I
NDICE
1. INTRODUO
1.1 Generalidades 1
1.2 Materiais e engenharia 2
1.3 Cincia e engenharia de materiais 3
1.4 Tipos de materiais 4
1.4.1 Materiais metlicos 5
1.4.2 Materiais polimricos (Plsticos) 8
1.4.3 Materiais cermicos 10
1.4.4 Materiais compsitos 10
1.4.5 Materiais electrnicos 12
1.5 Comparao e variabilidade dos materiais 12
1.5.1 Seleco de materiais 12
1.5.2 Variabilidade 13
1.6 Resumo 15
1.7 Definies 15
2. MATERIAIS EM ENGENHARIA CIVIL 17
2.1 Consideraes gerais 17
2.2 Beto. Definio 19
3. GESSO 21
3.1 Introduo 21
3.2 Presa e endurecimento 23
3.3 Resistncias mecnicas 25
3.4 Outras propriedades 26
3.5 Aplicaes 27
4. CAL AREA E CAL HIDRULICA 31
4.1 Introduo 31
4.2 Cal area 31
4.3 Endurecimento da cal area 33
4.4 Aplicaes da cal area 34
4.5 Cal hidrulica 34
4.6 Presa e endurecimento da cal hidrulica 36
4.7 Algumas propriedades e aplicaes de cal hidrulica 36
4.8 Fabrico de cal 37
4.9 Comercializao de cais 38
4.10 Normalizao 38
II
5. CIMENTOS
5.1 Introduo 44
5.2 Definio 45
5.3 Composio da matria prima 46
5.4 Fabrico 47
5.4.1 Consideraes gerais 47
5.4.2 Preparao do cru 47
5.4.3 Cozedura em forno rotativo 49
5.4.4 Arrefecimento do clinquer. Moagem 52
5.5 Principais componentes do clinquer Portland
5.5.1 Consideraes gerais 56
5.5.2 Componentes da matria prima 56
5.5.3 Notao abreviada 57
5.5.4 Mdulos 57
5.5.5 Componentes principais do clinquer 59
5.5.6 Clculo dos componentes principais do cimento Portland 62
5.6 Hidratao 64
5.6.1 Presa, endurecimento hidratao 65
5.6.2 Hidratao e microestrutura 70
5.6.3 Calor de hidratao dos componentes 73
5.6.4 Resistncia dos componentes hidratados 76
5.6.5 A gua no cimento hidratado 77
5.6.6 Resistncia qumica 79
5.7 Propriedades fsicas, mecnicas e Qumicas dos cimentos 81
5.7.1 Massa volmica dos cimentos 81
5.7.2 Finura 83
5.7.2.1 Introduo 83
5.7.2.2 Mtodos de determinao da finura de um cimento 84
5.7.3 Resistncias mecnicas 91
5.7.4 Presa 96
5.7.5 Falsa presa 98
5.7.6 Expansibilidade 98
5.7.6.1 Expansibilidade causada por xido de clcio livre 99
5.7.6.2 Expansibilidade causada pelo xido de magnsio 100
5.7.6.3 Expansibilidade causada por sulfatos de clcio 101
5.7.7 Resduo insolvel 101
5.7.8 Perda ao fogo 102
5.7.9 Cloretos 102
III
6. AGREGADOS PARA ARGAMASSAS E BETES
6.1 Introduo 105
6.2 Classificao dos agregados 108
6.2.1 Classificao petrogrfica e mineralgica 109
6.2.2 Classificao segundo a densidade 111
6.2.2.1 - Classificao de acordo com a massa volmica 111
6.1.2.2 - Classificao segundo a baridade 112
6.2.3 - Classificao segundo as dimenses das partculas 113
6.3 Propriedades dos agregados 114
6.3.1 Granulometria 114
6.3.1.1 Anlise granulomtrica 117
6.3.1.2 Peneiros e suas caractersticas 119
6.3.1.3 Procedimento para obteno de uma anlise granulomtrica 121
6.3.1.4 Curva granulomtrica 123
6.3.1.4.1 Traado da curva granulomtrica 123
6.3.1.4.2 Mistura de agregados 126
6.3.1.4.3 Fraccionamento de um agregado 127
6.3.1.5 Mdulo de finura 129
6.3.1.6 Designao do agregado 129
6.3.1.7 Peneiros a utilizar futuramente 131
6.3.2 Formas das partculas 132
6.3.2.1 Generalidades 132
6.3.2.2 Determinao do ndice volumtrico 135
6.3.2.3 A influncia da forma na trabalhabilidade do beto 137
6.3.3 - Resistncia mecnica 138
6.3.3.1 Determinao da tenso de rotura da rocha originria 139
6.3.3.2 Ensaios de compresso confinada-esmagamento 141
6.3.3.3 Ensaio de desgaste 144
6.3.3.4 Ensaios sobre partculas individuais 148
6.3.3.5 - Ensaios comparativos 148
3.4 - Resistncia humidificao e secagem 149
3.5 - Resistncia congelao 149
REFERNCIAS 152
Cincia dos Materiais 1 Parte Documento Provisrio-2002
Joana de Sousa Coutinho
1
1. INTRODUO
1.1 Generalidades
Como engenheiros o nosso trabalho projectar mas qualquer projecto no
mais do que isso at se comear a usar materiais e convert-los em artefactos que
funcionam. Basicamente existem trs questes que necessrio conhecer sobre os
materiais:
1 - Como se comportam em servio?
2 - Porque razo apresentam determinado comportamento?
3 - Que fazer para alterar esse comportamento?
O conceito do estudo dos tomos no novo. Os Gregos e em especial
Democritus (cerca de 460 AC), idealizavam a partcula individual elementar mas os
seus conhecimentos cientficos no se estendiam observao e experimentao. Para
tal houve que esperar cerca de dois sculos at Dalton, Avogadro e Cannizzaro
formularem a teoria atmica, tal como a conhecemos hoje. E muitos mistrios
continuam por desvendar, um facto que to reconfortante como provocador. Assim, ao
abordar o assunto desta forma, est-se a considerar a partir dos tempos antigos, a
evoluo do pensamento sobre o universo e o modo como funciona.
