ROCHAS, MADEIRAS E MATERIAIS CERÂMICOS

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1 INSTITUTO FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL IFRS LABORATÓRIO DE ESTRUTURAS E MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL - LEMCC TECNOLOGIA EM CONSTRUÇÃO DE EDIFÍCIOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL ROCHAS, MADEIRAS E MATERIAIS CERÂMICOS DEFINIÇÕES E PROPRIEDADES versão 1.1

2 CAPÍTULO 1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS 1.1 INTRODUÇÃO Esta apostila visa apresentar, sob um aspecto prático, alguns conceitos fundamentais sobre alguns dos principais materiais de construção, suas propriedades, especificações e ensaios. As características das rochas, madeiras e materiais cerâmicos são apresentadas com auxílio das referências normativas de cada tipo de material. São oferecidas também, questões de conceituação teórica acompanhadas de definições contidas em normas técnicas com o intuito de permitir o correto entendimento do conteúdo abordado. 1.2 OBJETIVOS Com a aquisição do conhecimento contido no presente documento, o aluno deverá ser capaz de especificar e realizar o correto controle de qualidade das rochas, madeiras e materiais cerâmicos. Também deverá ser capaz de analisar os principais ensaios e conhecer as principais referências normativas acerca da utilização destes materiais. CAPÍTULO 2 ROCHAS 2.1 INTRODUÇÃO As rochas são elementos naturais resultantes de um processo geológico determinado, formado por agregados de um ou mais mineral que são arranjados em formas que dependem das condições de temperatura e pressão existente durante sua formação. Existem também as rochas compostas por material mineral não cristalino, como o vidro vulcânico e as rochas formadas por materiais orgânicos, como por exemplo, o carvão mineral. Em virtude da diversidade de aplicações das rochas, seu uso é muito difundido na construção civil; seja na forma natural ou através de beneficiamentos. Dentre as principais utilizações das rochas na construção civil podem ser citadas as fundações, os agregados para concreto, os pavimentos, os revestimentos e os acabamentos. O conhecimento das propriedades inerentes a cada tipo de rocha é fundamental para o correto uso deste material. 2

3 A norma brasileira NBR 6502 Rochas e solos Terminologia estabelece termos referentes ao estudo das rochas e solos, apresentando classificações quanto à origem, formas de ocorrência e propriedades destes materiais. As rochas são classificadas em três grandes grupos de acordo com seu processo de formação, cada um composto por diversos tipos de rochas e com variadas aplicações na construção civil. a) Rochas Ígneas Também conhecidas como rochas magmáticas, as rochas ígneas são resultado da solidificação (após o resfriamento) de material rochoso sob processo de fundição (denominado magma). Este material é gerado no interior da crosta terrestre e, dependendo do local da formação, podem ser distinguidos em dois tipos: - plutônicas ou intrusivas: são formados em maiores profundidades, sendo resultado de um processo lento de resfriamento e solidificação do magma. Exemplo: granito, sienito e diorito. Apresentam estrutura cristalina de granulação grossa. - vulcânicas ou extrusivas: são formadas na superfície terrestre ou nas suas proximidades, geralmente provenientes da solidificação do magma oriundo de orifícios vulcânicos (lava). Exemplo: riólito e basalto. Devido ao resfriamento e solidificação mais acelerados, a estrutura cristalina deste tipo de rocha é constituída por grãos finos. Figura 2.1 Exemplo de rocha granítica, com estrutura maciça (ISAIA, 2010). 3

4 Figura 2.2 Lavra de rocha granítica, mostrando o desdobramento em blocos (ISAIA, 2010). b) Rochas Sedimentares As rochas sedimentares são formadas por meio da erosão, transporte e deposição de sedimentos (denominadas rochas detríticas ou clásticas) derivados da desagregação e decomposição das rochas na superfície terrestre. Podem ainda serem formadas por precipitação química ou pelo acúmulo de fragmentos orgânicos. Exemplos: calcário, carvão mineral, arenito e gipsita. c) Rochas Metamórficas As rochas metamórficas são derivações de rochas preexistentes. São conseqüências das mudanças químicas e estruturais das rochas no estado sólido, devido às alterações nas condições de ordem física e química abaixo da superfície terrestre. Dentre estas alterações podem ser citadas as diferenças de pressão, temperatura e dos fluídos presentes na estrutura geralmente água. Dentre as rochas metamórficas mais utilizadas podem ser destacadas o mármore, o quartzo e a gnaisse; provenientes da metamorfização do calcário, arenito e granito, respectivamente. 4

5 Figura 2.3 Exemplo de rocha gnáissica, com estrutura orientada (ISAIA, 2010). 2.2 PROPRIEDADES DAS ROCHAS a) Dureza Este termo refere-se tanto à resistência ao corte pelos instrumentos utilizados no processo de beneficiamento da rocha (corte e polimento) quanto à resistência ao desgaste por abrasão proporcionado pelo uso do material (por exemplo, no trânsito de veículos em revestimentos de pisos). Sendo a dureza uma propriedade inerente aos minerais, as características de dureza dos diferentes materiais formadores são utilizadas para inferir a dureza da rocha. Esta propriedade é muito importante no momento de determinar qual o tipo de revestimento com rocha deverá ser utilizado para cada situação. Como forma de aumentar a durabilidade do revestimento sem onerar o orçamento da obra costuma-se reservar as peças mais resistentes aos locais de maior tráfego. b) Densidade A densidade aparente é a relação entre a massa (kg) e o volume aparente da rocha (m³). Esta propriedade fornece o peso total da rocha a ser utilizada para determinada finalidade. Fator fundamental no momento de prever as cargas impostas nas construções, bem como as necessidades de içamento e transporte. c) Absorção e porosidade A capacidade de absorver água e a porosidade de uma determinada rocha fornece informações acerca da existência e da quantidade de fissuras em seu interior. Estas fissuras presentes no maciço 5

