1. INTRODUÇÃO RESUMO ABSTRACT

Transcrição

1 IMPLICAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS PETROGRÁFICAS, FÍSICAS E MECÂNICAS NA UTILIZAÇÃO DE GRANITOS COMO ROCHA INDUSTRIAL E ORNAMENTAL OS CASOS DOS GRANITOS SPI, AMARELO GÁFETE E BRANCO CARAVELA IMPLICATION OF THE PETROGRAPHIC, PHYSICAL AND MECHANICAL CHARACTERISTICS IN THE USE OF GRANITES AS INDUSTRIAL ROCK AND DIMENSION STONE THE CASES SPI, AMARELO GÁFETE AND BRANCO CARAVELA GRANITES Borges, M.I., Escola Superior de Tecnologia e Gestão (ESTG) / Instituto Politécnico de Portalegre (IPP), Portalegre, Portugal, [email protected] Simão, J., Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT) / Universidade Nova de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal, [email protected] Freire, A.C., Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), Lisboa, Portugal, [email protected] RESUMO As características petrográficas, físicas e mecânicas de três granitos ornamentais da região de Alpalhão - Castelo de Vide (SPI, Amarelo Gáfete e Branco Caravela) foram determinadas e permitiram a comparação destes dados com os valores das especificações para diversas utilizações, quer como rocha ornamental, quer como rocha industrial. Desse modo, foi possível fazer o aconselhamento para a aplicação dos granitos em determinadas situações, evitando-se problemas em obra ou durante o tempo de vida desta. Os resultados estão expressos em quadros que permitem comparar a adequabilidade dos três granitos para a mesma aplicação ornamental e industrial. ABSTRACT The petrographic characteristics and the physical and mechanical properties of three ornamental granites of the Alpalhão - Castelo de Vide region (SPI, Amarelo Gáfete and Branco Caravela) were determined. These data were compared with the values of several specifications for use either as dimension stone or as industrial rock. With that information it was possible to advise the proper use of the granites, improving their performance during the lifetime. The results are expressed in tables that compare the suitability of the three granites for the same ornamental and industrial application. 1. INTRODUÇÃO A caracterização petrográfica, física e mecânica de uma rocha é essencial quando se prevê que esta possa ter interesse comercial, independentemente da sua finalidade. As normas actualmente existentes no mercado da construção civil especificam valores para praticamente todas as aplicações de um material rochoso. As solicitações a que as rochas são submetidas implicam um dimensionamento exigente que depende do seu comportamento ao longo da vida da obra, o qual será sempre influenciado por características próprias da rocha e pela sua envolvente ambiental.

2 Por outro lado, a exploração de uma rocha para o sector ornamental origina, com frequência, escombreiras e rejeição de material que não mantém o padrão ornamental aceite pelo mercado, ou não tem as dimensões mínimas exigidas para ser comercializada como bloco. Considera-se no entanto que esse material apresenta frequentemente características físicas e mecânicas adequadas à sua comercialização no sector industrial, podendo minimizar o impacto negativo da exploração e maximizar a utilização do material extraído. Com estes pressupostos foram efectuadas as caracterizações petrográficas, químicas, físicas e mecânicas de três rochas graníticas exploradas em Portugal: os granitos SPI, Amarelo Gáfete e Branco Caravela, da região de Alpalhão - Castelo de Vide. Com base nesses dados e nas normas e especificações vigentes, os granitos foram comparados em termos das suas utilizações industriais e/ou ornamentais. Nas primeiras, deu-se especial atenção às aplicações como agregados para betões e como agregados para camadas de pavimentos rodoviários. Nas utilizações ornamentais compararam-se as aplicações, quer em pedra maciça (alvenarias e cantarias, cubos, etc.), quer em placagens (revestimento exterior e interior, degraus, consolas, etc.), aferindo-se a utilização mais indicada para cada tipo de granito estudado. 2. CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA, PETROGRÁFICA E QUÍMICA Os estudos mineralógicos e petrográficos, tal como os ensaios de caracterização física e mecânica, foram realizados em amostras de rochas obtidas em pedreiras exploradas pela empresa de extracção e transformação de rochas ornamentais - Granitos de Maceira. Na figura 1 podem-se observar aspectos dessas explorações, estando as características gerais das pedreiras descritas em Moura (2000), e-geo (2006), Vários (1983/4/5 e 1995) e Borges (1994). Figura 1 - Aspectos gerais das explorações dos Granitos SPI (1), Amarelo Gáfete (2) e Branco Caravela (3) O estudo petrográfico envolveu uma descrição macroscópica das rochas em amostra de mão e descrição ao microscópio petrográfico com estudo dos minerais essenciais. No quadro 1, com base em Borges (1994), para os granitos SPI e Amarelo Gáfete, e Simão (2003), para o granito Branco Caravela, resumem-se as principais características mineralógicas, petrográficas e químicas das rochas ígneas ornamentais. Indicam-se também as suas designações comerciais e a localização geográfica das pedreiras. Na figura 2 pode observar-se o aspecto macroscópico das rochas ornamentais após polimento e fotografias das mesmas rochas em lâmina delgada ao microscópio petrográfico.