Um outro conceito importante mais recente. A Engenharia est muito
preocupada com a mudana do estado descarregado para em carga (em servio), as
consequncias da mudana de temperatura, do ambiente, etc.. Os primeiros estudos de
mudana de estado so atribudos a Sadi Carnot (1824), mais tarde desenvolvidos por
cientistas como Clausius, Joule e outros, produzindo ideias tais como a conservao de
energia, do trabalho, etc.. Desde os primeiros estudos realizados com motores movidos
a calor que a respectiva cincia foi designada por termodinmica, mas, se se generalizar
esta cincia, de facto corresponde arte e conhecimento de como gerir, controlar e
utilizar a transferncia de energia quer seja energia atmica, energia das mars ou
mesmo, por exemplo, a energia de uma plataforma a ser iada.
Em muitos cursos de engenharia, a termodinmica tratada como assunto
parte mas, porque as suas aplicaes ditam regras que nenhum engenheiro pode ignorar,
apresenta-se em seguida uma pequena discusso sobre o assunto:
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2
Que regras so estas que nenhum engenheiro pode ignorar? Em resumo (e de
uma forma humorstica) so as seguintes:
1 No possvel ganhar, isto , no possvel retirar de um sistema mais do
que se lhe fornece.
2 No possvel empatar em qualquer mudana alguma coisa se perde e
mais precisamente, o que se perde intil para o fim que se tem em vista.
Assim, qualquer engenheiro dever lembrar-se que a engenharia tem tudo a ver
com compromisso e negcio. Pode-se fazer variar algumas propriedades como por
exemplo a resistncia, mas no outras, tais como a densidade. Se pretendesse projectar
avies poderia, em princpio, decidir entre resistncia mxima e peso mnimo. Claro que
necessrio chegar a um compromisso e a engenharia tem a ver justamente com
encontrar solues ptimas (Biggs, 1994).
No passado a informao sobre o comportamento dos materiais tem tido como
origem trs fontes diferentes. Em primeiro lugar (fonte emprica) a partir de ensaios
mecnicos de provetes que tem fornecido valores tais como a resistncia ou mdulo de
elasticidade com o intuito especfico de fornecer dados para anlise estrutural ou outro
tipo de anlise. Em segundo lugar, (fonte da prtica), a no ser subestimado, encontram-
se as experincias combinadas de tcnicos envolvidos no processamento,
manuseamento e colocao de materiais. Em terceiro lugar (fonte cientfica) aparecem
os estudos mais sofisticados de estruturas fsicas e qumicas dos materiais propriamente
ditos no conjunto da Cincia de Materiais.
Em engenharia civil as trs fontes emprica, prtica e cientfica, tem
frequentemente estado pouco interligadas em detrimento quer do conhecimento dos
materiais quer do seu tratamento na prtica.
Um dos objectivos da Cincia dos Materiais apresentar uma panormica mais
articulada em que o conhecimento dos materiais desenvolvido a partir da informao
sobre a sua estrutura estando subjacente um enquadramento lgico para a prtica e
empirismo (Illston, 1994).
1.2 Materiais e engenharia
Materiais so substncias com as quais se fazem objectos. Desde os primrdios
da civilizao, o Homem tem usado os materiais, conjuntamente com a energia, para
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3
melhorar os seus padres de vida. Os materiais so parte integrante da nossa vida, uma
vez que os produtos so feitos de materiais. Madeira, beto, tijolo, ao, plstico,
vidro, borracha, alumnio, cobre e papel so alguns materiais frequentemente
utilizados. No entanto, existem muitos mais tipos de materiais. Em resultado das
actividades de investigao e desenvolvimento tecnolgicos, novos materiais esto
frequentemente a ser inventados.
A produo de materiais e seu processamento de modo a obterem-se produtos
acabados constituem uma fatia importante da economia moderna. Cabe aos engenheiros
conceber a maioria dos produtos fabricados e definir as tecnologias necessrias para a
sua produo. Uma vez que qualquer produto incorpora materiais, os engenheiros
devem ser conhecedores da estrutura interna e das propriedades dos materiais, de modo
a estarem aptos a seleccionar os mais adequados para cada aplicao e a serem capazes
de desenvolver os melhores mtodos de produo (Smith, 1998).
1.3 Cincia e engenharia de materiais
A cincia de materiais visa fundamentalmente a descoberta de conhecimentos
bsicos nos domnios da estrutura interna, das propriedades e do processamento de
materiais. A engenharia de materiais dedica-se essencialmente aplicao desses
conhecimentos cientficos, de modo a que os materiais possam ser convertidos em
produtos teis ou desejados pela sociedade. A designao cincia e engenharia de
materiais combina ambos os aspectos referidos anteriormente. A cincia de materiais
situa-se num dos extremos do espectro de conhecimentos sobre os materiais (do lado do
conhecimento dito fundamental), enquanto a engenharia de materiais se situa no outro
extremo (do lado do conhecimento dito aplicado), no existindo, no entanto, uma linha
de demarcao entre os dois conceitos - Figura 1.1.
Figura 1.1- Espectro do conhecimento sobre materiais. A combinao destes conhecimentos, que derivam da cincia e da engenharia de materiais, permite aos engenheiros converter os materiais em produtos
necessrios sociedade (Smith, 1998).
Conhecimentos bsicos sobre
materiais
Simbiose de conhecimentos sobre estrutura, propriedades, mtodos
de processamento e comportamento em servio de
materiais de engenharia
Conhecimento aplicado sobre
materiais
Ciencia de materiais Ciencia e engenharia de materiais
Engenharia de materiais
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4
A Figura 1.2 mostra um diagrama com trs regies concntricas, que indica as
relaes entre as cincias bsicas, a cincia e a engenharia de materiais, e as outras
especialidades de engenharia. As cincias bsicas esto localizadas no ncleo do
diagrama, enquanto que as vrias especialidades de engenharia (mecnica,
electrotcnica, civil, qumica, etc.) se localizam no anel mais exterior. Cincias
aplicadas, como a metalurgia e as cincias de polmeros e de cermicos, situam-se no
anel intermdio. Conforme mostra a figura, a cincia e engenharia de materiais forma
uma ponte de conhecimentos no domnio dos materiais, que liga as cincias bsicas s
outras especialidades de engenharia (Smith, 1998).
Figura 1.2 - Espectro do conhecimento sobre materiais. A combinao destes conhecimentos, que
derivam da cincia e da engenharia de materiais, permite aos engenheiros converter os materiais em produtos necessrios sociedade (Smith, 1998).