6 das rochas apresentam-se como um fator importante para inferir sobre a resistência mecânica da rocha. A porosidade é definida como a relação entre o volume de vazios e o volume total da rocha; sendo determinada através da razão entre a massa da rocha seca e a massa da mesma amostra na condição saturada em água. A absorção é a capacidade da rocha incorporar água; sendo estimada pela relação entre a massa da amostra de rocha seca e o volume de água absorvida, em porcentagem. As rochas ígneas e metamórficas apresentam porosidade relativamente baixa, devido ao fato de serem mais compactas e coesas. As rochas sedimentares por sua vez, apresentam maior grau de porosidade, conseqüência do tipo de formação. d) Capilaridade A capilaridade de determinado material caracteriza-se pela distribuição dos poros existentes em seu interior. Trata-se das condições de interligação entre os vazios do maciço das rochas. A determinação da capacidade capilar de uma rocha é feita através da medida da máxima absorção de água de uma amostra durante um período preestabelecido de tempo. A propriedade da rocha absorver água por capilaridade é denominada higroscopicidade. e) Dilatação térmica As rochas, bem como a maioria dos materiais utilizados na construção civil apresentam variações volumétricas em decorrência das alterações de temperatura dos materiais. O coeficiente de dilatação térmica linear (10 - ³ mm / m. C) é obtido através de ensaios nos quais a temperatura da rocha é variada em um intervalo entre 0 e 50 C. A dilatação da amostra de rocha durante o aumento da temperatura é medido, fornecendo um importante parâmetro para definir-se sobre a utilização ou não do material para cada situação. Este ensaio permite, por exemplo, decidir sobre o espaçamento das juntas de dilatação em revestimentos, evitando o surgimento de tensões indesejadas no material. f) Resistência à compressão A resistência à compressão de uma rocha é o valor da tensão de compressão que leva o material a ruptura. Esta propriedade fornece parâmetros para a utilização de materiais rochosos como elemento estrutural, sujeito a carregamentos externos. Uma rocha com resistência à 6

7 compressão elevada indica uma peça com integridade física satisfatória; visto que a existência de fissuras, excesso de poros e pouca coesão entre os materiais tendem a reduzir este valor. g) Flexão e módulo de ruptura As rochas são submetidas a esforços de flexão em diversas situações no seu uso na construção civil. Dentre estas, podem ser destacadas as utilizadas em telhas 1, pisos elevados, degraus de escadas (Figura 2.4) e tampos de pias e balcões de cozinha. Figura 2.4 Escada com degraus de rochas peças sujeitas a esforço de flexão (Silotti Marmoraria). O arranjo estrutural das rochas nestes casos também faz com que as peças sejam submetidas a esforços de tração em sua face inferior. O ensaio do módulo de ruptura (Figura 2.5-a) determina a carga que provoca a ruptura da rocha quando sujeita à flexão. Este parâmetro, à exemplo da resistência à compressão, fornece parâmetros importantes para o dimensionamento de estruturas com o uso de rochas. A resistência à flexão pura, sem esforços cortantes, é determinada segundo o esquema da Figura 2.5-b, onde são utilizados quatro cutelos de apoio. 1 As ardósias são amplamente utilizadas em telhados na Europa por ter capacidade de resistir a flexão e suportar o peso da neve; além de proporcionar um bom isolamento térmico. 7

8 (a) (b) Figura 2.5 Esquema de ensaio de determinação do módulo de ruptura utilizando um cutelo (a) e de resistência à flexão, no qual a carga é fornecida por dois cutelos (b) (ISAIA, 2010). Estes ensaios são mais usualmente realizados em análises comparativas entre diferentes rochas com a mesma espessura, permitindo definir qual a escolha mais viável PROPRIEDADES DAS ROCHAS UTILIZADAS NA CONSTRUÇÃO CIVIL Muitas rochas são utilizadas na construção civil, seja como elemento estrutural, como é o caso de blocos de fundações e britas para concreto, seja como recurso de acabamento, no caso de pisos e demais revestimentos. Dentre as principais rochas empregadas na construção civil, podem ser destacadas: GRANITO O granito é um tipo de rocha plutônica (ígnea) que apresenta boa homogeneidade em sua composição estrutural, fato que lhe garante maior uniformidade de suas propriedades físicas e mecânicas. É encontrada em abundância na natureza e possui resistência à compressão em torno de 150 MPa (N/mm²). Dentre as principais aplicações das rochas graníticas podem ser destacadas: - a aplicação em forma de brita na fabricação de concreto de cimento Portland e de asfalto; - na base de pavimentos de rodovias; - revestimento de piso e paredes na forma polida CALCÁRIO O calcário é uma rocha de origem sedimentar e possui menor resistência ao desgaste por abrasão quando comparada às demais rochas; fato que torna seu uso pouco adequado em 8

9 revestimentos de ambientes externos. É encontrada em abundância na natureza e possui resistência à compressão variando entre 50 e 150 MPa (N/mm²). Dentre as principais aplicações das rochas calcárias podem ser destacadas: - a aplicação em forma de brita na fabricação de concreto de cimento Portland (em algumas regiões onde o granito não é encontrado); - na extração de cal (CaO); - na fabricação de cimento Portland; - revestimento de interiores. Figura 2.6 Jazida de extração de calcário Cimento Itambé (pedaleiro.com.br). Os mármores são rochas oriundas do metamorfismo do calcário e tem sua utilização similar à dos granitos, embora possua menor resistência e durabilidade do que este BASALTO O basalto é uma rocha ígnea encontrada na superfície da crosta terrestre. Apresenta estrutura compacta, proporcionando elevada resistência e dureza. Possui resistência à compressão que pode chegar a 150 MPa (N/mm²). A principal utilização das rochas basálticas é no revestimento de pisos com grande fluxo de automóveis e pedestres, aproveitando-se da elevada resistência à abrasão deste material. 9

10 A dureza do basalto torna seu uso menos indicado como agregado para concreto (brita) devido ao elevado custo de britagem, proveniente do desgaste dos equipamentos britadores e ao fato deste material tender a apresentar formato lamelar 2 após a britagem. (b) (a) Figura 2.7 Revestimento externo em basalto (a) (Pasinato) e Catedral de Pedra de Canela-RS construída com rochas de origem basáltica (flickr.com). CAPÍTULO 3 MADEIRAS 3.1 INTRODUÇÃO A madeira é um material amplamente utilizado na construção civil, seja na forma de acabamento ou elemento estrutural, seja como elemento de apoio durante a execução da obra (formas e escoras). 2 Grãos lamelares são aqueles nos quais as medidas de duas dimensões da peça se sobressaem sobre a terceira formato de folha. 10