3 Figura 2 - Aspecto macroscópico do granito SPI (1a), Amarelo Gáfete (2a) e Branco Caravela (3a) após polimento e respectivas microfotografias (b) em nicóis X, com ampliação original de 40x (Pl - plagioclase, Bt - biotite, Fk - feldspato potássico, Mosc - moscovite, Qz - quartzo) Quadro 1 - Resumo das principais características mineralógicas, petrográficas e químicas dos granitos SPI, Amarelo Gáfete e Branco Caravela Nome da Rocha Granito SPI Fácies do Pinheiral Granito de Gáfete Granito de Castelo de Vide Designação comercial Cinzento ou azul de Alpalhão Amarelo Gáfete Branco Caravela Pequenas explorações entre a E.N. Pedreira dos Cadouços, nº 4888 Cancho de S. Lourenço (Concelho de Localização Geográfica 18 e a estrada que liga Alpalhão a (Alpalhão) Castelo de Vide) Arez Descrição Macroscópica Textura fanerítica de granulometria média e com frequentes plagas de Granito de cor branca, com textura Granito alcalino monzonítico com moscovite (que podem atingir 5 mm), fanerítica de grão médio a grosseiro, textura fanerítica de grão fino (~1 leucocrata, com cor amarelaalaranjada a acastanhada, aspecto porfiróide, com duas micas mm), com coloração cinzentaazulada foliado, dada a orientação dos (predominando a biotite), com fenocristais de feldspato cristais de biotite que exibem auréolas acastanhadas Descrição Microscópica Minerais essenciais Minerais acessórios e de alteração Textura holocristalina, Textura equigranular, hipidiomórfica Textura equigranular, hipidiomórfica hipidiomórfica granular, porfiróide, e holocristalina e holocristalina algo tectonizada, com intensa caulinização nos feldspatos Plagioclase (32,7%), quartzo Microclina algo pertitizada (32,4%), Quartzo (32%), microclina pertítica (30,7%), presença de mirmequites, plagioclase (30,9%), quartzo (36%), plagioclase (16%), biotite feldspato potássico microclina (26,2%), presença de mirmequites, (12%), moscovite (2%) (25,5%) e biotite cloritizada (6,1%) moscovite (5,9%) Moscovite (2,1%), zircão, esfena, apatite e opacos, clorite (1,7%) Apatite, esfena, zircão, turmalina, Biotite cloritizada (2,5%), esfena, rútilo e pirite, andaluzite, caulinite, zircão, apatite, opacos e clorite (1,1%) sericite, clorite e produtos ferruginosos (2%) Composição química (em % de óxidos de elementos maiores) SiO 2 70,2 73,04 73,92 TiO 2 0,43 0,24 0,2 Al 2 O 3 15,01 14,45 13,53 FeO Fe 2 O 3 Total 2,39 1,11 2,41 MnO 0 0 0,03 MgO 1,61 0,67 0,36 CaO 1,4 0,5 0,5 Na 2 O 4,12 4,07 2,78 K 2 O 3,66 4,19 4,83 P 2 O 5 0,28 0,62 0,37 H 2 0 0,66 0,99 0,84 3. CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E MECÂNICA A caracterização física e mecânica dos granitos estudados foi efectuada através da execução de um conjunto de ensaios laboratoriais preconizados nos procedimentos e normas em vigor à data da sua elaboração (ver quadro 2). O facto das normas utilizadas para a caracterização dos