1.4 Tipos de materiais
Por razes de convenincia, a maioria dos materiais de engenharia so divididos
em trs classes: materiais metlicos, materiais polimricos (ou plsticos) e materiais
cermicos. Para alm das trs classes principais, consideraremos outros tipos de
materiais, os materiais compsitos e os materiais electrnicos, devido sua grande
importncia em engenharia (Smith, 1998).
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5
1.4.1 Materiais metlicos
Estes materiais so substncias inorgnicas que contm um ou mais elementos
metlicos e que podem tambm conter alguns elementos no metlicos. O ferro, o
cobre, o alumnio, o nquel e o titnio so exemplos de elementos metlicos. Como
exemplos de elementos no metlicos que podem fazer parte da composio de
materiais metlicos citam-se o carbono, o azoto e o oxignio. Os metais possuem uma
estrutura cristalina, na qual os tomos se dispem de um modo ordenado. Os metais so
geralmente bons condutores trmicos e elctricos. Muitos deles so relativamente
resistentes e dcteis temperatura ambiente, e muitos mantm uma boa resistncia
mecnica mesmo a temperaturas elevadas.
Os materiais metlicos (metais e ligas metlicas)1 so habitualmente divididos
em duas classes: a dos metlicos ferrosos, que contm uma percentagem elevada de
ferro, tais como os aos e os ferros fundidos, e a dos materiais metlicos no ferrosos,
que no contm ferro ou em que o ferro surge apenas em pequena quantidade. O
alumnio, o cobre, o zinco, o titnio, o nquel, assim como as respectivas ligas, so
exemplos de materiais metlicos no ferrosos.
A figura 1.3 apresenta a fotografia de um motor a jacto de um avio comercial
feito essencialmente de ligas metlicas. As ligas metlicas usadas no interior do motor
tm de ser capazes de suportar as elevadas temperaturas e presses que se geram
durante o seu funcionamento. Foram necessrios muitos anos de investigao e
desenvolvimento tecnolgico, realizado por cientistas e engenheiros, para aperfeioar
este motor de alto rendimento. A Figura 1.4 mostra como, nos anos mais recentes, os
materiais e as tecnologias de fabrico tm estado associados ao aumento de eficincia
dos motores de propulso por turbina a gs, Num futuro prximo, a utilizao de
materiais compsitos de matriz metlica ou de matriz cermica pode mesmo conduzir a
crescentes aumentos de eficincia (Smith, 1998).
1 1 Uma liga metlica consiste numa combinao de dois ou mais metais ou de um metal (ou
metais) com um no metal (ou no metais).
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Figura 1.3 O motor de avio a jacto (PW2037) feito essencialmente de ligas metlicas. Neste motor
so utilizadas as mais recentes ligas de nquel, resistentes a altas temperaturas e com elevada resistncia mecnica (Smith, 1998).
Figura 1.4 Os materiais e tecnologias de fabrico tem estado associadas, ao longo dos ltimos anos, ao
aumento da eficincia dos motores de propulso por turbina a gs (Smith, 1998).
As ligas metlicas so muito usadas em engenharia civil e em conjunto com o
beto constitui um dos materiais mais comuns na construo civil: o beto armado. Nas
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7
Figuras 1.5 a 1.8 apresentam-se obras realizadas com ligas metlicas e beto armado
(material compsito).
Figura 1.5 Torre Eiffel de 300m de altura em ferro forjado, concluda em 1889, com fundaes
realizadas em beto armado ( Collins, 2001).
Figura 1.6 Ponte D. Lus, no Porto.
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8
Figura 1.7 Construo de um reservatrio em beto armado (Oland e Baker, 2001).
Figura 1.8 Golden Gate bridge com um vo de 1280m, concluda em 1937, suportada por dois cordes
de ao de pr-esforo com 0.924m2 de rea formados com 27572 cabos.
1.4.2 Materiais polimricos (Plsticos)
A maioria dos materiais polimricos constituda por cadeias longas ou redes de
molculas orgnicas (contendo carbono). No que respeita estrutura, a maioria dos
materiais polimricos no cristalina, embora alguns sejam constitudos por misturas de
regies cristalinas e no cristalinas. A resistncia mecnica e a ductilidade dos materiais
polimricos variam bastante. Devido natureza da sua estrutura interna, a maioria dos
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9
materiais polimricos m condutora de electricidade. Alguns destes materiais so
mesmo bons isoladores e, por isso, so usados nas correspondentes aplicaes elctricas
- Figura 1.9. Em geral, os materiais polimricos possuem densidades baixas e amaciam
ou decompem-se a temperaturas relativamente baixas (Smith, 1998).
Figura 1.9 A placa de circuito e as ligaes aqui apresentadas utilizam o termoplstico de engenharia politer-etercetona, de modo a satisfazer as rigorosas exigncias de resistncia mecnica e estabilidade dimensional a altas temperaturas e a garantir a integridade do material sob condies de soldadura (Smith, 1998).
Em construo civil utilizam-se muitos materiais polimricos Figura 1.10 e 1.11.
Figura 1.10 Cabea de ancoragem e bainhas (Dywidag).
Figura 1.11 Esquema e fotografia de um sistema de pr-esforo (Dywidag).
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1.4.3 Materiais cermicos
Os cermicos so materiais inorgnicos constitudos por elementos metlicos e
no metlicos ligados quimicamente entre si. Os materiais cermicos podem ser
cristalinos, no cristalinos, ou misturas dos dois tipos. A maioria dos materiais
cermicos possui elevada dureza e grande resistncia mecnica a altas temperaturas;
mas tm tendncia a ser frgeis. Nos ltimos anos, desenvolveram-se novos materiais
cermicos para aplicao em motores. As vantagens da utilizao de materiais
cermicos em motores derivam do seu baixo peso, grande resistncia mecnica e
dureza, boa resistncia quer ao calor quer ao desgaste, baixo coeficiente de atrito, e
tambm das suas propriedades isolantes.
O facto de serem isolantes, conjuntamente com a resistncia ao calor e ao
desgaste, faz com que muitos cermicos sejam utilizados no revestimento de fornos para
fuso de metais tais como o ao. Uma aplicao importante dos cermicos na
engenharia aeroespacial so os painis do vaivm espacial (space shuttle). Ao painis de
ladrilhos cermicos protegem termicamente a estrutura interna de alumnio do vaivm,
quer durante a subida quer na reentrada na atmosfera da Terra (Smith, 1998).