11 A utilização da madeira vai desde portas, forros, pisos, divisórias, passando pela indústria moveleira e chegando aos usos como cimbramento de formas para concreto, construção de pontes, casas, postes de transmissão de energia elétrica, entre outros. Sua utilização é viável em função do baixo consumo energético da extração e beneficiamento da madeira, quando comparada aos demais materiais de construção. Outra característica fundamental para o uso da madeira é a sua capacidade de renovação, desde que seu manejo seja realizado de forma racional. Este processo de renovação não ocorre na produção de aço e cimento Portland, cuja extração da matéria-prima acarreta danos ambientais irreversíveis e cuja reposição a natureza será incapaz de fazer. Técnicas de reflorestamento bem ajustadas tendem a garantir a manutenção das condições ambientais favoráveis durante o processo de reposição da matéria-prima. 3.2 ORIGEM E PRODUÇÃO DAS MADEIRAS A madeira utilizada como material de construção é oriunda do beneficiamento do tronco das árvores. Estas são estruturas vegetais compostas por caule (tronco), raízes e folhas podendo ou não possuir flores e frutos. De acordo com sua germinação e crescimento, as árvores podem ser classificadas em: ENDÓGENAS Apresentam germinação interna, com desenvolvimento do caule de dentro para fora. É uma classificação comum nas espécies tropicais, tais como: palmeiras e bambus. Este tipo de árvore tem sua madeira pouco aproveitada como material de construção EXÓGENAS São as espécies em que o desenvolvimento do caule ocorre de fora para dentro, através da adição de novas camadas concêntricas de células, denominadas anéis de crescimento (Figura 3.1-a). Fornecem madeiras com grande utilidade como elemento estrutural; classificando-se em ginospermas e angiospermas. O caule das árvores (Figura 3.1-b) é constituído por vasos que transportam através de ascensão capilar a seiva desde as raízes até as folhas, formando a camada denominada alburno. Os vasos mais antigos e mais próximos ao centro do tronco perdem a capacidade de transportar a seiva 11

12 e adquirem maior rigidez, constituindo a camada denominada cerne. O cerne exerce a função de sustentação da planta e são conhecidas como a parte dura da madeira devido à sua elevada resistência mecânica. A camada composta pelo cerne e pelo alburno é conhecida como lenho. No caule da árvore, entre o lenho e a casca, encontra-se o câmbio. Esta parte quase imperceptível é responsável pela produção de novas células da planta, regenerando a casca e formando o lenho. No interior do lenho encontra-se a medula, material mole e esponjoso com baixa resistência mecânica e que se apresenta como defeito na madeira quando exposta no corte. (a) (b) Figura 3.1 Exemplo dos anéis de crescimento de um caule (a) (Portal da Madeira) e esquema de constituição do caule (a) (dijalmasantos) As células produzidas pelo câmbio podem ter dois distintos modelos de estruturação: coníferas e dicotiledôneas. A diferença entre estes tipos de madeira são visíveis ao microscópio. As coníferas (Figura 3.2) apresentam os traqueídes e os raios medulares (células radias) como elementos estruturais principais. As dicotiledôneas (Figura 3.3) possuem três elementos básicos em sua formação, os vasos, as fibras e os raios medulares. 12

13 Figura 3.2 Aspectos anatômicos das coníferas (TAYLOR, 1978 apud ISAIA, 2010). Figura 3.3 Aspectos anatômicos das dicotiledôneas (TAYLOR, 1978 apud ISAIA, 2010). 3.3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DAS MADEIRAS UMIDADE Quando a árvore está viva, seu interior encontra-se com elevado teor de umidade; a madeira nestas condições é dita saturada ou verde. Após o corte, a madeira exposta ao tempo perde umidade até atingir uma condição de equilíbrio com o ambiente externo. O método de determinação da 13

14 umidade da madeira é definido pela norma NBR 7190 Projetos de estruturas de madeira. O teor de umidade da madeira corresponde à relação entre a massa de água nela contida e a massa da madeira seca, conforme a equação (3.1): (3.1) Onde: - m i é a massa inicial da amostra (g); - m s é a massa da madeira seca (g) VARIAÇÃO VOLUMÉTRICA As variações que podem ocorrer nas dimensões de uma determinada madeira podem se dar por retração ou por inchamento. A estabilidade volumétrica de uma amostra de madeira esta intimamente ligada à quantidade de água presente em seu interior. A variação dimensional ocorre em diferentes proporções nas três dimensões principais das madeiras. Esta diferenciação nas características físicas com respeito à orientação espacial é denominada ortotropia. As variações dimensionais de inchamento e retração ocorrem de forma pouco intensa na direção longitudinal (axial), sendo mais acentuadas na direção radial e máximas na direção tangencial (ver Figura 3.4). Figura 3.4 Coordenadas para definição das propriedades da madeira (BODIG E JAYNE, 1982 apud ISAIA, 2010). 14

15 Em decorrência das considerações acerca das três direções principais e suas peculiaridades e propriedades distintas, técnicas aprimoradas de secagem das madeiras fazem-se necessárias para evitar defeitos nas peças. O mau armazenamento das peças cortadas de madeira e os processos de secagem menos cuidadosos provocam defeitos que podem inutilizar as peças como elemento para construção. A Figura 3.5 apresenta os defeitos mais comumente enfrentados durante o processo de beneficiamento. Figura 3.5 Defeitos da secagem de madeiras (MAINIERI, 1983 apud ISAIA, 2010) RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO As propriedades de resistência das madeiras estão diretamente relacionadas com a disposição das direções principais (axial, tangencial ou radial) em relação à direção de aplicação do carregamento. No estudo da resistência as direções, radial e tangencial, não são consideradas de forma distinta, sendo apenas consideradas como normais (ou perpendiculares) às fibras. A direção longitudinal, por sua vez, é denominada direção paralela às fibras. Esta última apresenta rigidez e resistência bastante superiores quando comparadas aos da direção normal. 15

