MATERIAIS DE CONSTRUÇAO Engenharia Civil DECIV EM - UFOP

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1 MATERIAIS DE CONSTRUÇAO Engenharia Civil DECIV EM - UFOP

2 Encargos do Engenheiro Civil Arquitetar Dimensionar Construir Proteger Conservar Conceber uma obra para atender às finalidades visadas: conforto, funcionalidade, higiene, estética e outras. Conhecendo os esforços internos, fixar as dimensões dos elementos estruturais p/ que conservem suas posições e formas, isto p/ esforços externos determináveis. materializar a obra concebida, confeccionando e montando seus elementos, usando os materiais previamente escolhidos Recorrendo a outros materiais, o engenheiro procurará aumentar a durabilidade de uma obra construída com um determinado tipo de material, quando este for passível de sofrer ataques por agentes externos. retocar ou reformar partes da construção cuja durabilidade tenha se expirado (por acidente ou envelhecimento), usando materiais da mesma natureza ou não

3 Introdução O que é pedra natural? As rochas, ou pedras naturais, são associações compatíveis e estáveis de um ou mais minerais. Formação das Rochas Ambientes geológicos geradores: magmático sedimentar metamórfico rochas magmáticas rochas sedimentares Elementos atuantes rochas metamórficas Pressão, temperatura, composição química

4 IMPORTANTE!!! Rochas Cada pedra-rocha é única variações ocorrem na mesma jazida localização profundidade idade propriedades variam de rocha para rocha é necessário identificar rocha adequada a cada aplicação ou uso durabilidade, segurança, estética

5 Minerais Tradicionalmente os minerais formadores de rochas são classificados em minerais silicatados e não silicatados. Os minerais silicáticos mais comuns nas rochas naturais são: o quartzo (incolor, leitoso, róseo, esverdeado, cinzento, azulado, castanho, preto), os feldspatos (brancos, cor de creme, róseos, cor de carne, cinzentos), os feldspatóides (cinzentos, azuis),

6 Minerais as micas (prateadas, esverdeadas, castanhas, pretas), os piroxênios (cinzas, azuis, verde-claros, verdeescuros,pretas), as olivinas (cinza-esverdeadas), as granadas (vermelhas), as dumortieritas (azuis), o talco (branco, amarelado, acastanhado), a serpentina (branca, verde, castanha, amarelada).

7 Minerais Entre os minerais não silicáticos destacam-se os carbonatos (calcita, magnetita, dolomita, siderita), componentes principais dos calcários e mármores. Nos itabiritos o óxido de ferro (hematita, magnetita). Este mineral confere à rocha uma cor escura reluzente que pode variar para um preto esverdeado quando associado à clorita, uma mica verde ou anfibólibo (grumerita e odinolita).

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9 Ciclos das rochas Departamento Acadêmico de Engenharia Civil CEFET/MG PPGEC - Programa de Pós-Graduação Engenharia Civil Mestrado Engenharia Civil Pedras Naturais

10 Ciclos das rochas Pedras Naturais

11 Emprego de engenharia Revestimentos Concretos hidráulicos betuminosos Lastros ferroviários Infra-estrutura rodoviária

12 Propriedades Dentre as principais propriedades mineralógicas de maior influência nas características das rochas ornamentais, destacam-se quatro: dureza, clivagem, Fraturas e alterabilidade.

13 Propriedades Dureza Mohs minerais Fonte: Marble Institute

14 Propriedades Dureza Absoluta minerais

15 CLIVAGEM Propriedades são planos de rompimento potenciais ou reais, paralelos, que refletem planos de fraqueza na estrutura cristalina regular dos minerais As micas são minerais caracterizados por um sistema de clivagem muito bem desenvolvido e cerrado. Fato que permite esfoliá-las, subdividindo um mineral mais espesso em numerosas folhas finas. As serpentinas e o talco também apresentam esse tipo de clivagem.

16 Minerais com clivagens bem desenvolvidas e grandes coeficientes de dilatação não devem ser expostos a amplas variações térmicas. As sucessivas dilatações e contrações destes minerais enfraquecem progressivamente a trama da rocha e aumentam as infiltrações de agentes líqüidos.