Na construo civil os cermicos utilizam-se desde longa data Figura 1.12.
Figura 1.12 Exemplos de materiais cermicos usados na construo civil.
1.4.4 Materiais compsitos
Os materiais compsitos so misturas de dois ou mais materiais. A maioria dos
materiais compsitos consiste numa mistura de um material de reforo ou de
enchimento, devidamente seleccionado, com um material compatvel que serve de
ligante (ou matriz), de modo a obterem-se determinadas caractersticas e propriedades.
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Geralmente, os componentes no se dissolvem uns nos outros e podem ser fisicamente
identificados pelas interfaces que os separam. Existem muitos tipos de compsitos. Um
grande nmero deles do tipo fibroso (formados por fibras no seio de uma matriz) ou
de partculas (formados por partculas no seio de uma matriz). Existem tambm muitas
combinaes diferentes de reforos e de matrizes. Dois tipos mais relevantes de
materiais compsitos modernos, para aplicao em engenharia, so constitudos por
fibras de vidro numa matriz de polister ou de resina epoxdica e por fibras de carbono
numa matriz de resina epoxdica (Smith, 1998). Do-se exemplos de materiais
compsitos na Figura 1.13.
Figura 1.13 Exemplos de materiais compsitos.
Beto
Fibra de vidro em pasta de cimento (Hollaway e Hannant, 1998)
Mantas de fibra de vidro (Smith, 1998)
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1.4.5 Materiais electrnicos
Os materiais electrnicos no constituem um grupo importante em termos de
volume de materiais, mas so um grupo extremamente importante em termos de
tecnologias avanadas. O material electrnico mais importante o silcio puro, o qual
modificado de vrias maneiras, a fim de se alterarem as suas caractersticas elctricas.
Um grande nmero de circuitos electrnicos complexos pode ser miniaturizado num
chip de silcio, isto , num cristal de silcio, com a forma de um quadrado com cerca de
0,635 cm (1/4 de polegada) de lado. Foram os sistemas de microelectrnica que
tornaram possvel o aparecimento de novos produtos e equipamentos, tais como os
satlites de comunicao, os computadores, as calculadoras de bolso, os relgios
digitais e os robots de soldadura (Smith, 1998).
1.5 Comparao e variabilidade dos materiais
1.5.1 Seleco de materiais
A variabilidade das composies fsica e qumica dos diversos materiais tem de
ser considerada pelos utilizadores ligados ao projecto de estruturas que tem de
estabelecer critrios formais para definir que materiais se devem utilizar.
O engenheiro ter que considerar a aptido do material escolhido para a estrutura
projectada. O critrio mais importante na seleco do material justamente a aptido-
para-o-uso, pois necessrio garantir que o material apresente um desempenho
satisfatrio quer durante a fase construtiva, quer em servio, quando a estrutura j
estiver construda. Satisfazer este critrio ser, provavelmente, ter que considerar as
propriedades principais do material:
a) O material ter que ser suficientemente resistente de modo a resistir s cargas a que a estrutura estar sujeita.
b) Os elementos fabricados com o material no podero deformar-se demasiado.
c) O material no poder degradar-se significativamente durante o perodo de vida til da estrutura.
d) Outros aspectos podero ser includos no critrios da aptido-para-o-uso. Por exemplo, a impermeabilidade poder ser essencial, ou o prazo de construo. Tambm a esttica e os efeitos no ambiente no podem ser esquecidos.
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13
Em muitas situaes prticas existe mais de um material que satisfaz os critrios
de aptido-para-o-uso. Por exemplo elementos em traco podero ser feitos de ao ou
madeira, placas de revestimento de edifcios podero ser executados com compsitos de
fibras, metal, madeira ou alvenaria. Ento a questo ser resolvida pelo engenheiro que
ter de decidir e julgar qual o material que mais adequado entre os que satisfazem os
critrios de aptido-para-o-uso. primeira vista parecer simples esta deciso mas
mesmo com vastos conhecimentos e informaes sobre cada material muitas vezes
necessrio recorrer ajuda de especialistas.
Um outro critrio que pode resolver e, em geral, resolve a questo de qual o
material mais adequado dentro dos com aptido-para-o-uso, a questo do CUSTO. O
custo estimado de uma obra no poder exceder, evidentemente, o valor disponvel, e
muitas vezes a soluo escolhida a mais barata. Aparentemente esta soluo um
critrio simples em que se comparam valores de custos entre as vrias solues. Na
prtica, no assim to simples. Pois por exemplo poder haver dificuldades em
interpretar o balano entre o primeiro investimento e custos de manuteno, ou, por
exemplo, avaliar os custos dos efeitos de no cumprimento de prazos de construo
causado por entregas tardias na obra, do material escolhido (prazos de entrega no
garantidos). (Illston, 1998)
1.5.2 Variabilidade
O utilizador de materiais ter ento de considerar os critrios de aptido-para-o-
uso para decidir que material empregar. Uma questo importante reside na variabilidade
das propriedades do material em si. Esta variabilidade depende claramente da
homogeneidade do material na estrutura, que, por sua vez depende de como o dito
material foi produzido.
Num extremo da escala a produo de ao constitui um processo bem
desenvolvido e controlado pelo que um determinado tipo de ao pode ser facilmente
reproduzido e a variabilidade de propriedades como a resistncia reduzida; No
extremo oposto a madeira natural que apresenta ns e defeitos que conduzem
inevitavelmente a uma variao maior dos valores das propriedades.
A maioria das propriedades varia de acordo com a Lei Normal ou de Gauss:
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14
= 22
2)(exp
21
xxy
em que:
y a funo densidade de probabilidade
x a varivel
Consideremos que x representa por exemplo, a resistncia. Ento esta
propriedade pode ser representada por dois nmeros:
A resistncia mdia, x , para n amostras, dada por:
nx
x = A variao da resistncia, representada pelo desvio padro , dada por:
= 1)(2
2
nxx
O desvio padro apresenta as mesmas unidades que a varivel e expressa a sua
variabilidade. Para se compararem diferentes materiais ou diversos tipos do mesmo
material, utiliza-se o coeficiente de variao que uma grandeza adimensional:
xvc =..
Como em principio a madeira natural tem maior variabilidade do que o ao, para
propriedades comparveis o coeficiente de variao ser maior na madeira. possvel
reduzir o coeficiente de variao quando o material fabricado. Por exemplo, o
coeficiente de variao de aglomerado de madeira bastante menor do que de madeira
natural.
