APONTAMENTOS PRIMEIRA PROVA DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO II Conceitos Básicos Materiais de construção: Elementos de naturezas diversas, que devem desempenhar papéis específicos e previsíveis de maneira a possibilitar e garantir a existência de um determinado ambiente construído, pensado para um determinado fim habitação, transporte, serviços e vários outros. Para que uma construção se materialize, todas as etapas sejam elas de concepção, projeto, cálculo, quantificação, obra, ocupação e manutenção, são pensadas e executadas em função dos seus materiais constituintes, o que denota a sua importância e a necessidade de bem compreendê-los. Caracterizar tecnologicamente um material é, em sentido amplo, compreende-lo: quanto às suas propriedades intrínsecas, ou seja, decorrentes da sua natureza, da sua origem, da sua constituição mesma; quanto ao seu comportamento, quando submetido a certas solicitações; e, finalmente, quanto a certos requisitos técnicos aos quais ele deve atender para cumprir determinadas funções estabelecidas, previamente. Portanto os materiais de construção podem ser simples ou compostos, ser obtidos diretamente da natureza ou constituir o resultado de elaboração industrial. Além dos requisitos de utilidade e estética é necessário que a solução adotada em uma obra corresponda também a exigências econômicas e nesse particular, assume grande relevância a escolha criteriosa dos materiais. Os materiais devem satisfazer às seguintes condições: Técnicas: Função que os materiais desempenham na obra e sua utilização. Econômicas: Custo mínimo na obtenção e na aplicação. As condições técnicas são examinadas principalmente quanto à: Trabalhabilidade: Resulta na facilidade de aplicação do material na obra. Durabilidade: Implica na Estabilidade e Resistência aos agentes físicos, químicos e biológicos, oriundos de causas materiais ou artificiais tais como: luz, calor, umidade, insetos, microorganismos, sais, etc. Estética: Resulta do aspecto dos materiais, de cujo emprego, simples ou combinado, se pode tirar partido para a beleza da construção. Higiene: Os requisitos de higiene visam a saúde do homem, como o seu poder isolante ao calor e ao som, a sua impermeabilidade a ação da água e ausência de emanações prejudiciais.
As qualidades técnicas e econômicas devem ser analisadas conjuntamente a fim de se poder comparativamente estabelecer a preferência entre um ou outro. Argamassas: são materiais, geralmente pulverulentos, que entram na composição das pastas, argamassas e concretos. Sob a forma de pasta tem a propriedade de se solidificar e endurecer com o passar do tempo. Pasta: mistura de aglomerante e água. Nata: pasta mais fluida. Argamassa: pasta e agregado miúdo. Concreto: argamassa e agregado graúdo. Aglomerantes Aglomerantes betuminosos: forma pasta sem auxílio de água. Classificação Geral dos Aglomerantes: Quimicamente Inertes (Inativos): dão pega por um fenômeno físico. Quimicamente Ativos: dão pega por um processo químico. Aéreos: possuem durabilidade fora da água, em ambiente aéreo. Hidráulicos: se comportam indistintamente no ar ou na água. Argilas Argila: material proveniente da decomposição, durante milhões de anos, das rochas feldspáticas, muito abundantes na crosta terrestre. Não sofrendo nenhum processo de tratamento, o seu endurecimento é motivado pela evaporação da água de amassamento, sendo um aglomerante quimicamente inativo (inerte). Mineral básico: caolinita. Composição química mais comum: silicato aluminoso hidratado (2SiO 2.Al 2 O 3.2H 2 O). Argilas e caulins são materiais plásticos, pois têm a propriedade de quando misturados com água em devidas proporções, apresentarem a possibilidade de serem amassados e trabalhados mantendo a forma que se quer. Quando secos ainda crus basta adicionar água para que voltem ao estado de plasticidade.
Classificação: Argilas Primárias ou Residuais: formadas no mesmo local da rocha mãe e têm sido pouco atacadas pelos agentes atmosféricos. Possuem partículas mais grossas e coloração mais clara, são pouco plásticas, porém de grande pureza e possuem alto nível de fusão. O caulim é uma das argilas deste tipo. Argilas secundárias ou sedimentares: têm sido transportadas para mais longe da rocha mãe pela água, pelo vento e incluindo ainda o desgelo. A água especialmente tritura a argila em partículas de diferentes tamanhos, fazendo com que as mais pesadas se depositem primeiro, as outras vão se depositando de acordo com seu peso pelo decorrer do caminho, sendo que os mais leves se depositam onde a água pára. São mais finas e plásticas que as primárias, podendo, no entanto conter impurezas ao se misturarem com outras matérias orgânicas. Cal Cal: nome genérico de um aglomerante simples, resultante da calcinação de rochas calcárias, com características resultantes da natureza da matéria-prima empregada e do processamento conduzido. Cal aérea é um aglomerante quimicamente ativo, aéreo, pulverulento, de cor esbranquiçada, utilizado sob a forma de pasta ou argamassa. Matéria prima: calcário (CaCO 3 ). Reações químicas: Calcinação: 850 C < T < 1200 C. Abaixo de 850 C produto fica subcozido, e acima de 1200 C o óxido de cálcio combina-se com impurezas, causando vitrificação. Cal viva (CaO) não é aglomerante usado na construção. Extinção: hidratação da cal viva. É um processo exotérmico, violento em cal cálcica pura e brando em cal magnesiana (pois gera menos calor e aumento de volume), há aumento de volume. ( ) Cal extinta: hidratação realizada no local do emprego do material. Cal hidratada: extinção se processa na fábrica.