4 granitos SPI e Amarelo Gáfete terem sido diferentes das utilizadas na caracterização do granito Branco Caravela, prende-se com as datas de execução dos ensaios laboratoriais, que foram distintas. Contudo, efectuada a comparação das normas utilizadas com as normas actuais, não se verificaram discrepâncias significativas. Quadro 2 - Ensaios de caracterização física e mecânica e respectivas normas utilizadas em cada tipo litológico Ensaio Norma utilizada para os granitos Norma utilizada para o granito SPI e Amarelo Gáfete em 1994 Branco Caravela em 2003 Procedimento do núcleo de Resistência à flexão sob carga prospecção do LNEC e EN (2001) centrada Recomendações ISRM (1981) Resistência ao Choque NP-308 (1962) EN (2001) Desgaste Los Angeles LNEC E 237 (1970) LNEC E 237 (1970) Desgaste Capon NFP (1988) e NFEN-102 EN (2001) (1991) Coeficiente de Dilatação Térmica PA206RMIN (manual de Procedimento do GERO (LNEC) Linear qualidade IGM) Absorção de água à P.At.N. Procedimento nº 3 ISRM (1981) EN (1999) Resistência à compressão uniaxial LNEC E 226 (1968) e EN 1926 (2000) Recomendações ISRM (1981) Massas volúmicas, porosidade Procedimento nº 3 ISRM (1981) aparente e absorção EN 1936 (1999) O conjunto de ensaios efectuados caracteriza os granitos na perspectiva da sua utilização como pedra natural, quer na vertente ornamental, quer na vertente industrial. Relativamente ao ensaio de desgaste Los Angeles, deve referir-se que as amostras do Granito Amarelo Gáfete e SPI eram constituídas por pedaços de rochas, com arestas vivas e forma irregular, enquanto as amostras do Granito Branco Caravela eram constituídas por placas de rocha, com espessura de cerca de 0,04 m, com duas faces polidas. As amostras foram britadas em laboratório, numa britadeira de maxilas, a partir das amostras cedidas pela empresa Granitos de Maceira, com vista à obtenção de partículas de agregado com as dimensões preconizadas na especificação LNEC E 237 (1970). Quadro 3 - Valores característicos das propriedades físicas e mecânicas dos granitos SPI, Amarelo Gáfete e Branco Caravela Ensaio Granito SPI Granito Amarelo Gáfete Granito Branco Caravela [nº provetes ensaiados] [nº provetes ensaiados] [nº provetes ensaiados] Resistência à flexão (MPa) 17 [12] 6 [8] 15 [10] Resistência ao Choque (m) 0,75 [9] 0,60 [6] 0,50-0,55 [6] Desgaste Los Angeles Granulometria A (%) 31 [2] 40 [2] 42 [2] Granulometria B (%) 31 [2] 43 [2] 46 [2] Desgaste Capon 0,026 m (*) [11] 0,0240 m (*) [11] 0,0286 m (**) [11] 0,0299 m (**) [11] 5 x 10-7 (***) [6] Coeficiente de Dilatação Térmica Linear (valor máximo - n x 10-6 / o C) 7,10 [6] 8,10 [4] 8,40 [4] Absorção de água à P.At.N. (%) 0,27 [21] 0,93 [23] 0,24 [6] Resistência à compressão uniaxial (MPa) 148 [15] 98 [14] 169 [10] Massa volúmica aparente (kg.m -3 ) 2641 [21] 2578 [23] 2641 [6] (*) - Desgaste linear por roçamento em máquina Capon, segundo a norma NFP (**) - Desgaste linear por roçamento em máquina Capon, segundo a norma NFEN-102 (***) - Desgaste em tribómetro de Amsler-Laffon No quadro 3 apresentam-se os valores das propriedades físicas e mecânicas dos granitos estudados, assim como o número de provetes ensaiados. De referir que os valores obtidos

