de betão e no respectivo escoramento. Trata-se de um material altamente anisotrópico, em que as características resistente cariam muito consoante as solicitações tenham a direcção do eixo da árvore (direcção preferencial das fibras), as direcções radiais do tronco ou as direcções tangenciais aos anéis do tronco. As espécies mais frequentemente usada como material de cofragem e escoramento são o pinheiro e o eucalipto.

8 Págª 8 B) MATERIAIS DE LIGAÇÃO B.1. CIMENTO PORTLAND O cimento portland é o mais comum dos ligantes hidráulicos actuais (ligantes hidráulicos são os que endurecem na presença de água). São obtidos por cozedura a altas temperaturas de uma mistura adequada de materiais calcários e argilosos, que no processo de cozedura dão origem a elementos nodulares designados por clínker. O clínker tem um comportamento estável, sendo posteriormente submetido a um processo de moagem resultando um produto pulverulento de grande finura e com notáveis propriedades de hidraulicidade. Misturado com água em proporções adequadas (cerca de 35% a 45% do peso de cimento) dá origem a uma pasta que endurece. Se misturado com água e areia dá origem a argamassas, produto de consistência plástica adequada para o assentamento de alvenarias e para rebocos de protecção, aderindo bem aos materiais pétreos e cerâmicos, com posterior endurecimento. Se além da água e areia se adicionarem elementos pétreos obtém-se como resultado uma massa inicialmente plástica, o betão, com endurecimento progressivo e constituindo uma rocha artificial. Uma das propriedades mais importantes dos betões e argamassas, para além da sua resistência, é a sua durabilidade, fortemente afectada pela composição química do cimento. Os componentes químicos mais importantes do cimento, presentes em maior ou menor proporção consoante o tipo de cimento Portland são: os silicatos tricálcicos (Ca 3 Si), os silicatos dicálcicos (Ca 2 Si), os aluminatos tricálcicos (Ca 3 Al) e as alumino-ferrites tetracálcicas (Ca 4 Al Fe). A reacção com a água no processo de hidratação é fortemente exotérmica, produzindo calor que faz aumentar de volume o produto ainda com consistência plástica e sendo a posterior diminuição de volume por arrefecimento dificultada por entretanto o betão ter endurecido ( ganhado presa ) e o arrefecimento não ser uniforme, sendo mais acelerado à superfície em contacto com o ambiente envolvente do que no interior da massa do betão. São vários os tipos de cimento portland utilizados: i. ii. Cimento tipo I de utilização genérica, é o cimento mais frequentemente usado para a execução de estruturas correntes. Cimento tipo II é um cimento modificado para utilizações genéricas em situações em que sejam previsíveis exposições moderadas ao ataque por sulfatos ou em que seja recomendável um baixo calor de hidratação. Obtido limitando as percentagens de Ca 3 Si e Ca 3 Al, este cimento ganha resistência mais lentamente que o de tipo I mas a resistência tende para valores equivalentes aos de tipo I ao fim de 28 dias.

9 Págª 9 B.2. iii. iv. v. Cimento tipo III cimento que atinge uma elevada resistência muito cedo. Aos três dias a resistência de um betão feito com este cimento é praticamente igual à de um betão feito com cimentos do tipo I ou tipo II aos 28 dias. Em contrapartida o cimento tipo III desenvolve um grande calor de hidratação, devido a uma maior finura e maior percentagem de Ca 3 Si e Ca 3 Al, não devendo ser usado em grandes massas. Além disso tem uma fraca resistência ao ataque pelos sulfatos. Cimento tipo IV é um cimento com baixo calor de hidratação que foi desenvolvido para construção com grandes massas de betão (por exemplo barragens), limitando a fendilhação por retracção termohigrométrica. Na sua composição são limitados os Ca 3 Si e Ca 3 Al, que mais responsáveis são pelo calor de hidratação. Cimento tipo V é um cimento Portland especial adequado para utilizações em que seja necessária uma grande resistência ao ataque pelos sulfatos. Especialmente adequado para estruturas submetidas à acção de soluções contendo sulfatos, tais como a água do mar e algumas águas naturais. CAL AÉREA (OU APAGADA) Foram os gregos quem primeiro utilizou a cal, proveniente da calcinação dos calcários. Estes aquecidos a temperatura elevadas, cerca de 800 graus, em fornos de cal decompõem-se C O 3 Ca C O 2 + O Ca Este óxido de cálcio (O Ca) é designado por cal viva e misturado com a água dá O Ca + O H 2 (O H) 2 Ca Este (O H) 2 Ca chama-se cal aérea (ou cal apagada) que já era utilizada pelos gregos. Não é propriamente um ligante hidráulico pois não tem a propriedade de endurecer em meio aquoso mas somente ao ar, por recarbonatação, reconstituindo a pedra de que é proveniente. (O H) 2 Ca + C O 2 C O 3 Ca + O H 2 Inicialmente os gregos misturavam-na com areia e mais tarde com a chamada pedra de Santorin que é uma pozolana (material de natureza argilosa calcinada pelo vulcão de Santorin que fornecia ao composto os silicatos e aluminatos tricálcicos) obtendo um produto com características de ligante hidráulico, que se pode designar já de um cimento.