17 FRATURAS Propriedades Fraturas são fendas irregulares em minerais não controladas por sua estrutura cristalina. A maior ou menor facilidade de um mineral ao fraturamento (ou quebra) depende do seu coeficiente de elasticidade. Minerais que sofrem quebra são denominados de quebradiços. A quebra depende tanto do valor do esforço aplicado quanto da velocidade de sua aplicação.

18 ALTERABILIDADE Propriedades Minerais silicáticos são mais ou menos inertes aos agentes do intemperismo e a produtos da indústria química e de limpeza. O quartzo resiste a todos os agentes com exceção do ácido fluorídrico, que não tem uso em residências. A alteração de micas escuras, anfibólios, piroxênios e granadas sempre se associa à liberação de óxido de ferro, que mancha a rocha, comprometendo sua estética. Carbonatos, por sua vez, são facilmente solúveis em ácidos.

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21 Departamento de Engenharia Civil Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto Rochas para construção civil Produtos acabamentos mais comuns polimento Flambagem apicoado jateado (areia) acabamentos especializados espelhamento polimentos sucessivos com equipamentos especializado e utilização de abrasivos finamente aplicados e em camadas sucessivas (pasta diamante)

22 Departamento de Engenharia Civil Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto Extração qualidade blocos Pedras Naturais particularidades

23 Aplicações

24 Rochas Magmáticas ou ígneas. Resultam do resfriamento de um líquido pastoso complexo, denominado magma,gerado pela fusão parcial de rochas no interior da Terra. As principais rochas magmáticas são: granitos (feldspato e quartzo), dioritos (feldspato e anfibólio), sienitos (feldspato), gabros (feldspato, piroxênio e olivina) e basalto (feldspato, piroxênio e olivina).

25 Principais Tipos de Rochas BASALTO: Os basaltos ocorrem tanto nos fundos dos oceanos quanto nos continentes onde ocupam extensas áreas. resultam da fusão parcial de rochas do manto terrestre. É comercialmente chamada de "pedra ferro". composta por: feldspato (plagioclásio); calco-sódico (bytownita a anortita) associada com piroxênio (augita); olivina. Magmáticas

26 Características - Basalto coloração escura; granulação fina; holocristalina ou hialocristalina; apresentar fenocristais: plagioclásios tabulares, branco-cinzentos, piroxênio com intenso brilho vítreo, olivinas esverdeadas; podem aparecer, em sua massa, pequenas cavidades arredondadas (amígdalas) que são os moldes de bolha de gases que escapam das lavas durante sua cristalização.

27 Características - Basalto rocha compacta, de alta resistência mecânica devido à granulação fina; baixa resistência à abrasão pela ausência de quartzo; revestimento de paredes (de interiores e exteriores); revestimento de muros, calçada ("pedra preta" do "mosaico português"); lastro ferroviário; agregado graúdo de concretos; muros de arrimo.

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30 Granitos Rocha magmática mais freqüente da crosta terrestre. Os granitos encontram-se expostos na superfície pela erosão das cadeias de montanhas. Supõe-se que essas rochas derivem dos magmas produzidos pelo aquecimento e fusão parcial das rochas.

31 Granitos Devido aos esforços associados à subducção e ao forte fluxo de calor, as rochas pré-existentes são dobradas e metamorfizadas. Nos locais de maior calor ocorre a geração do magma granítico que, assim, origina as cadeias de montanhas.

32 Geralmente o termo granito é empregado para qualquer rocha dura, resistente e muitas vezes de considerável valor econômico. Comercialmente um grande número de rochas é denominado impropriamente de "granito", incluindo até rochas não magmáticas. Recebem "nomes fantasia" dependendo da coloração e local de extração: "Vermelho Capão Bonito", "Amarelo Arabesco", "Amarelo Minas", "Verde Esperança", "Verde Candeias", "Verde Ubatuba", "Azul Bahia", "Café Bahia", "Café Olinda", "Preto São Gabriel", "Dourado Paulista", "Ouro Mel", "Ouro Novo", "Lilás Gerais.