5 apresentaram, na generalidade, reduzida dispersão em torno do valor médio podendo este considerar-se como representativo da respectiva litologia. Estes permitem, com base nas especificações, averiguar a sua adequabilidade para as diferentes aplicações possíveis. 4. ESPECIFICAÇÕES PARA APLICAÇÃO COMO ROCHA INDUSTRIAL A aplicação dos granitos em camadas ligadas ou não ligadas de pavimentos rodoviários implica que estes apresentem uma série de características gerais e específicas. Como condições gerais para utilização como materiais constituintes das misturas com ligantes hidráulicos ou betuminosos, os agregados devem apresentar-se limpos, serem duros, pouco alteráveis sob a acção dos agentes climatéricos, possuírem qualidade uniforme e estarem isentos de materiais decompostos, matéria orgânica ou outras substâncias prejudiciais. Quadro 4 - Critérios específicos para aplicação de agregados (Caderno de Encargos da ex-jae, 1989) Tipo de aplicação - agregados Critérios específicos Agregado britado de granulometria extensa para camada granular com característica de sub-base e para material granular com características A), máxima - 45% de regularização, no enchimento de bermas * Equivalente de areia, mínimo - 45% Agregado britado de granulometria extensa para camada granular com A), máxima - 40% característica de base e como agregado britado de granulometria * Índices de lamelação e de alongamento, máximos - 35% extensa, misturado em central * Equivalente de areia, mínimo - 50% Agregado para camada drenante A), máxima - 45% * Equivalente de areia, mínimo - 60% Agregado britado de granulometria extensa, tratado com ligantes A), máxima - 40% hidráulicos ou em betão pobre cilindrado para camada de mistura com * Teor em matéria orgânica, máximo - 0,5% ligantes hidráulicos com característica de base * Teor em sulfatos, máximo - 0,5% * Equivalente de areia, mínimo - 40% Agregado em betão pobre vibrado para camada de misturas com A), máxima - 45% ligantes hidráulicos com características de base; dimensão máxima do * Teor em partículas de argila, referido à massa do ligante, agregado inferior a 37,5 mm máximo - 2% Agregado britado de granulometria extensa, tratado com emulsão betuminosa ou em mistura betuminosa aberta a frio para camada de mistura betuminosa a frio com características de base ou com A), máxima - 35% características de regularização e como material para camadas de * Equivalente de areia, mínimo - 40% misturas betuminosas a quente com características de base em * Absorção de água, máxima - 3% macadame betuminoso e em mistura betuminosa de alto módulo Material para camadas de misturas betuminosas a quente com características de regularização em semi-penetração betuminosa A), máxima - 35% Material para camadas de misturas betuminosas a quente com A), máxima - 40% características de regularização em macadame betuminoso e em * Equivalente de areia, mínimo - 50% mistura betuminosa densa * Absorção de água, máxima - 3% Material para camadas de misturas betuminosas a quente com características de desgaste na faixa de rodagem em betão betuminoso, B), máxima - 20% em betão betuminoso drenante, em microbetão betuminoso rugoso e * Equivalente de areia, mínimo - 60% em argamassa betuminosa * Absorção de água, máxima - 2% Material para camadas de betão de cimento na faixa de rodagem em A), máxima - 45% laje de betão de cimento sem e com passadores e em betão armado * Teor em partículas de argila, referido à massa do ligante, contínuo; dimensão máxima do agregado inferior a 37,5 mm máximo - 2% Em função do tipo de aplicação como agregados, estes devem obedecer, segundo o Caderno de Encargos da ex-jae (1989), presentemente em vigor, aos seguintes critérios específicos, ilustrados no quadro 4.