10 Págª 10 B.3. B.4. Foram contudo os romanos quem lhes deu maior utilização e divulgação. Misturavam a cal com cinzas vulcânicas do Vesúvio. A de maior nomeada era recolhida perto de um local chamado Pozzuoli donde teve origem o nome de pozolanas. Existem ainda hoje numerosas construções erigidas pelos romanos que quase dois milénios depois se apresentam ainda em bom estado de conservação : o aqueduto de Pont du Gard, perto de Nimes sobre o Ródano, a Basílica de Santa Maria dos Mártires, mandada construír em meados do Sec. II pelo Imperador Adriano para Panteão (o Templo de Todas as Divindades), obras marítimas como no porto de Óstia, perto de Roma, em que uma parte importante data do tempo dos imperadores Trajano e Adriano e muitas outras. A cal aérea é utilizada no fabrico de argamassas para assentamento de alvenarias, embora se simples seja pouco plástica e perdendo qualidades em presença da água. É usada ainda como tinta (caiação) em construções tradicionais. CAL HIDRÁULICA Obtém-se por calcinação a cerca de 1000 graus de uma mistura de pedra calcária com cerca de 8 a 20% de argila. A cerca de 800 graus dá-se, como para a cal viva, a calcinação do calcário libertando anidrido carbónico. A cerca de 1000 graus a argila decompõem-se em silicatos e aluminatos que se combinam com o óxido de cálcio. No fim da cozedura obtém-se uma mistura de silicatos e aluminatos de cálcio e uma percentagem elevada de óxido de cálcio. É então necessário extinguir a cal viva, usando-se a quantidade de água estritamente necessária para esta operação porque os silicatos e aluminatos também reagem com a água. Devendo esta operação ser feita em fábrica. A cal hidráulica é utilizada no fabrico de argamassas para assentamento de alvenarias, as designadas argamassas bastardas, tendo por vezes vantagens sobre as argamassas de cimento (menor retracção). Usa-se também misturada com cimento Portland para o fabrico de argamassas para assentamento de alvenarias. GESSO Quando as rochas gipsíferas, de composição S O 4 Ca, 2 H 2 O, são aquecidas a temperaturas relativamente baixas (130º a 150º C), perdem facilmente ¾ da água de cristalização, passando a S O 4 Ca, 1/2 H 2 O, que se designa por gesso calcinado ou hemi-hidratado. De 170º a 270º C perde o restante da água formando-se uma anidrite, S O 4 Ca, a anidrite solúvel que tem pressa rápida. Entre 400º e 600º C forma-se uma anidrite inerte, que não tem reacção com a água. Entre 900º e 1200º C forma-se uma anidrite de presa lenta, que é o chamado gesso hidráulico.

11 Págª 11 B.5. O gesso comercial é uma mistura, aproximadamente em partes iguais, de anidrite e gesso hemi-hidratado, que pelas condições de fabrico apresenta características muito variáveis. O gesso comercial reage com a água, com grande expansão e grande libertação de calor e presa rápida, o que pode ser inconveniente para as aplicações. A expansão é uma vantagem pois leva a preencher completamente os moldes em aplicações decorativas, que ficam sem defeitos. Não deve ser aplicado em exteriores porque é facilmente solúvel em água, degradando-se rapidamente. No entanto em climas extremamente secos pode ter aplicações e teve-as em construções notáveis que perduram há mais de 4000 anos, as pirâmides do Egipto, em que foi o material usado para as argamassas de assentamento dos bloco de pedra que as constituem. Na construção das pirâmides uma outra propriedade notável foi aproveitada. Antes de ganhar presa por perda da água excedente, o gesso é muito plástico, com comportamento viscoso, diminuindo fortemente o atrito entre os blocos de pedra no seu assentamento, e facilitando portanto a sua colocação em posição. POZOLANAS As Pozolanas, como já referido, são um produto natural resultante da cozedura de formações argilosas pelo calor dos vulcões. São usadas em misturas com a cal apagada e com a cal hidráulica para melhoria das características de hidraulicidade. Misturam-se ainda com os cimentos Portland normais para obtenção de betões com melhores características resistentes ao ataque dos sulfatos (obras marítimas).