33 Composição Mineralógica Constituído essencialmente por: feldspatos ( potássico e plagioclásio em proporções muito variáveis), Quartzo, mica (biotita e/ou muscovita) e Anfibólio (em geral hornblenda) Piroxênios são raros e típicos dos charnokitos, granitos de cor cinza esverdeada ("Verde Ubatuba"). Os principais minerais acessórios são: magnetita, ilmenita, apatita,zircão, esfênio (ou titanita), topázio, fluorita.

34 coloração (determinada pela cor do feldspato): branca, acinzentada, rosada, avermelhada, esverdeada, amarelada, acastanhada. elevada resistência à abrasão por seu elevado teor de quartzo; Praticamente não reage com ácidos; baixo índice de absorção d'água; a oxidação da granada em certos granitos pode causar manchas acastanhadas; alguns minerais acessórios (principalmente sulfetos) podem causar manchas localizadas devido à sua oxidação.

35 Aplicação construção Civil revestimento de paredes,de pisos (de interiores e exteriores), detalhes decorativos em pisos; soleiras e rodapés; elementos estruturais (pilares, colunas); tampos de mesa e balcões de cozinha; lápides; pedra de construção, pavimentação e de arremates marginais (guias de calçadas).

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39 Aplicações Departamento de Engenharia Civil Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto

40 Aplicações Departamento de Engenharia Civil Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto

41 Rochas Sedimentares Resultam da acumulação e compactação dos produtos gerados pelo intemperismo de rochas préexistentes, produtos estes denominados de sedimentos. O intemperismo pode ser químico ou físico. No primeiro caso os minerais da rocha pré-existente são alterados quimicamente com a produção de novos, com destaque para: as argilas formadas às custas do feldspato e dos minerais ferromagnesianos(micas, anfibólios, piroxênios, olivinas).

42 Rochas Sedimentares

43 Rochas Sedimentares

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45 Rochas sedimentares mais importantes: Os arenitos (rochas formadas por grãos de quartzo); Os argilitos e folhelhos (formada por grãos de argila); Os calcários e dolomitos (formados por grãos de carbonatos de cálcio e/ou magnésio). Rochas silicificadas, nas quais soluções ricas em sílica (SiO2) percolam e cimentam os detritos sedimentares formando uma rocha dura. Por isso, alguns arenitos silicificados são denominados de quartzitos e encontram larga aplicação em revestimentos externos.

46 Rochas Sedimentares Rocha sedimentar travertino grãos de carbonato de cálcio cristalinizados podem apresentar coloração em tons de branco-cremebronze coloração proveniente de intemperismo químico ocorrência lençóis água subterrânea águas termais características anisotrópicas presença de poros

47 Rochas Sedimentares Rocha sedimentar silicosa arenito fragmentos de areia agrupados grãos de quartzo cimentados por silicatos ou óxidos cálcio-ferro diâmetro (0,0625-2mm) alta porosidade aplicação com restrições

48 Principais Rochas Sedimentares Arenito Rocha sedimentar que provém da consolidação de sedimentos constituídos principalmente por grãos de quartzo (areias, silte). O quartzo é o mineral principal, podendo também ocorrer feldspatos, micas, granadas, zircão e fragmentos de rochas. Esses grãos podem estar cimentados por argila, sílica, carbonato (calcita) ou por óxido de ferro (hematita ou goethita).

49 coloração variada, depende da natureza do cimento e do ambiente de exposição (oxidante ou redutor): sílica e calcita como material cimentante: amarelados, brancos, cinzentos; óxido de ferro como material cimentante: avermelhados, castanhos; granulação fina a grossa; apresenta estratificação plano-paralela, estratificação cruzada, marcas de ondas e concreções, que podem dar uma bela movimentação às rochas.

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51 arenitos silicificados são bastante resistentes à abrasão e ao ataque químico, podendo ser utilizados em ambientes exteriores; arenitos não silicificados são porosos, apresentando elevado índice de absorção d'água e pouca resistência mecânica à desagregação.

52 Rochas Metamórficas Resultam de rochas pré-existentes que sofreram posterior aquecimento e deformação por esforços no interior daterra. Pelo aquecimento os minerais das rochas préexistentes reagem entre si formando novos os minerais metamórficos. São exemplos de rochas metamórficas: a pedra mineira, as ardósias, os itabiritos, os mica-xistos, os gnaisses.