Apresentam-se valores tpicos da resistncia mdia e coeficientes de variao de
alguns materiais no Quadro 1.1 obtidos em ensaios em provetes do mesmo lote ou
amassadura dos material tpico (Illston, 1998).
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Quadro 1.1 Resistncias e coeficientes de variao de alguns materiais de construo (Illston, 1998)
1.6 Resumo
A cincia de materiais e a engenharia de materiais (conjuntamente, cincia e
engenharia de materiais) formam uma ponte de conhecimentos sobre materiais, que liga
as cincias bsicas s diversas especialidades de engenharia. A cincia de materiais visa
essencialmente a descoberta de conhecimentos fundamentais sobre os materiais,
enquanto a engenharia de materiais se dedica principalmente aplicao desses
conhecimentos.
Os trs tipos principais de materiais so: os materiais metlicos, os materiais
polimricos e os materiais cermicos. Existem, no entanto, outros dois tipos de
materiais que so muito importantes nas tecnologias modernas: os materiais compsitos
e os materiais electrnicos. Neste livro, sero tratados todos estes tipos de materiais.
Os materiais competem uns com os outros na conquista dos mercados actuais e
futuros, pelo que frequente assistir-se, para determinadas aplicaes, substituio de
um material por outro. A disponibilidade de matrias primas, os custos de produo,
bem como o desenvolvimento de novos materiais e de novas tcnicas de fabrico, so os
principais factores que provocam mudanas no consumo dos materiais (Smith, 1998)
1.7 Definies
Materiais: substncias com as quais se fazem objectos. A designao materiais
de engenharia usada, por vezes, em referncia especfica aos materiais que se utilizam
para o fabrico de produtos tcnicos. Contudo, no h uma linha de separao clara entre
as duas designaes, pelo que ambas so usadas indistintamente.
Material Resistncia mdia c.v. comentrio MPa % Ao 460 traco 2 Ao macio de construo Beto 40 compresso 15 Beto de massa volmica normal.
Provetes cbicos.28 dias. Madeira 30 traco 35 Resinosas, no classificada 120 traco 18 Sem ns,de resinosas, paralelamente s
fibras 11 traco 10 Contraplacado estrutural Compsitos cimentcios com fibras
18 traco 10 Fibras contnuas de polipropileno com 6% (em volume) na direco das tenses
alvenaria 20 compresso 10 Muros pequenos de tijolo com argamassa
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16
Cincia de materiais: disciplina cientfica que visa fundamentalmente a
descoberta de conhecimentos bsicos sobre a estrutura interna, as propriedades e o
processamento de materiais.
Engenharia de materiais: especialidade de engenharia que se dedica
essencialmente aplicao dos conhecimentos cientficos sobre materiais, de modo a
que estes possam ser convertidos em produtos teis ou desejados pela sociedade.
Materiais metlicos (metais e ligas metlicas): materiais caracterizados por
possurem elevadas condutividades trmica e elctrica. A ttulo de exemplo, citam-se o
ferro, o ao, o alumnio e o cobre.
Materiais metlicos ferrosos: materiais metlicos que contm uma
percentagem elevada de ferro, tais como os aos e os ferros fundidos.
Materiais metlicos no ferrosos: materiais metlicos que no contm ferro ou
em que o ferro surge apenas em pequena quantidade. O alumnio, o cobre, o zinco, o
titnio e o nquel, bem como as respectivas ligas, so exemplos de materiais no
ferrosos.
Materiais cermicos: materiais formados por compostos de metais com no
metais. So geralmente duros e frgeis. Os materiais feitos de argila, o vidro e o xido
de alumnio, compactado e densificado a partir de ps, constituem exemplos de
materiais cermicos (Smith, 1990).
Materiais polimricos: materiais formados por longas cadeias moleculares de
elementos leves, tais como o carbono, o hidrognio, o oxignio e o azoto. A maioria dos
materiais polimricos tem uma condutividade elctrica baixa. O polietileno e o cloreto
de polivinilo (PVC) so exemplos de materiais polimricos.
Materiais compsitos: materiais que consistem em misturas de dois ou mais
materiais. A ttulo de exemplo, citam-se os materiais constitudos por fibras de vidro
numa matriz de polister ou de resina epoxdica. (Smith, 1990). O beto, a madeira
(celulose e lenhina) e os ossos, so exemplos de materiais compsitos.
Materiais electrnicos: materiais usados em electrnica, e especialmente em
microelectrnica. Citam-se, a ttulo de exemplo, o silcio e o arsenieto de glio (Smith,
1998).
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2. MATERIAIS EM ENGENHARIA CIVIL
2.1 Consideraes gerais O beto e o ao so os materiais estruturais mais usados, por vezes completando-
se e noutras vezes competindo um com o outro de tal forma que estruturas de tipo e
funo semelhantes podero ser construdas quer com um quer com o outro material de
construo. No entanto, muitas vezes o engenheiro conhece pior o beto de uma
estrutura do que o ao. De facto o ao produzido sob condies cuidadosamente
controladas e as suas propriedades so determinadas em Laboratrio sendo referidas nos
documentos de certificao emanados do produtor. Isto , o projectista apenas ter que
especificar o ao de acordo com as normas em vigor e o engenheiro da obra ter que
verificar que as tarefas de ligao dos vrios elementos de ao sejam bem realizadas.
Numa obra em beto a situao totalmente diferente, pois, embora a qualidade
do cimento seja garantida pelo produtor de cimento de uma forma semelhante ao que
acontece com o ao e se utilizem materiais cimentcios adequados, o beto, e no o
cimento, que constitui o material de construo. Os elementos estruturais numa obra em
beto em geral so betonados in situ e utilizando-se os materiais adequados, a sua
qualidade vai depender sobretudo da mo-de-obra que produz, coloca e cura o beto.
Como a disparidade nos mtodos de produo do ao e do beto to evidente
torna-se muito importante o controlo de qualidade na obra quando utilizado o material
beto. Alm disso a mo-de-obra ligada produo do beto no especializada como
noutros tipos de tarefas, tornando-se essencial a fiscalizao na obra. Estes factos devem
estar presentes na mente do projectista na medida em que um projecto cuidado e
detalhado pode ser facilmente viciado se as propriedades do beto efectivamente
produzido em obra se desviarem muito das propriedades previstas no projecto.