16 O ângulo entre a direção do esforço aplicado à peça e a direção das fibras serve como índice para caracterizar as propriedades da madeira. As direções, paralela e direção normal são caracterizadas pelos índices 0 e 90, respectivamente. Quando a madeira é submetida a esforços de compressão de forma paralela às fibras (Figura 3.6-a), as forças agem paralelamente aos elementos da anatomia da madeira que respondem pela resistência da planta; fato que garante grande resistência à peça comprimida. No caso de solicitação normal (Figura 3.6-b) as forças provocam o esmagamento das fibras, levando a valores baixos de resistência à compressão. (a) (b) (c) Figura 3.6 Esforço de compressão: paralelo às fibras (a); perpendicular às fibras (b) e previsão de comportamento das peças (c) (adaptado RITTER, 1990 apud ISAIA, 2010) Quando a solicitação é aplicada de forma inclinada às fibras da madeira, são adotados valores intermediários entre a compressão paralela e a normal, utilizando-se a expressão de Hankinson, conforme orientações da NBR RESISTÊNCIA À TRAÇÃO Assim como ocorre no esforço de compressão, existem dois distintos tipos de tração que podem ser aplicados em peças de madeira. São elas a tração paralela às fibras e a tração normal às fibras. As solicitações de tração que ocorrem paralelamente às fibras (Figura 3.7-a) provocam ruptura por deslizamento entre as fibras ou por rompimento de suas paredes, apresentando valores 16

17 elevados de resistência e pequenas deformações. Por outro lado, na ruptura por tração normal (Figura 3.7-b) os esforços tendem a separar as fibras da madeira, apresentando baixos valores de resistência e grandes deformações. A configuração de solicitação normal deve ser sempre no momento de se projetar uma estrutura de madeira. Figura 3.7 Comportamento da madeira na tração (RITTER, 1990 apud ISAIA, 2010) RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO Quando o plano de cisalhamento é perpendicular às fibras (Figura 3.8-a), a madeira apresenta alta resistência pelo fato de implicar no cisalhamento das fibras. Em geral, neste plano de aplicação a peça apresenta problemas de compressão antes de sofrer com os problemas de cisalhamento. Quando o plano de cisalhamento é paralelo às fibras, duas situações distintas podem ocorrer. Se a direção das tensões é a mesma direção das fibras (Figura 3.8-b) ocorre cisalhamento horizontal; sendo esta a situação em que a madeira apresenta a menor resistência ao cisalhamento. Se a direção das tensões é normal à direção das fibras (Figura 3.8-c) estas tendem a apresentar movimento relativo entre si (rolling). (a) (b) (c) Figura 3.8 Comportamento da madeira no cisalhamento (RITTER, 1990 apud ISAIA, 2010) RESISTÊNCIA À FLEXÃO Figura 3.9): Quando submetida à flexão, as madeiras sofrem quadro diferentes tipos de esforços (ver 17

18 - compressão paralela às fibras: na face superior da peça; - tração paralela às fibras: na face inferior da peça; - cisalhamento horizontal: na chamada linha neutra (região onde os esforços de tração e compressão se anulam); - compressão normal às fibras: nos pontos de apoio e aplicação das cargas. Figura 3.9 Comportamento da madeira sob esforço de flexão (RITTER, 1990 apud ISAIA, 2010) RESISTÊNCIA AO CHOQUE Resistência ao choque caracteriza-se pela capacidade de o material absorver rapidamente energia pela deformação. A madeira apresenta uma excelente resistência ao choque, quando comparada aos demais materiais utilizados na construção civil. A capacidade de absorver impactos da madeira justifica sua utilização como dormente de trilho. Embora os dormentes de madeira apresentem desvantagens em relação aos de concreto no que diz respeito ao ataque de pragas e à exposição às intempéries, nas situações de sobrecarga, como em descarrilamentos, os dormentes de madeira absorvem os impactos e não rompem, podendo ser reaproveitados fato que não ocorre com o uso de concreto. 3.4 FATORES QUE AFETAM AS PROPRIEDADES DAS MADEIRAS Sendo um material de origem natural biológica, as madeiras apresentam variações na sua estrutura que podem ocasionar mudanças nas suas propriedades. As variações podem ser resultantes de três fatores distintos: anatômicos, ambientais e de utilização. 18

19 3.4.1 FATORES ANATÔMICOS a) Densidade A variação da densidade da madeira tende a apresentar reflexos no valor da resistência da mesma. Quando maior é a densidade, maior é a quantidade de madeira por metro cúbico e, conseqüentemente, maior será a resistência. b) Inclinação das fibras A inclinação das fibras influencia de forma direta sobre as propriedades da madeira. Caracteriza-se pelo desvio da orientação das fibras em relação a uma linha paralela à borda da peça. A NBR 7190 desconsidera a influência de inclinações inferiores a 6 ; a partir deste valor a expressão de Hankinson apresentada nesta norma deverá ser utilizada para prever a redução da capacidade resistente da peça. c) Nós Originários dos galhos oriundos do tronco das árvores, os nós apresentam-se como um fator de redução da capacidade resistente da madeira, visto que interrompem a continuidade das fibras. d) Defeitos naturais da madeira Um dos principais defeitos naturais da madeira é o que decorre do encurvamento dos troncos e galhos durante o crescimento da árvore, fato que interfere no alinhamento das fibras. Outro defeito é a presença de alburno (Figura 3.10-a) que por suas características estruturais apresenta valores inferiores de resistência. e) Presença de medula Quando a madeira é cortada e contem a medula, ocorre a diminuição da resistência e a facilitação do acesso de ataques biológicos. É comum o aparecimento de rachaduras (Figura 3.10-b) na região do cerne próxima à medula, conseqüência das fortes tensões internas surgidas durante o processo de beneficiamento. 19