53 Por metamorfismo: os calcários transformam-se em mármores, os arenitos em quartzitos, os basaltos e gabros em anfibolitos, granitos em gnaisses e migmatitos. Outra rocha metamórfica típica é o esteatito (pedra sabão), constituído por uma mistura de talco e serpentina, com estruturas maciças ou planares. São gerados a partir de rochas magmáticas magnesianas como os dunitos, peridotitos e piroxenitos.

54 Tipos de Rochas Metamórficas Ardósia: originada pelo metamorfismo de rochas argilosas ou folhelhos mais ou menos silcosos e arenosos. Caracteriza-se por uma estrutura plano-paralela muito intensa e cerrada (foliação), feição típica dos esforços orientados. Componentes principais são: quartzo, sericita e clorita (define a coloração esverdeada da pedra). Comum é a ocorrência de piritas.

55 Ardósia: coloração preta com tonalidade acinzentada, esverdeada, azulada, acastanhada e avermelhada; granulação fina a muito fina; apresenta recristalização incipiente e uma foliação (clivagem ardosiana) marcante, que freqüentemente não coincide com a estratificação original da rocha; baixa a média resistência à abrasão,dependendo do domínio de material meta-silicoso ou meta-argiloso; Superfície escorregadia (uso em paredes, bancadas, tampos, pisos não molhados, telhas); a oxidação de piritas, que podem ocorrer ou não, pode provocar o aparecimento de nódulos castanhos na superfície da rocha.

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58 Gnaisse Rocha metamórfica formada por metamorfismo regional de pressão e temperatura bastante elevadas. É conhecido popularmente como "rocha movimentada" devido ao aspecto listrado de seus minerais segregados em faixas claras e escuras; Seus minerais encontram-se concentrados em faixas milimétricas a centimétricas alternadas escuras, xistosas, ricas em muscovita, biotita, hornblenda e, ocasionalmente, piroxênio e faixas claras, granulares, contendo quartzo e feldspato.

59 Gnaisse encontrado em tonalidades de branco, cinza, amarelo, marrom e rosa; estrutura orientada com formação de bandas alternadamente em tons claros e escuros (gnaissificação), que permite o desmembramento planoparalelo da rocha. Características químicas e mecânicas: elevada resistência à abrasão; boa resistência à compressão; não reage com ácidos.

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61 Mármore: Os mármores encontram-se associados a quartzitos, filitos e diferentes tipos de xistos em seqüências metamórficas geradas a partir de sedimentos. Composto essencialmente por calcita (mármore calcítico) e/ou dolomita (mármore dolomítico).

62 Mármore: Os nomes dados aos mármores são muitos e se referem ao lugar de origem, estrutura, textura,desenho, cor ou simplesmente à criatividade da indústria de rochas ornamentais: ("Branco Carrara", "Branco Espírito Santo", "Crema Marfil", "Estremoz Vergado", "Rosso Verona", "Rosa Borba", "Calacata", "Travertino Romano", "Arabescado", etc.).

63 Mármore Características químicas e mecânicas: baixa resistência à abrasão (restringe sua aplicação em pisos de ambientes de alto tráfego); resistência mecânica menor que a do granito; reação com ácidos, menos pronunciado nos mármores dolomíticos. não deve ser utilizado como revestimento em ambientes exteriores agressivos (gases de combustão, maresia, chuvas ácidas), a não ser que seja executado um processo de proteção e impermeabilização pós-assentamento; evitar sua aplicação em banheiros e balcões de cozinha, local onde são encontrados produtos de limpeza e ácidos, naturais (cítricos) ou não.

64 Mármore

65 Quartzito Rocha metamórfica, derivada de arenitos por metamorfismo de contato ou regional, moderado a intenso. É encontrado em associações com outras rochas metamórficas como filitos, xistos e mármore derivadas de sedimentos. Apresenta foliação mais ou menos desenvolvida. Comercialmente é denominado "pedra mineira".

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70 Composição Química Formado principalmente por grãos de quartzo recristalizados (80%), ao lado de teores variáveis de mica (mica quartzito) e feldspato (feldspato quartzito), aglutinados ou não por cimento silicoso. Quartzitos constituídos quase exclusivamente por grãos de quartzo são denominados de ortoquartzitos.