Carbonatação: Ocorre na temperatura ambiente e exige a presença da água. A cal endurece por recombinação do hidróxido com o gás carbônico presente na atmosfera, reconstituindo o carbonato original. Este processo é lento e ocorre de fora para dentro, exigindo certa porosidade que permita a evaporação da água em excesso e a penetração do ar atmosférico. Por depender do ar atmosférico para endurecer, é dado a este aglomerante o nome de Cal Aérea. ( ) Acelerar o processo de endurecimento com o aumento da proporção de CO 2 não é satisfatório, pois se desenvolve insuficientes cristais de carbonato, resultando no enfraquecimento final do produto. Classificação De acordo com a composição química: Cal cálcica: mínimo de 75% de CaO e máximo de 20% de MgO. Cal magnesiana: mínimo de 20% de MgO. %MgO + %CaO 95%. De acordo com o rendimento em pasta (valor do volume de pasta de cal obtido com uma tonelada de cal viva): ( ) ( ) Cal gorda: n > 1,82. Cal magra: n < 1,82 (cal magnesiana). Presença de impurezas, supercozimento ou subcozimento influem no rendimento da cal.
Propriedades Plasticidade: maior ou menor facilidade na aplicação das argamassas como revestimento. Cal magnesiana produz argamassas mais bem trabalháveis do que a cal cálcica. Retração: a carbonatação do hidróxido realiza-se com perdas de volume, razão pela qual o produto está sujeito a retração, causando o aparecimento de trincas nos revestimentos. A cal cálcica tem maior capacidade de sustentação de areia do que cal magnesiana. Rendimento: cal cálcica oferece melhores rendimentos que a cal magnesiana. Endurecimento: material não endurece embaixo da água. Além, da carbonatação, o endurecimento se dá pela combinação do hidróxido com sílica que constitui a argamassa, constituindo material mais duro e de elevado valor ligante. Durabilidade: A cal diminuindo a ocorrência de eflorescência e é um poderoso agente fungicida e bactericida, combatendo a presença de fungos nas argamassas endurecidas e evitando a geração de manchas. Eflorescência: fenômeno de lixiviação dos sais minerais existentes no interior das argamassas, que, dissolvidos pela água, depositam-se na superfície e nas juntas de cerâmicas, azulejos e pedras. A eflorescência praticamente não ocorre quando usamos a cal em rebocos e emboços, devido a esse aglomerante ter um teor menor de álcalis (Na 2 O e K 2 O) que o cimento, impedindo este tipo de reação. Propriedades da cal hidratada: Endurece sob a água. Fácil manuseio, transporte e armazenamento, pronto para ser utilizado. Seco, pulverulento: oferece maior facilidade de mistura na elaboração de argamassas. Plasticidade inferior, rendimento menor e maior retração. Não está sujeito a riscos provocados pela hidratação espontânea da cal viva. Índice de hidraulicidade: Tem consistência mais ou menos plástica.
Gesso Gesso: Termo genérico de uma família de aglomerantes simples, constituídos por sulfatos maior ou menos hidratados e anidros de cálcio. Pulverulento, cor branca, solidifica rapidamente com água. Obtido pela calcinação da gipsita natural (CaSO 4.2H 2 O), acompanhado de impurezas, como sílica, alumina, óxido de ferro, carbonatos de cálcio e magnésio. O total de impurezas varia até cerca de 6%. Gesso comum:. Gesso acartonado: prensagem do gesso com papel reciclado. Devido ao peso reduzido trás alivio nas fundações e estrutura, além do ganho econômico. Pega do gesso: quando os semi-hidratos e os sulfato-anidro solúveis, colocados na presença da água, em temperatura ordinária, reconstituem rapidamente o sulfato biidratado original, ocorre a produção de uma fina malha cristalizada, interpenetrada, responsável pela coesão do conjunto. Este fenômeno é acompanhado de elevação de temperatura (reação exotérmica). A velocidade de endurecimento depende: Propriedades Tempo de pega Resistência Temperatura e tempo de calcinação Finura Quantidade de água de amassamento Presença de impurezas e aditivos Depende Propriedades: Aderem facilmente ao tijolo, pedra e ferro e mal à madeira. Possuem excelentes isolamentos térmico, acústico e impermeabilidade ao ar. Confere aos revestimentos com ele realizados considerável resistência ao fogo. Aplicado em revestimentos e decorações interiores. Não presta para aplicações exteriores por se deteriorar por causa da solubilização da água. Quando moldado forma uma pasta que adere fortemente aos dedos e adquire boa resistência após a pega. Bom isolante térmico, fácil de cortar, perfurar, pregar e aparafusar. Qualidade: Gesso de boa qualidade: Cor branca, suave ao tato. Gesso de má qualidade: apresenta-se grunioso.