20 f) Faixas de parênquima As faixas de parênquima (Figura 3.10-c) são compostas por células de amido e apresentam baixa densidade e pequena resistência. Quando submetida à compressão, as peças que contêm este defeito podem romper pela separação dos anéis. (a) (b) (c) Figura 3.10 Presença de alburno (a); presença de medula (b) e faixas de parênquima (c) (MAINIERI, 1983 apud ISAIA, 2010) FATORES AMBIENTAIS E DE UTILIZAÇÃO a) Defeitos por ataques biológicos São decorrentes dos ataques de fungos ou insetos. Os primeiros provocam manchas azuladas e podridões na madeira, enquanto os insetos causam perfurações. Dependendo do grau de ataque da peça, sua utilização como elemento estrutural deve ser vetado. b) Defeitos de processamento Podem ocorrem quando não são tomadas as devidas precauções a respeito do processo de secagem das peças, assim como podem ser originadas durante o desdobramento 3, transporte ou armazenamento da madeira. Neste último caso, as arestas quebradas (Figura 3.11-a) e as falhas geométricas das peças (Figura 3.11-b) são os problemas mais comuns. 3 Operação final do processo de beneficiamento no qual a madeira é cortada em pranchas para futura utilização. 20

21 (a) Figura 3.11 Defeitos de processamento (MAINIERI, 1983 apud ISAIA, 2010). (b) 3.5 CORTE E PROCESSOS DE PRESERVAÇÃO DA MADEIRA O processo de corte e beneficiamento da madeira se inicia pelo corte da mesma, passando pela toragem, falquejamento, desdobramento. No Brasil, os meses de maio, junho, julho e agosto são os mais indicados para a realização do corte em virtude das menores temperaturas (meses sem a letra R ). Após o corte, os troncos são desgalhados e divididos em toras de 5 a 6 metros de comprimento para facilitar o transporte da madeira. O falquejamento consiste em retirar as costaneiras, deixando as toras com seção transversal aproximadamente quadrada (Figura 3.12). Figura 3.12 Falquejamento (ROCHA e XAVIER, 2000), O desdobramento (desdobro) pode ser realizado de duas formas distintas: o desdobramento normal produz peças inteiras de lado a lado da tora (Figura 3.13-a), enquanto o desdobramento radial corta a tora na direção de suas diagonais, evitando-se a medula (Figura 3.13-b). 21

22 (a) (b) Figura 3.13 Desdobramento normal (a) e radial (b). A preservação das características da madeira é fundamental para possibilitar maior durabilidade às estruturas. Vários sãos os fatores que alteram a estrutura interna da madeira e reduzem a sua vida útil, tais como os insetos e os fungos. A resistência a estes agentes depende da qualidade da madeira, como a localização do lenho e a composição química do material. Existe também a dependência de fatores externos, tais como umidade e temperatura ambiente, além das condições de arejamento. A utilização de produtos e técnicas de preservação torna a vida útil da madeira mais longa. Dentre os principais processos de preservação podem ser destacados: a) Impregnação superficial São denominados tratamentos superficiais as pinturas ou processos de imersão das peças em algum produto líquido por determinado período. A impregnação do material protetor em ambos os casos dificilmente será superior a 2 ou 3 mm. Desta forma, este método é eficaz na proteção contra insetos e na impermeabilização de pequenas fissuras. b) Impregnação sob pressão reduzida Este processo busca a impregnação do alburno da madeira, permitindo maior eficácia no tratamento. Existem basicamente dois métodos de realização deste tipo de impregnação: Processo dos dois banhos: também conhecido como banho quente e frio este processo consiste na colocação das peças de madeira em reservatórios com impregnante e realizar o aquecimento do mesmo até a temperatura de ebulição do líquido. Após, a peça deve ser retirada e rapidamente mergulhada em um recipiente com o impregnante frio. A entrada do material nos poros da madeira se dá pelo vácuo relativo que se forma nestes com a evaporação da água e a expulsão do ar aquecido. 22

23 Processo de substituição da seiva: este método é utilizado para o tratamento da madeira ainda verde. Consiste em mergulhar as toras de madeira em uma solução com sal em alta concentração. A imersão das toras deverá ser feita com estas em pé e mantendo uma parte da madeira exposta ao ar. O impregnante sobe pelo alburno por pressão capilar substituindo a seiva e a umidade da madeira à medida que esta evapora na secagem. Este processo ocorre de forma lenta, uma vez que depende da velocidade de secagem da peça. c) Impregnação sob pressão elevada (autoclave) São tratamentos com melhores resultados de durabilidade e, por isso, mais utilizados em escala industrial, tais como poste de transmissão de energia elétrica, dormentes de trilhos, pilares, entre outros. São usualmente realizados dois métodos: De células vazias (Processo Bethel):a peça é mantida em local com pressão negativa para a retirada do ar e da umidade do lenho. Depois a madeira recebe um banho de impregnante sob alta pressão com temperatura entre 90 e 100 C. O final do processo consiste em uma nova seção em ambiente à vácuo para a retirada do excesso do preservativo. De células cheias (Processo Reupig): a peça é submetida a uma pressão de 3 atm em estado seco. Após um banho de material impregnante sob alta pressão (10 atm) e temperatura entre 90 e 100 C, um vácuo é aplicado à madeira para retirar o excesso de material. Os produtos utilizados no tratamento das madeiras são, em sua grande maioria, tóxicos, podendo-se citar os fungicidas, os inseticidas e os antimoluscos. Geralmente, são encontrados na forma oleosa ou compostos por água. Destes materiais, são esperadas as seguintes propriedades: - eficiência na preservação e controle de organismos xilófagos 4 ; - segurança em relação ao homem e ao meio ambiente; - permanência na madeira (não deve se perder na madeira por decomposição, evaporação, lixiviação, exsudação, entre outros); - não ser corrosivo; - custo acessível; - não deve alterar as propriedades físicas e mecânicas da madeira, entre outras. 4 Organismos vivos que se alimentam dos compostos das madeiras, com, por exemplo, os cupins. 23