71 Características Físicas cores claras em tons de branco, amarelo, rosa, verde ou cinza, que refletem a luz; granulação fina a grossa; maciça ou foliada; foliação metamórfica é condicionada por minerais micáceos e por grãos de quartzo deformados e recristalizados, que permitem o desmembramento da rocha em placas mais ou menos espessas e regulares. placas com superfície áspera;

72 Características Químicas e Físicas alta resistência à abrasão nos ortoquartzitos e menor nos quartzitos micáceos; elevada absorção d'água, nos quartzitos com textura sacaróide; inexistência de minerais reativos torna o material inerte a agentes de alteração (produtos de limpeza, cítricos, chuvas ácidas);

73 Características Químicas e Físicas a elevada absorção d'água, fruto de elevada porosidade, evita o empoçamento de água e facilita a drenagem de pisos externos; a refração da luz solar, proporcionada porsua coloração clara, permite que o material funcione como refratário térmico, evitando o aquecimento de ambientes; o material é antiderrapante, devido à aspereza de sua superfície.

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76 Xistos O termo xisto tem essencialmente um significado estrutural, caracterizando rochas com estruturas planares contínuas bem desenvolvidas, mas menos cerradas e contínuas que as dos filitos e ardósias, mas mais potentes que as dos gnaisses. De acordo com sua composição distinguem-se vários tipos de xistos com ênfase para: os quartzo xistos ("pedrasmadeira"), muscovita xistos, biotita xistos, clorita xistos, talco xistos("pedra sabão").

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79 Quartzo xistos (Foto 67) : cores claras em tons de amarelo, creme, cinza e verde; presença de minerais laminares (micas), granulares e achatados quartzo recristalizado); arranjo paralelo dos minerais resultando em xistosidade ondulada, que propicia esfoliação pronunciada; mais grosseira que a dos filitos. não reagem com ácidos (a não ser o fluorídrico); grande resistência à abrasão; elevada porosidade, devido à forte orientação dos minerais, esse material pode esfoliar-se, favorecendo a infiltração de água.

80 Mica xistos (Foto 68): coloração varia de acordo com a mica presente na rocha: muscovita - coloração cinzenta a prateada; biotita - coloração castanha ou preta; granulação fina, média ou grossa; aparência laminada notável (boa xistosidade), devido ao arranjo paralelos dos minerais micáceos. não reage na presença de ácidos; baixa resistência à alteração; elevada porosidade, devido à forte orientação dos minerais, esse material pode esfoliar-se, favorecendo a infiltração de água.

81 Talco xistos (Foto 69): cores claras em tonalidades de branco, esverdeadorosado, cinza-esverdeado; sensação untuosa ao tato; marca tecidos como o talco; composto principalmente por talco, serpentina, tremolita e carbonatos; baixíssima dureza (riscado pela unha); baixa porosidade nas variedades mais compactas (pedra sabão); não reage com ácidos a não ser na presença de quantidades maiores de carbonatos.

82 Talco xistos: sua baixa dureza, caracteriza-o como uma "pedra mole", fácil de se trabalhar e esculpir. Foi muito utilizada por Aleijadinho, cujas obras são marcos nas cidades históricas de Minas Gerais. o talco xisto isento de minerais carbonatados é de grande utilidade técnica por ser refratário ao fogo.

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84 Propriedades Departamento Acadêmico de Engenharia Civil CEFET/MG PPGEC - Programa de Pós-Graduação Engenharia Civil Mestrado Engenharia Civil

85 Propriedades Departamento Acadêmico de Engenharia Civil CEFET/MG PPGEC - Programa de Pós-Graduação Engenharia Civil Mestrado Engenharia Civil

86 Departamento Acadêmico de Engenharia Civil CEFET/MG PPGEC - Programa de Pós-Graduação Engenharia Civil Mestrado Engenharia Civil

87 Propriedades Departamento de Engenharia Civil Escola de Minas - Universidade Federal de Ouro Preto Controle de qualidade durabilidade absorção densidade abrasão segurança atrito resistência mecânica compressão tração ancoragem (aderência fachadas) P r o f. R i c a r d o F I o r o t t I

88 Propriedades Material para construção e infra-estrutura aderência a ligantes hidráulicos e hidrocarbonados asfalto

89 Patologia especificação das argamassas de assentamento e rejuntamento: causa o surgimento de manchas, fissuras e destacamento; escolha do tipo de rocha e incompatibilidade entre os agentes de degradação: causa a perda de brilho, o surgimento de sulcos e arranhões no revestimentos; o uso de alguns tipos de produtos impermeabilizantes e de limpeza, que causam os manchamentos e influenciam negativamente na resistência de aderência.