6 5. ESPECIFICAÇÕES PARA APLICAÇÃO COMO ROCHA ORNAMENTAL Segundo Pinto et al. (2006), os ensaios de caracterização física e mecânica das pedras naturais podem dividir-se em ensaios de identificação, ensaios de desempenho em obra e ensaios de durabilidade. De acordo com aquele autor e Moura (2000), foram considerados alguns dos valores mais vulgarmente requeridos, para granitos, em função do tipo de utilização. Para produtos em pedra maciça (alvenarias e cantarias, bancos de jardins, guias de passeio e pedra para calçada, colunas, pórticos, elementos decorativos e ornatos diversos), pavimentos exteriores, placagens de paredes e pisos (revestimentos interiores e exteriores) e placagens em arte funerária, os granitos devem apresentar, salvo variações pontuais, os seguintes valores: Resistência à compressão > 98,1 MPa; Resistência à flexão > 10,3 MPa; Absorção de água à pressão atmosférica 0,4%; Porosidade aberta < 1%; Massa volúmica aparente > 2560 kg.m -3 ; Dilatação térmica linear < 9x10-6 / ºC; Resistência ao choque por impacto (altura mínima de queda) - uso privado (excluindo cozinhas) - 0,30 m; uso colectivo - 0, 45 m; uso público - 0,60 m. 6. RESULTADOS E DISCUSSÃO Da análise do quadro 3 podemos concluir que o granito Amarelo Gáfete apresenta características mecânicas bastante mais penalizadoras para a sua utilização como rocha ornamental do que os granitos SPI ou Branco Caravela. Possui valores de resistência significativamente inferiores, quer à flexão, quer à compressão, maior absorção de água, menor massa volúmica e maior desgaste, comprometendo a sua utilização em pedra maciça, pavimentos exteriores, placagens de paredes e pisos e placagens utilizadas em funerária. Contudo, apresenta valores de coeficiente de dilatação térmica linear e de resistência ao choque da mesma ordem de grandeza do Branco Caravela. Considera-se, no entanto, que aqueles valores não inviabilizam que este granito possa ser utilizado em elementos artísticos e em algumas utilizações rústicas. Os granitos SPI e Branco Caravela apresentam valores das propriedades mecânicas muito semelhantes e que superam os valores usualmente requeridos, excepto algumas restrições relativamente a tráfego forte, podendo ser utilizados em praticamente todas as situações. No entanto, Silva et al. (2002) referem a existência de factores de alteração mineralógica que podem provocar alterações cromáticas e penalizar o granito Branco Caravela, uma vez aplicado em superfícies exteriores. Apresenta-se no quadro 5 um resumo dos diferentes tipos de utilização, como rocha ornamental, para os quais os granitos estudados se mostram adequados, ou onde não se recomenda a sua aplicação. Considerando ainda os dados apresentados no quadro 3, nomeadamente no que respeita aos valores de desgaste obtidos na realização do ensaio Los Angeles, verifica-se que, quando comparados com os limites constantes do Caderno de Encargos da ex-jae (1989), o Granito SPI é o que apresenta maior versatilidade de aplicação enquanto rocha industrial quando comparado com os granitos Amarelo Gáfete e Branco Caravela. A aplicação mais restritiva do granito Branco Caravela, quando comparado com o Amarelo Gáfete, resulta do valor mais elevado (em ambas as granulometrias) de desgaste Los Angeles que o primeiro apresenta e que pode dever-se ao facto de ser um granito de grão médio a grosseiro porfiróide.