24 3.6 PRODUTOS DERIVADOS DA MADEIRA O aumento do uso da madeira na construção civil e a necessidade cada vez mais crescente de preservação dos recursos naturais proporcionaram um grande desenvolvimento tecnológico deste material. Novos compostos foram criados, melhorando propriedades deficientes da madeira natural. Uma das grandes vantagens das madeiras processadas é a garantia da homogeneidade de suas propriedades. Diversos são os tipos de madeiras transformadas, podendo ser destacadas: - Madeiras laminadas: são obtidas através da montagem de placas de madeira de pequena espessura por colagem (Figura 3.14-a); - Madeiras laminadas compensadas ou contraplacadas: são obtidas pela laminação de placas de espessura muito fina (Figura 3.14-b) e montadas através de colagem com os sentidos das fibras formando um ângulo de 90 de uma placa para outra (Figura 3.14-c); (b) (c) (a) Figura 3.14 Madeira laminada colada (a), laminação da madeira (b) e placa de madeira compensada com 5 camadas de orientação de fibras (c) (adaptado ISAIA, 2010). - Madeiras aglomeradas ou reconstituídas: são obtidas através do reaproveitamento de pequenos fragmentos de madeira, tais como as sobras de serragem. Estes fragmentos são unidos com resinas ou colas sob pressão formando placas. Existem também as chapas de madeira do tipo MDF (Médium Density Fiber) que apresentam grande utilidade na construção civil. O processo de produção do MDF é semelhante ao do aglomerado, diferindo pelo fato de as partículas de madeira utilizadas no MDF passarem por um processo de desfibramento, no qual as fibras são separadas, permitindo um entrelaçamento 24

25 controlado das fibras e garantindo maior resistência mecânica das chapas. O processo de prensagem do MDF faz com que a espessura final da chapa seja 1/25 da inicial. CAPÍTULO 4 MATERIAIS CERÂMICOS 4.1 INTRODUÇÃO A utilização da cerâmica pelo homem é uma atividade que vem desde o período neolítico (1.200 a a.c.). Inicialmente, eram produzidos artefatos de barro secos naturalmente, sendo que, posteriormente, o processo de cozimento foi introduzido melhorando a qualidade do produto final. As melhorias na qualidade dos materiais cerâmicos e suas aplicações cresceram ao longo do tempo, fazendo com que este passasse a ser um material indispensável à construção civil; podendo ser encontrado na forma de blocos, tijolos, telhas, entre outros. 4.2 PRODUÇÃO DE MATERIAIS CERÂMICOS A produção de materiais cerâmicos é feita a partir de uma massa a base de argila que é submetida a um processo lento de secagem e a um posterior cozimento em elevadas temperaturas. A preparação da massa à base de argila é feita através de operações de sazonamento 5, mistura e laminação, cujo principal objetivo é adequar as dimensões dos grãos ao tipo de moldagem a que será submetida. A mistura de dois tipos distintos de argila é um processo muito utilizado para dar à massa final as propriedades requeridas. O processo de moldagem ou conformação das peças pode ser realizado por extrusão ou por prensagem. O primeiro é o mais utilizado na fabricação de blocos cerâmicos, enquanto que o segundo é geralmente destinado à produção de telhas. O processo de extrusão utiliza um equipamento denominado maromba à vácuo (Figura 4.1), na qual a massa é introduzida após moagem com umidade variando entre 20 e 30 %. Este equipamento tem como função retirar o excesso de ar existente na massa e moldá-la por meio da passagem por uma boquilha que funciona como molde para a cerâmica. Após a extrusão contínua, a massa de argila é cortada nas dimensões desejadas. 5 Exposição da argila à intempérie, de modo que ocorram alterações de suas características, tais como desagregações de torrões e lixiviação de sais solúveis. 25

26 Figura 4.1 Processo de fabricação de blocos cerâmicos por extrusão em maromba (ISAIA, 2010). A próxima etapa na produção de materiais cerâmicos é a secagem do material. Por apresentar teores altos de umidade em seu interior, a massa é seca de forma lenta para evitar deformações e fissuras nos materiais já moldados. Este processo de secagem pode ser realizado naturalmente ou de forma artificial. No primeiro caso, os artefatos cerâmicos são secos em locais protegidos de intempérie e expostos ao ar do ambiente até que o teor de umidade da massa fique próximo a 1 %. Na secagem artificial são utilizadas estufas que aproveitam o calor dos fornos de queima. A vantagem do segundo método é a rapidez de secagem, embora esta possa acarretar contrações e gerar tensões internas prejudiciais à integridade da peça. Após a secagem, as cerâmicas são cozidas em fornos, num processo que passa por distintos estágios, dependendo da temperatura de queima: - Até cerca de 150 C ocorre a evaporação da água livre; - Em 600 C ocorre a perda da água adsorvida 6 ; - Entre 600 e 800 C iniciam-se as reações de desidratação química e decomposição da matéria orgânica da argila; - Entre 800 e 1100 C ocorre a vitrificação da argila. A velocidade de acréscimo na temperatura de cozimento e a máxima temperatura do processo interferem de forma direta nas propriedades da cerâmica acabada. O tempo de manutenção desta 6 Água adsorvida é composta pelas moléculas do fluido fortemente aderidas a uma superfície sólida. 26

27 temperatura e o processo de resfriamento das peças também são fatores fundamentais para a qualidade do material. Em geral, o resfriamento ocorre de forma lenta, com período variando entre 8 e 24 horas. Os fornos de queima dos artefatos cerâmicos podem ser encontrados nas mais distintas formas, sendo os mais comuns os fornos contínuos (quando a produção é contínua) e os intermitentes (quando a queima ocorre em ciclos de carga que são reiniciados na troca de lote). Figura 4.2 Forno contínuo do tipo túnel: detalhe da saída da cerâmica (ISAIA, 2010). 4.3 TIJOLOS E BLOCOS CERÂMICOS Os tijolos e blocos cerâmicos são materiais de importância fundamental na construção civil. Estas peças se apresentam de diversas formas, variando de acordo com a finalidade de uso das mesmas. A seguir são apresentados os tipos de blocos e tijolos cerâmicos mais utilizados TIJOLO MACIÇO CERÂMICO PARA ALVENARIA Os tijolos maciços são aqueles que possuem todas suas faces plenas de material (sem furos), podendo apresentar rebaixos de fabricação (Figura 4.3) em uma das faces de maior área. 27