Do que foi dito no se dever concluir que difcil produzir bom beto, pois o
beto de m qualidade que se caracteriza, por exemplo, por uma trabalhabilidade
inadequada e que endurece transformando-se numa massa no homognea e com ninhos
de pedra, tambm provem da mistura de cimento, agregados e gua. Isto , os
ingrediente de um bom beto so exactamente os mesmos de um mau beto e a
diferena entre os dois reside na tcnica e conhecimentos do como fazer (Neville,
1995).
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De facto os processos envolvidos na produo de cimento e beto so complexos,
como se verifica na Figura 2.1.
matrias primas
moagem do cruhomogeneizao
calcinaoqueima
arrefecimentoalimentao do forno
clinquer
moagem
gua
adjuvantes
adies
adiesminerais
adiesquimcas
agregados
armazenamentocimento
beto
Figura 2.1 Fluxograma de materiais e processos na produo de cimento e beto (Johansen, 1999).
As propriedades do beto endurecido so da maior importncia e dependem da
complexa estrutura interna deste material. Alm disso o comportamento do beto fresco
e enquanto plstico tem uma influncia crucial na estrutura interna e, consequentemente
nas propriedades do material endurecido. Acresce ainda que a estrutura interna e,
portanto, as respectivas propriedades, vo evoluindo ao longo do tempo, interagindo
com o ambiente em que o beto est inserido (Construction Materials, 1996).
Assim, saber fazer beto de qualidade implica avaliar o ambiente onde a
estrutura do beto vai ser inserida, procurando prever as interaces ambiente/beto;
conhecer o comportamento dos constituintes; controlar as fases de produo, transporte,
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colocao, compactao - isto , o seu comportamento no estado fresco, assim como
garantir uma eficiente proteco e cura.
Um beto de qualidade assim concebido e realizado ter uma estrutura interna que
evolui ao longo do tempo mas cujas propriedades satisfazem os requisitos pretendidos
durante o perodo de vida til prevista para essa estrutura.
Em resumo, poder-se- dizer que o BETO um material compsito cujas
propriedades dependem:
- da qualidade dos constituintes
- da qualidade de mo-de-obra que o produz e coloca
- das condies ambientais a que estar exposto durante a sua vida til (Skalny,
1989).
Repare-se que com a evoluo dos conhecimentos actuais relacionados com o
beto, torna-se fundamental que os engenheiros, empreiteiros e tcnicos ligados
construo levem a srio o desafio proposto por Sitter e designado pela Lei dos cinco:
Uma libra (escudo, dlar, Euro, ...) investido na fase A, corresponde a 5 libras na
fase B, 25 na fase C e 125 na fase D, em que:
A - Projecto, construo e cura do beto
B - Processos de iniciao da corroso em curso mas as fases de propagao e
portanto de deteriorao ainda no comeados.
C - Fase de propagao da corroso iniciada
D - Estado de propagao avanada (Geiker, 1999).
Isto , fundamental investir sobretudo na fase de concepo, construo
(produo, transporte, colocao, COMPACTAO) proteco e cura do beto - a fase
A.
2.2 Beto. Definio
O beto um material constitudo pela mistura devidamente proporcionada de
agregados (em geral brita ou godo e areia) com um ligante hidrulico, gua e
eventualmente adjuvantes e/ou adies.
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Ligante hidrulico (cimento)
Grosso (brita ou godo) Agregados Fino (areia)
gua
[Adjuvantes]
BETO
[Adies]
2.3 Ligantes
Um ligante um produto que ganha presa e endurece, podendo aglomerar outros
materiais, tais como agregado grosso e areia. So portanto substncias com
propriedades AGLOMERANTES.
areos Ex: cal area; gesso (no resiste gua)
LIGANTES
HIDRFILOS Aplicao sobretudo em argamassas e betes
hidrulicos Ex: cal hidrulica; cimento (resistente gua)
HIDRFOBOS aplicao sobretudo em impermeabilizaes e pavimentos
Ex: alcatro betumes naturais e artificiais asfaltos (destilao de petrleo) resinas(materiais plsticos ou sintticos)
Um ligante hidrfilo um ligante que tem afinidade com a gua e misturado com
ela forma uma pasta que endurece, podendo, como qualquer ligante, aglomerar outros
materiais. constitudo por matria slida finamente pulverizada. Ex: cal area, gesso,
cal hidrulica, cimento.
Os ligantes hidrfilos podem-se classificar em areos ou hidrulicos.
Um ligante hidrfilo areo um ligante que misturado com a gua forma uma
pasta que endurece ao ar.
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A pasta endurecida, com ou sem outros materiais incorporados, no resistente
gua. Ex: cal area, gesso.
Um ligante hidrfilo hidrulico um ligante que misturado com a gua forma
uma pasta que endurece ao ar ou dentro da gua e a pasta endurecida, com ou sem
outros materiais incorporados, resiste gua. Ex: cal hidrulica, cimento.
Um ligante hidrfobo (repelente de gua) um ligante em que a gua no tem
qualquer papel na produo e endurecimento do aglomerante e que repele a gua aps
endurecimento. constitudo por substncias mais ou menos viscosas que endurecem
por arrefecimento, por evaporao dos seus dissolventes ou por reaco qumica entre
diferentes componentes.
Apresentam-se, no sob a forma de p como os ligantes hidrfilos, mas sob a
forma de lquidos viscosos ou solues resinosas e ao endurecer formam estruturas
coloidais rgidas. Exs: alcatro, proveniente de carvo, sobretudo de hulha), asfaltos
(provenientes da destilao de petrleo), matrias plsticas ou sintticas como resinas.
3 GESSO
3.1 Introduo A famlia dos gessos um conjunto de ligantes simples constitudos
basicamente por sulfatos mais ou menos hidratados de clcio e sulfatos anidros de
clcio obtidos por desidratao e cozedura da Pedra de Gesso ou Gesso Bruto.
O gesso encontra-se abundantemente na natureza, em terrenos sedimentares,
apresentando-se sob a forma de Anidrite CaSO4 ou Pedra de Gesso (CaSO4 . 2H2O)
(Sampaio, 1978).
A Pedra de Gesso ou Gesso Bruto extrado das gesseiras e
constituda essencialmente por sulfato de clcio dihidratado
(CaSO4.2H2O) podendo conter impurezas como slica, alumina, xido
de ferro, carbonatos de clcio e magnsio.