Cimento Portland Cimento Portland: produto obtido pela pulverização de clinker constituído essencialmente de cal, sílica, alumina, magnésia e óxido de ferro. Clinker é um produto de natureza granulosa, resultante da calcinação de uma mistura daqueles materiais, conduzida até a temperatura de sua fusão incipiente. Gipso é sulfato de cálcio hidratado (CaSO 4.2H 2 O). É um produto de adição final no processo de fabricação de cimento portland, com o fim de regular o tempo de pega. Constituintes fundamentais: Essencial Cal (CaO); Essencial Sílica (SiO 2 ); Essencial Alumina (Al 2 O 3 ); Óxido de ferro (Fe 2 O 3 ); Magnésia (MgO); Anidrido sulfúrico (SO 3 ) Adicionado pó-calcinação para retardar o tempo de pega do produto. Constituintes menores: Impurezas; Álcalis do cimento Óxido de sódio (Na 2 O); Álcalis do cimento Óxido de potássio (K 2 O); Óxido de titânio (TiO 2 ); Obtenção de clinker Combinações químicas: Silicato tricálcico (3CaO. SiO 2 = C 3 S); Silicato bicálcico (2Cao. SiO 2 = C 2 S); Aluminato tricálcico (3Cao. Al 2 O 3 = C 3 A); Ferro aluminato tetracálcico (4CaO. Al 2 O 3. Fe 2 O 3 = C 4 AFe). Determinação da composição potencial do cimento Método de Bogue: As principais propriedades do cimento portland decorrem da percentagem dos seus constituintes cristalinos presentes, sendo, portanto, de alto interesse tecnológico o seu conhecimento. Silicato tricálcico: maior responsável pela resistência em todas as idades, especialmente até o fim do primeiro mês de cura, contribui para o calor de hidratação e o tempo de pega.
Silicato bicálcico: maior importância no processo de endurecimento em idades mais avançadas, sendo responsável pelo ganho de resistência a um ano ou mais. Baixo calor de hidratação. Aluminato tricálcico: Contribui para a resistência, especialmente no primeiro dia. Pega muito rápida controlada com adição de gesso. Susceptível ao ataque de sulfatos, alto teor de hidratação e retração, baixa resistência final. Ferro aluminato de cálcio: não contribui para a resistência. Endurecimento lento e resistente aos meios sulfatados. Aluminato de cálcio: Maior contribuinte para o calor de hidratação especialmente no início da cura. Se presente em forma cristalina, contribui para a rapidez de pega. Quanto a composição química: Perda ao fogo: menor igual a 4%. Perda insolúvel: 1%. Perda de enxofre: 3 a 4%. Óxido magnésio: 6%. Simbologia: CP: Cimento Portland. I: Comum. II: Composto. III: De alto forno. IV: Pozolânico. ARI ou V: Alta resistência inicial. S: Com sulfatos. E: Com escória granulada. Z: Com material pozolânico. F: Com filler. RS: Resistente a sulfatos. Propriedades físicas Densidade: usualmente considerada 3,15. Densidade aparente: ordem de 1,5. Pasta do cimento: densidade variável com tempo, aumentando à medida que progride o processo de hidratação (retração). Finura (superfície específica do produto): tamanho máximo do grão. Governa a velocidade da reação de hidratação do mesmo e tem sua influência em muitas qualidades da pasta,
argamassa e dos concretos. O aumento de finura melhora a resistência (especialmente da primeira idade), diminui a exsudação e outros tipos de segregação, a expansão em autoclave, aumenta a impermeabilidade, a trabalhabilidade e a coesão dos concretos. Geralmente em torno de 15%. Exsudação: Fenômeno que ocorre antes do início da pega e que consiste na separação espontânea da água de mistura, um tipo de segregação que conduz a uma heterogeneidade indesejável, prejudicando a uniformidade, a resistência e durabilidade dos concretos. Os grãos mais pesados que a água que os envolve são forçados, por gravidade, a uma sedimentação, resultando num afloramento do excesso de água que é chamado de exsudação. Trabalhabilidade: Estado que oferece maior ou menor facilidade nas operações de manuseio com as argamassas e concretos frescos. Tempo de pega: Evolução das propriedades mecânicas da pasta no início do processo de endurecimento, propriedades essencialmente físicas, consequente a um processo químico de hidratação. Momento em que a pasta adquire certa consistência que a torna imprópria a um trabalho. A partir de certo tempo após a mistura, a pasta não é mais trabalhável e não admite operação de remistura. Início de pega: 1 hora; fim de pega: 10 horas. Índice de hidraulicidade de Vicat: Módulo hidráulico de Michaelis: Módulo de sílica: Módulo de alumina:
Agregados Agregado: material particulado, incoesivo, de atividade química praticamente nula, constituído de misturas de partículas cobrindo extensa gama de tamanhos. Função: Técnica: menor retração, maior resistência ao desgaste. Econômica: mais barato. Classificação: Segundo origem: Naturais: se encontram em forma particulada na natureza: areia e cascalho. Artificiais: Obtidos pelo britamento de rochas. Indica o modo de obtenção e não se relaciona com o material em si. Industrializados: composição particulada obtida por processos industriais. Segundo dimensões das partículas: Miúdo: Abaixo de #4,8mm: areias. Graúdo: Acima de #4,8mm: cascalhos e britas. Segundo peso específico aparente: Leves: Menor que 1 ton/m³: argila expandida, escória granulada. Médios: Entre 1 a 2 ton/m³: calcário, cascalho, granito, areia. Pesados: Maior que 2 ton/m³: barita, magnetita. Comercialmente: Brita zero: 4,8mm à 9,5mm. Brita 1: 9,5mm à 19mm. Brita 2: 19mm à 38mm. Brita 3: 38mm à 76mm. Pedra de brita: Acima de 76mm. Composição minerológica: Rochas magmáticas. Rochas sedimentares. Rochas metamórficas: sofreram ação física ou química. Agregados naturais: Reisduais. Aluviais. Eólicos: os piores.
Propriedades do concreto ligadas ao agregado: Resistência à compressão: depende do fator água/cimento que depende da distribuição granulométrica do agregado. Durabilidade: o agregado deve ser inerte, não reagindo com os agentes a que o concreto estiver exposto. Trabalhabilidade: A forma dos grãos é a característica que mais afeta a trabalhabilidade do concreto. A distribuição granulométrica também possui influência. Permeabilidade: distribuição granulométrica dos agregados influencia a permeabilidade do concreto. Propriedades: Retração: não há influência. Resistência ao desgaste: a pasta de cimento e água não resiste ao desgaste, quem lhe confere esta propriedade é o agregado. Resistência à compressão: Não apresentam qualquer restrição ao seu emprego no preparo de concreto normal, pois têm resistência muito superior às máximas dos concretos. Massa unitária: É incluído o volume aparente do material, ou seja, os grãos e os vazios entre eles. É importante para se transformar um traço de massa para volume e viceversa e para cálculos de consumo de materiais a serem empregados no concreto. Onde m S é massa seca, V S volume seco e V AP volume aparente. Massa específica: mede quantidade de materiais por metro cúbico de concreto. É importante para efeito de dosagem do concreto, pois conhece-se o volume ocupado pelas partículas do agregado, incluindo os poros existentes dentro das partículas. Onde V R é o volume real sem vazios e V GR volume dos grãos. Umidade: mede a variação de massa: Onde m U é a massa úmida e a diferença m U m S é a massa de água. Inchamento: mede a variação de volume: Onde V U é o volume úmido e a diferença V U V S é o volume de água. Granulometria: define a proporção relativa, expressa em porcentagem, dos diferentes tamanhos de grãos constituídos em um todo. Peneiras:
Série normal (mm) Série intermediária (mm) 76 - - 64-50 38 - - 32-25 19 - - 12,5 9,5 - - 6,3 4,8-2,4-1,2-0,6-0,3-0,15 - Quanto maior o módulo de finura, mais graúdo é o agregado. Zona utilizável: 1,55 a 2,2 e 2,9 a 3,5. Zona ótima: 2,2 a 2,9. Módulo de finura do material: somatório das percentagens acumuladas nas peneiras d série normal dividido por 100. Diâmetro máximo do material: percentual acumulado igual ou imediatamente inferior a 5% retido na peneira. Desgaste superficial (abrasão Los Angeles ): Onde m i é a massa inicial e m f a massa final. Coeficiente de forma: Onde V E é o volume da esfera que envolve o Gao. Índice de vazios: Onde V V é o volume dos vazios. Porosidade: Durabilidade: Onde P i é o peso inicial e P f o peso final.
Absorção: quantidade total de água requerida para trazer um agregado da condição seca em estufa para condição saturado co superfície seca. Onde m AP é a massa aparente.