28 Figura 4.3 Tijolo maciço cerâmico com rebaixo na face de maior área. A norma NBR 7170 Tijolo maciço cerâmico para alvenaria especifica os requisitos mínimos deste tipo de material. Dentre as propriedades deste material cerâmico está a resistência à compressão, determinada segundo a metodologia da norma NBR 6460 Tijolo maciço cerâmico para alvenaria Verificação da resistência à compressão. Este ensaio consiste em preparar um corpo de prova com características padronizadas e submetê-lo a uma carga de compressão. A NBR 7170 classifica os tijolos maciços em três classes, de acordo com a resistência à compressão dos mesmos. Esta classificação é apresentada na Tabela 4.1. Tabela 4.1 Resistência à compressão dos tijolos maciços em relação à categoria (NBR 7170). Categoria Resistência à compressão (MPa) A 1,5 B 2,5 C 4,0 Os tijolos cerâmicos maciços possuem suas dimensões definidas pela NBR 7170 como 190 x 90 x 57 mm e 190 x 90 x 90 mm, embora diversas outras dimensões possam ser encontradas comercialmente. Dentre estas, destacam-se os modelos 230 x 110 x 70 mm, 200 x 53 x 45 mm e 225 x 105 x 55 mm. Este tipo de material cerâmico é amplamente utilizado em alvenarias externas ditas à vista, nas quais se torna desnecessário o revestimento com reboco devido ao acabamento refinado proporcionado por tijolos especiais. 28

29 4.3.2 BLOCOS CERÂMICOS PARA ALVENARIA DE VEDAÇÃO Os blocos cerâmicos de vedação são utilizados na execução de alvenarias externas ou internas que não tem função de resistir a outras cargas verticais, além do peso da alvenaria da qual faz parte. Em outras palavras, são os blocos utilizados apenas para o fechamento de paredes no interior de peças estruturais, tais como vigas e pilares. As propriedades exigidas por este tipo de bloco cerâmico são definidas na norma NBR Componentes cerâmicos Parte 1: Blocos cerâmicos para alvenaria de vedação Terminologia e requisitos. (a) (b) Figura 4.4 Bloco cerâmico de vedação com furo horizontal (a) e com furo vertical (b) (NBR ). Quando comparados aos tijolos maciços, os blocos cerâmicos apresentam maior qualidade no acabamento, sobretudo devido ao seu processo produtivo em marombas 7 à vácuo (Figura 4.1) que torna suas dimensões mais planas e melhor esquadrejadas. Além disso, os blocos vazados apresentam menor peso específico em relação ao volume aparente, fato que contribui para a redução de peso das construções e conseqüente redução de custos. Também são vantagens destes materiais os melhores desempenhos, térmico e acústico BLOCOS CERÂMICOS PARA ALVENARIA ESTRUTURAL Os blocos cerâmicos estruturais são utilizados na execução de alvenarias cuja função, além de vedação, é de garantir à estrutura a capacidade de suportar esforços externos previamente 7 Equipamento que tem por função retirar o excesso de ar existente na massa cerâmica e conformá-la por meio da passagem por um molde. 29

30 estabelecidos. Em outras palavras, a alvenaria estrutural é capaz de suportar cargas oriundas de vigas e lajes assentados sobre esta, sem a necessidade da utilização de outras peças estruturais. Figura 4.5 Edifício construído em alvenaria estrutural com utilização de blocos cerâmicos (blog Papo de Obra). A NBR Componentes cerâmicos Parte 2: Blocos cerâmicos para alvenaria estrutural Terminologia e requisitos define quatro tipos de blocos principais a serem utilizados. Os blocos cerâmicos estruturais de paredes vazadas e paredes maciças (Figura 4.6-a, 4.6-b e 4.6-c) são aplicados em alvenarias estruturais armadas 8 ou não-armadas; enquanto que os blocos cerâmicos perfurados (Figura 4.6-d) aplicam-se apenas a alvenarias estruturais não-armadas. 8 Alvenarias armadas são aquelas que utilizam barras de aço solidarizadas com concreto ou argamassa de modo a amarrar um determinado conjunto de blocos, deixando este conjunto com características mecânicas similares às vigas ou pilares. 30

31 (a) (b) (c) (d) Figura 4.6 Bloco cerâmico estrutural com paredes vazadas (a); com paredes maciças (b); com paredes maciças e parede interna vazada (c) e perfurado (d) (NBR ). 4.4 TELHAS CERÂMICAS As telhas cerâmicas são materiais de construção que vêm sendo utilizados desde a antiguidade. Nos dias atuais, são amplamente utilizadas na confecção de telhados devido ao elevado padrão de qualidade no atendimento de requisitos técnicos e arquitetônicos. Seu custo de execução é mais elevado, quando comparado ao das coberturas de fibrocimento; sobretudo devido às altas despesas com o madeiramento. A NBR Materiais cerâmicos Telhas Terminologia, requisitos e métodos de ensaio define as especificações das telhas cerâmicas utilizadas em coberturas. Esta norma classifica as telhas cerâmicas em quatro distintos tipos, de acordo com a geometria e metodologia de fixação destas. A Tabela 4.2 apresenta a classificação dos tipos de telhas cerâmicas e seus respectivos modelos comerciais. A Figura 4.7 exemplifica cada um dos quatro tipos de telhas. 31

32 Tabela 4.2 Tipos de telhas cerâmicas (NBR 15310). Tipos de telhas Planas de encaixe Compostas de encaixe Simples de sobreposição Planas de sobreposição Exemplos Telhas francesas Telhas romanas Telhas capa e canal colonial Telhas plan Telhas paulistas Telhas Piauí Telhas alemãs (a) (b) (c) (d) Figura 4.7 Tipos de telhas: plana de encaixe (a); plana de sobreposição (b); simples de sobreposição (c) e composta de encaixe (d) (NBR 15310). 4.5 MATERIAIS CERÂMICOS PARA ACABAMENTO Os materiais cerâmicos são amplamente utilizados em revestimentos, conseqüência da facilidade de manutenção proporcionada por estes. Dentre as vantagens da utilização de revestimento cerâmico no acabamento das construções estão a fácil limpeza e o fato destes não absorverem impurezas responsáveis pela proliferação de microorganismos causadores de doenças. 32