7 Quadro 5 - Aplicabilidade dos granitos SPI, Amarelo Gáfete e Branco Caravela como rocha ornamental (s - aconselha-se aplicação; n - não se aconselha aplicação) Tipo de Utilização Granito SPI Granito Amarelo Gáfete Granito Branco Caravela Alvenarias e Cantarias s n s Pavimentos Exteriores s n s Revestimento de paredes e fachadas s n s Placagens para arte funerária s n s Elementos decorativos artísticos para interiores e estatuária No quadro 6 apresenta-se um resumo dos diferentes tipos de utilização, como rocha industrial, para os quais os granitos estudados se mostram adequados ou onde não se recomenda a sua aplicação. Quadro 6 - Aplicabilidade dos granitos SPI, Amarelo Gáfete e Branco Caravela como rocha industrial (s - aconselha-se aplicação; n - não se aconselha aplicação) Tipo de Utilização Granito SPI Granito Amarelo Gáfete Granito Branco Caravela Camadas de base granulares não ligadas Camadas de sub-base granulares não ligadas Camadas de misturas betuminosas a frio ou a quente (Granulometria B) Agregado para o fabrico de betões Agregado para camada betuminosa drenante Agregado tratado com ligantes hidráulicos ou em betão pobre cilindrado para camada de mistura com ligantes hidráulicos com característica de base s s n s n n s s n Agregado em betão pobre vibrado para camada de misturas com ligantes hidráulicos com características de base Agregado tratado com emulsão betuminosa ou em mistura betuminosa aberta a frio para camada de mistura betuminosa a frio com características de base Camadas de misturas betuminosas a quente com características de base em macadame betuminoso e em mistura betuminosa de alto módulo Camadas de misturas betuminosas a quente com características de regularização em semipenetração betuminosa Camadas de misturas betuminosas a quente com características de regularização em macadame betuminoso e em mistura betuminosa densa Camadas de betão de cimento na faixa de rodagem em laje de betão de cimento sem e com passadores e em betão armado contínuo s n n s s n s n n s s n

8 7. CONCLUSÕES Os dados obtidos nos estudos de caracterização petrográfica e nos ensaios físicos e mecânicos de uma rocha são imprescindíveis para o correcto dimensionamento da sua aplicação em obra. Estes dados, quando comparados com as especificações em vigor para utilização como rocha ornamental e industrial, dão boas indicações quanto à correcta utilização da rocha prevenindo, ou mesmo evitando, desagradáveis repercussões estéticas, de desempenho e económicas. Dos três granitos estudados, considera-se que o granito de Alpalhão (SPI) é aquele que apresenta melhores características, podendo ser aplicado em praticamente todas as situações. O granito de Castelo de Vide pode ser aplicado quase sem reservas em termos ornamentais, tendo algumas restrições em termos industriais. O granito de Gáfete é um granito amarelo alterado cuja aplicação ornamental, ao contrário de outros granitos nacionais semelhantes, apresenta muitas reservas. Em termos industriais, tal como o de Castelo de Vide, pode ser aplicado em grande parte das situações. Estes dados devem ser entendidos numa perspectiva de prevenção, entendendo-se que a melhor forma de qualificar uma determinada rocha industrial ou ornamental será dando-lhe uma correcta utilização. AGRADECIMENTOS À empresa Granitos de Maceira pelo fornecimento de amostras dos três granitos para estudo e realização de ensaios. Ao Laboratório Nacional de Engenharia Civil pelo apoio dado na realização de ensaios de caracterização física. REFERÊNCIAS Borges, M.I. (1994) - Caracterização Geológica e Geotécnica dos Granitos de Alpalhão (Maciço Granítico de Aldeia da Mata - Nisa - Castelo de Vide). Dissertação de Mestrado, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Caparica, Portugal. e-geo (2006) - ORNABASE - Base de Dados do Catálogo de Rochas Ornamentais Portuguesas. Sistema Nacional de Informação Geocientífica / INETI. Disponível em: < Acesso em 19 de Setembro de Moura, A.C. (2000) - Granitos e Rochas Similares de Portugal, Instituto Geológico e Mineiro (IGM), Marca - Artes Gráficas, Porto. Pinto, A. et al. (2006) - Manual da Pedra Natural para a Arquitectura, DGGE, Lisboa. Silva, Z., Simão, J., Moreira, A. (2002) - Structural damage in building stone due to internal mineral alteration. Castelo de Vide Granite (Portugal) - a case study. 9 th Congress of Engineering Geology for Developing Countries, International Association for Engineering Geology and the Environment, Durban, África do Sul. Simão, J. (2003) - Rochas ígneas como pedra ornamental. Causas, condicionantes e mecanismos de alteração. Implicações tecnológicas. Dissertação de Doutoramento, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Caparica, Portugal. Vários (1983/4/5 e 1995) - Catálogo de rochas ornamentais portuguesas, Vols. I, II, III e IV, IGM (ed.).