90 PROBLEMAS DECORRENTES DOS INSUMOS A argamassa de assentamento pode ser responsável pelo surgimento de diversos problemas patológicos: os destacamentos e os manchamentos. Os destacamentos decorrem de uma ineficiente aderência entre a argamassa de assentamento e a placa de rocha ou o substrato.

91 O tipo de manchamento mais comum é devido a umidade existente na própria argamassa de assentamento que provoca alterações não uniformes, na superfícies das rochas. dependendo das condições atmosféricas, demanda um longo período para o retorno às coloração inicial.

92 apresentam casos de manchamentos que podem ser atribuídos à argamassa de assentamento: Vermelho Capão Bonito, Santa Cecília, Branco Itaúnas Branco Ceará, Mármore branco.

93 a influência do tipo de argamassa de assentamento no surgimento de manchas de umidade: tipo colante reduz em até 65% o tempo necessário para o seu desaparecimento, quando comparadas com às do tipo farofa e mistas. Maranhão (2002)

94 Eflorescência: ocorre pela cristalização de sais solúveis oriundos da argamassa de assentamento e de regularização, sobre as placas de rochas. ocorre com mais freqüência quando se utiliza a técnica de grande espessura.

95 Outros sais que podem ser encontrados em eflorescências: dependendo da: Areia da argamassa de assentamento:areias com elevado teor de matéria orgânica, sulfatos e cloretos provocam o surgimento principalmente de CaSO4, Na2SO4, MgSO4 e NaCl. Água de amassamento:água contendo alto teor de sulfatos e cloretos, provoca o surgimento de MgCl2, CaCl2, NaCl, KCl, K2SO4, CaSO4 e MgSO4.

96 Escamações: são resultantes da: dilatação térmica dos minerais Ocorrem onde não houve o cuidado de respeitar o espaço mínimo para o rejunte e, desse modo, as superfícies das placas se tocam, ambientes fechados com muita insolação e a presença, lado a lado, de rochas com coeficientes de dilatação muito diferentes. cristalização de sais entre minerais; do uso incorreto de pisos com rejuntes muito porosos que permitem a entrada de produtos quimicos de limpeza que por evaporação, sobem através dos poros da rocha e cristalizam superficialmente em sais diversos, pelo aumento de volume em relação ao seu estado líquido, os sais vão arrancar minerais com bastante facilidade.

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98 Escamações resultantes da cristalização de sais entre os minerais em um granito vermelho escuro com menos de 3 anos de uso. A superfície ficou áspera e quase branca.

99 Mancha causada por lata enferrujada hidróxido de ferro

100 Mancha de gordura provocadas pelo contato humano

101 MÉTODOS DE TRATAMENTO AVENTADOS PARA A FACHADA Estudo feito no granito branco caravelas. Para a solução do problema de oxidação da fachada, buscamos as seguintes alternativas: Remover as pedras oxidadas e assentar novas pedras. Remover as manchas de oxidação. Impermeabilizar toda a fachada, com um produto hidro óleo repelente.

102 Presença de biotita acompanhado da pirita, produto da granada. Presença de granalha encrustada na superfície do granito.

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104 OXILENE (removedor de oxidação em pedra natural): Destina-se a remoção de manchas de ferrugens, provocadas por granalhas de aço e outros agentes ferruginosos em granitos e pedras naturais em geral. é necessário fazer um curativo em cima dos pontos oxidados, deixando o produto agir por 24 horas, para após esse período retirá-lo.

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113 Ensaios e análises para caracterização de rochas

114 Ensaios e análises para caracterização de rochas