33 São elementos de acabamento que se apresentam de distintas formas, texturas e cores, sendo versáteis na decoração de qualquer ambiente. Um dos principais atributos necessários aos materiais cerâmicos de acabamento é a resistência a abrasão das peças. Esta propriedade é fundamental para a garantia da durabilidade dos revestimentos perante os desgastes superficiais provenientes da circulação de pessoas e objetos. As peças cerâmicas não-esmaltadas tem sua resistência à abrasão determinada através de ensaio no qual a quantidade de material removido por um disco rotativo é medida. Quanto maior a quantidade de material retirado por abrasão profunda, menores são as imposições a que as peças deverão ser submetidas durante o uso. No caso das peças cerâmicas esmaltadas, a classificação segundo sua resistência à abrasão é feita através do código PEI Instituto do Esmalte para Porcelana (do inglês: Porcelain Enamel Institute). A Tabela 4.3 apresenta a classificação PEI, destacando seu nível de resistência e indicação de uso. Tabela 4.3 Classificação quanto à abrasão de cerâmicas esmaltadas (adaptado: Revista Show Room, 2003 apud ISAIA, 2010). Classes de abrasão Nível de resistência Indicações de uso PEI - 0 Baixíssima Paredes (desaconselhável para pisos) PEI 1 Baixa Banheiros residenciais, quartos de dormir PEI 2 Média Ambientes sem porta para o exterior e banheiros PEI 3 Média alta Cozinhas residenciais, corredores, hall e sacadas residenciais PEI 4 Alta Hotéis, showrooms, salões de vendas, ambientes públicos sem porta para fora PEI 5 Altíssima e Shoppings, aeroportos, passagens públicas, padarias e sem encardido lanchonetes, ambientes públicos com portas para fora 4.6 VIDROS NA CONSTRUÇÃO CIVIL A descoberta do vidro pelo homem remonta ao ano a.c., embora o crédito sobre este feito não seja definido alguns atribuem aos egípcios e outros aos fenícios. A utilização do vidro 33

34 passou a ser conhecida a partir de a.c., no Egito. No ano 100 a.c. os romanos iniciaram o desenvolvimento das indústrias de vidros, sendo que o uso deste material como proteção para janelas de construções data dos séculos III e IV da era cristã (adaptado: ISAIA, 2010). O vidro é um material obtido pelo resfriamento de uma massa inorgânica (basicamente sílica óxido de silício) em fusão, que enrijece sem cristalizar através de um aumento contínuo de viscosidade. Apresenta-se como um material não poroso e não absorvente, com baixos índices de dilatação e condutividade térmica. O processo mais utilizado na fabricação de vidros é denominado float. Nesta técnica o vidro é obtido pelo escoamento da mistura vitrificável derretida sobre uma base de estanho líquido (banho), em atmosfera controlada. O material flutua sobre o estanho, espalhando-se uniformemente, enquanto a espessura final do produto é controlada. A próxima etapa de fabricação é o recozimento; no qual o vidro é resfriado de maneira controlada, resultando em um material pronto para o corte e expedição. A empresa Cebrace 9 domina o mercado brasileiro na fabricação do vidro float. A Figura 4.8 ilustra as etapas de fabricação do vidro float. Figura 4.8 Etapas de produção do vidro float (BLINDEX ). Dentre os principais tipos de vidros utilizados na construção civil porem ser destacados: 9 Joint-venture entre a japonesa Pilkington e a francesa Saint-Gobain. 34

35 4.6.1 VIDRO FLOAT INCOLOR OU COLORIDO (ABSORVENTE) O resultado do processo de fabricação do vidro float resulta em um material que serve como base para a produção de outros tipos de vidros. No caso dos vidros coloridos, o processo de fabricação é semelhante ao transparente. O vidro colorido é obtido pela adição de compostos metálicos que variam de acordo com a tonalidade desejada VIDRO TEMPERADO Os vidros temperados surgiram da necessidade de se obter produtos com maior resistência mecânica, possibilitando a utilização deste material em locais com fortes ventos e a produção de peças de maiores dimensões. Este tipo de vidro utiliza um processo de têmpera em sua produção: na primeira etapa o vidro é aquecido lentamente até uma temperatura próxima ao ponto de fusão do material (700 C), após o vidro sofre um resfriamento rápido proporcionado por jatos de ar. Neste processo, o vidro endurece superficialmente, permanecendo seu interior amolecido. O processo acelerado de resfriamento provoca tensões internas no vidro, com tração no interior mole e compressão na superfície rígida, fazendo com que o produto final apresente resistência até cinco vezes maior do que o vidro comum. Este tipo de vidro é amplamente utilizado na composição das fachadas de grandes edifícios, em boxes para banheiro, guarda-corpos de escadas e sacadas, vitrines e na indústria automotiva. Figura 4.9 Utilização de vidro temperado em fachadas de edifícios (construvidros). 35

36 4.6.3 VIDRO LAMINADO Os vidros laminados são utilizados com o intuito de proporcionar maior segurança aos ambientes. É composto por duas lâminas de vidro coladas e intercaladas com filmes de policarbonato ou polivinil butiral. Estes filmes são materiais de elevada resistência e elasticidade que são aderidas ao vidro por tratamentos térmicos e prensagem. Esta aderência garante certa elasticidade ao produto final que, em caso de quebra, permanece com os fragmentos ligados, dificultando a passagem de pessoas e objetos pelo vidro. Estes vidros são amplamente utilizados como proteção contra disparos de projéteis em automóveis e residências, bem como na cobertura de construções VIDRO METALIZADO OU REFLEXIVO Os vidros metalizados são produzidos a partir dos vidros float incolores ou coloridos. Neles são aplicadas camadas finas de óxido metálico cuja finalidade é permitir a absorção de comprimentos de onda específicos, garantindo uma coloração característica. Este tipo de vidro é utilizado para garantir maior conforto térmico aos ambientes. Nos países de clima frio, por exemplo, a colocação da camada reflexiva voltada para o interior do ambiente diminui as perdas através da radiação no infravermelho longo, devido a sua baixa emissividade. Nas regiões de clima quente, no entanto, a utilização deste tipo de vidro aumenta o risco de superaquecimento dos interiores VIDRO IMPRESSO OU FANTASIA São vidros que possuem desenhos ou motivos ornamentais em uma ou em ambas as faces. Comercialmente, estes vidros são conhecidos nas formas martelada, canelada, mosaico, entre outras. Por ser um material translúcido, sua utilização é indicada para locais onde se necessita de uma barreira visual, sem prejuízo para a luminosidade. 36