A Pedra de Gesso se submetida a tratamento trmico em fornos especiais d
origem a compostos diversos, mais ou menos hidratados e com propriedades diferentes,
de acordo com a temperatura de cozedura:
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Entre 130 e 160oC o composto perde 1.5 molculas de gua dando origem ao gesso de Paris, gesso para estuque ou gesso calcinado CaSO4.1/2 H2O.
Este gesso mais solvel na gua do que o Gesso Bruto. Entre 170 e 280oC obtm-se a anidrite solvel CaSO4 de presa rpida
(gesso rpido), transformando-se em CaSO4.1/2 H2O em presena de gua.
Entre 400 e 600oC forma-se uma anidrite insolvel, que portanto no reage com a gua, no ganhando presa.
Cerca de 1100oC forma-se o gesso para pavimentos que uma anidrite de presa lenta. O gesso para pavimentos necessita de pouca gua de
amassadura e aps endurecimento apresenta maior resistncia e dureza e
menor porosidade e sensibilidade gua do que o gesso de Paris. pouco
usado devido ao facto da sua produo exigir temperaturas elevadas de
cozedura. Embora a presa demora cerca de 5 horas possvel reduzi-la para
cerca de 30 minutos utilizando aceleradores, como por exemplo sulfato de
alumnio (Duriez, 1950; NP 315, 1963; Sampaio, 1978; Bauer, 1992 e
Moreira, 1999).
1100 Gesso para Pavimentos
(presa lenta, + resistente)
400 a 600 Anidrite Insolvel
(sem presa)
170 a 280CaSO4
Anidrite Solvel (gesso rpido)
CaSO4.2H2O Pedra de Gesso ou
Gesso Bruto
130 a 170 CaSO4.1/2H2O
Gesso de Paris, para estuque ou
calcinado
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Figura 2.2 Produtos obtidos a partir da Pedra de Gesso, de acordo com as temperaturas (C).
O gesso para construo ou gesso comercial constitudo por uma mistura de
cerca de 60 a 70% de SO4Ca.1/2 H2O e o restante de anidrite (Bauer, 1992) tambm
podendo conter impurezas e adjuvantes. Num estudo levado a cabo no LNEC o gesso de
construo em Portugal demonstraram um teor de SO4Ca.1/2 H2O entre 77 e 97%
(Oliveira e Rodrigues).
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3.2 Presa e endurecimento Os sulfatos de clcio hemi-hidratado e anidro, em presena de gua reconstituem
rapidamente o sulfato bi-hidratado original, isto , o gesso bruto como reaco inversa
ao seu fabrico:
CaSO4.1/2 H2O + 1.5H2O CaSO4.2H2O Esta reaco fortemente EXOTRMICA e expansiva, formando-se uma fina
malha de cristais em forma de longas agulhas que se interpenetram dando coeso ao
conjunto.
De facto uma das caractersticas mais notveis do gesso que a presa se faz com
aumento de volume, o que tem vantagens quando se trata de enchimento de moldes,
porque deixam de haver falhas dentro dos moldes. Alm deste facto h a salientar que o
acabamento das superfcies de gesso muito perfeito. Por estas razes o gesso foi e
muitas vezes usado em ornamentaes delicadas de tectos e paredes.
Depois da presa o gesso continua a endurecer num processo que pode durar
semanas. A presa e endurecimento dependem dos seguintes factores:
natureza dos compostos desidratados originados pela temperatura e tempo
do tratamento trmico sofrido, como visto atrs.
finura
presena de impurezas
presena de adjuvantes (por ex. retardadores de presa)
quantidade de gua de amassadura
Relativamente finura, quanto mais modo for o gesso, maior ser a sua
superfcie especfica e consequentemente a superfcie do material exposto hidratao,
pelo que a presa ser mais rpida (para a mesma quantidade de gua de amassadura).
A presa e o endurecimento do gesso tratado termicamente so tambm atrasados
por impurezas que existam no Gesso Bruto (produto natural).
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possvel tambm, obter gesso de presa mais lenta por incorporao de
retardadores de presa tais como cola, serrim fino de madeira, etc., em propores
muito reduzidas (0.1 a 0,5%).
A quantidade de gua utilizada na amassadura de gesso, a gua de amassadura,
influencia muito a presa e o endurecimento, e, consequentemente a resistncia e
porosidade. De facto a presa tanto mais rpida quanto mais se reduzir a quantidade de
gua no sentido de a aproximar da estritamente necessria hidratao de dada
quantidade de gesso (para o composto CaSO4.1/2H2O cerca de 25% em massa). Se se
utilizar apenas a quantidade mnima, a presa demasiado rpida e portanto no
manusevel, no trabalhvel, pelo que se utiliza sempre, na prtica, uma quantidade de
gua maior.
De facto o CaSO4.1/2H2O um produto muito solvel na gua. Ento quando se
mistura gesso com gua, o CaSO4.1/2H2O dissolve-se dando origem ao CaSO4.2H2O,
que no to solvel e que ao fim de algum tempo precipita, por se ter dado a saturao
da soluo. Aquando da precipitao formam-se cristais que vo constituir um sistema
rgido.
Quanto mais gua se emprega na amassadura maior o tempo de presa, pois mais
tempo leva a soluo a ficar saturada, e portanto a cristalizao faz-se mais tarde.
Portanto:
> t. presa e endurecimento
> A/G < resistncia mecnica
> porosidade
A massa de gua de amassadura G massa de gesso Em geral para o gesso de construo a amassadura feito com uma quantidade de
gua de cerca de 0.6 a 0.75, verificando-se o princpio de presa entre 2 a 6 minutos e o
fim de presa (gesso j slido, consistente) de 15 a 30 minutos (Duriez, 1952).
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Como exposto anteriormente, para aumentar o tempo de presa, pode-se utilizar
uma quantidade maior de gua de amassadura com os inconvenientes de se obter
resistncia mecnica inferior e maior porosidade. possvel retardar a presa sem
aumentar a gua, utilizando um retardador de presa (por exemplo gelatina, cola forte,
cal apagada, gua quente) e portanto aumentar a resistncia e diminuir a porosidade.
3.3 Resistncias Mecnicas A resistncia mecnica do gesso aps presa depende da quantidade de gua
embebida, isto , presente na rede porosa e que no foi necessria para a formao de
CaSO4.2H2O. Os cristais formados so solveis na gua pelo que se o gesso aps presa
mantido num ambiente saturado praticamente no endurece. Se o gesso aps presa
conservado num ambiente no saturado, vai endurecendo medida que a gua
embebida se evapora e a resistncia vai aumentando. Por exemplo ao ar livre para uma
humidade relativa mdia, a resistncia do gesso pode duplicar entre o 1 e o 7 dia aps
a amassadura.
Mesmo depois de seco, a resistncia compresso pode reduzir a um quarto ou
mesmo um sexto se for embebido em gua (Duriez, 1952). Isto , o gesso no resiste
humidade e acaba mesmo por
apodrecer nessas condies, s se
utilizando no exterior, em climas
secos.
Na Figura 2.3 apresentam-se
os resultados mdios de ensaios
efectuados aos 28 dias em provetes
secos e saturados da resistncia
compresso e traco em funo
da gua de amassadura.
Figura 2.3 Resistncias mdias em provetes secos e saturados de gesso de construo, conservados 28 dias em ar
seco.
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As resistncias aproximadas compresso e traco, de gesso de construo
conservado 28 dias num ambiente com humidade relativa mdia so dadas no quadro
seguinte (Duriez, 1952).
Resistncia (MPa) A/G compresso traco
Gesso de construo fino 75% 4.5 1.5 Gesso de construo grosso 60% 5.5 1.2
A massa de gua de amassadura G massa de gesso
Repare-se que a resistncia compresso cerca de trs a quatro vezes superior
resistncia traco. No beto o factor correspondente cerca de dez.
Repare-se tambm que no gesso, a resistncia mecnica depende no s da gua
de amassadura, mas tambm do estado de embebio, isto , da quantidade de gua
contida na rede porosa, como exposto anteriormente. No beto a resistncia mecnica
depende sobretudo da gua de amassadura e no diminui com o aumento da gua de
embebio, pelo contrrio, ir aumentar com a continuao do processo de hidratao
do cimento.
3.4 Outras propriedades Como apontado anteriormente a principal desvantagem deste material no
resistir humidade, em virtude ser dissolvido pela gua. apenas utilizado em
ambientes eventualmente hmidos se protegido com uma pintura impermevel. No
entanto apresenta uma srie de vantagens e desvantagens que se resumem
seguidamente:
Econmico. O gesso um material econmico devendo substituir o cimento
sempre que possvel. De facto, para fabricar 1 tonelada de cimento Portland so
necessrios cerca de 300 kg de carvo e para 1 tonelada de gesso so necessrios
cerca de 80 a 90.
Bom acabamento.
Bom isolamento Trmico e Acstico.
Resistncia ao fogo. De facto a resistncia ao fogo deste material elevado pois
no incio, o calor dispensado na desidratao do gesso.
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gua Salgada. O gesso cinco vezes mais solvel em gua do mar (ou gua
com cloreto de magnsio) do que em gua doce.
Corroso do ferro e ao. O gesso corri o ferro e o ao pelo que no se podem
usar ferramentas e utenslios destes materiais, preferindo-se a utilizao de
ferramentas em lato, pregos ou parafusos com crmio, pregos ou parafusos e
armaduras galvanizadas com zinco puro (por exemplo o zinco com 1 a 2%
atacado) e no caso de se aplicar gesso por exemplo em tectos, as armaduras tm
de estar totalmente protegidas com argamassa (de cimento).
M aderncia a superfcies lisas, sobretudo a madeira, pelo que se
desenvolveram no passado, tcnicas apropriadas para obviar este inconveniente:
o estuque e o estafe.
3.5 Aplicaes O estuque e o estafe so tcnicas de aplicao de gesso que hoje no so utilizadas
a no ser em obras de reabilitao.
Estuque consiste no revestimento de paredes, tectos e outras superfcies
rebocadas de estruturas de edifcios feito com pasta de gesso para estuque (gesso
calcinado a cerca de 140oC e misturada com cal ou outro retardador) e qual se
adicionaram outros materiais convenientes como por exemplo, gelatina ou cola forte. O
estuque colocado entre e sobre fasquias de madeira dispostas de modo a permitir
melhor aderncia Figura 2.4.
Figura 2.4 Aplicao de estuque (Sampaio, 1975).
Esta tcnica caiu em desuso em virtude da falta de mo de obra e tambm devido
s deformaes sofridas pelas peas em madeira preferindo-se hoje o uso de gesso sob a
forma de placas pr-fabricadas (NP 315 e Sampaio, 1975).
gessofasquio
fasquio
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Estafe Placas pr-fabricadas de 1 a 2 cm de espessura, constitudas por gesso,
armadas com fibras vegetais (estopa, sisal, linho, etc.), dispersas que conferem maior
resistncia flexo.
Estas placas so aparafusadas aos barrotes intervalados de cerca de 1 metro. Os
parafusos no podem ser de ao, como dito. As juntas das placas e remates so
colmatadas com linhada de gesso fabricada no local e que consiste numa pasta de
gesso armada com fios de linho ou sisal.
PARAFUSOS PLACAS DE GESSO BARROTE
1 a 2cm
Figura 2.5 Placas pr-fabricadas formando o estafe (Sampaio, 1975).
Hoje em dia, existem vrios tipos e marcas de gesso de construo Figura 2.6,
para executar trabalhos moldados em obra, pr-fabricados ou mesmo para base na
formulao de colas ou massas.
Figura 2.6 Gesso para construo vendido a saco.
Alm do gesso de construo existe uma srie de produtos aplicveis na
construo obtidos a partir do gesso tais como:
peas pr-fabricadas para decorao Figura 2.7.
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Figura 2.7 Produtos pr-fabricados de gesso, para decorao.
Gesso Cartonado placas de gesso prensado entre duas folhas de carto. Exs: Pladur Figura 2.8 Placoplatre Figura 2.9
Figura 2.8 Gesso cartonado Pladur.
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Figura 2.9 Aplicao de gesso cartonado Placoplatre.
Gesso prensado placas de gesso prensado Ex: Knauff Figuras 10 e 11.
Existem hoje um sem nmero de outros produtos aplicveis na construo civil e
que englobam o material gesso, tais como placas mistas, placas reforadas com fibras
celulsicas, etc..
Figura 2.11 - Tecto em gesso. Entrada principal da Embaixada alem em
Washington (proj. Arq. O.M. Ungers) Pr-fabricao e montagem na Alemanha.
Figura 2.10 - Placas perfuradas Knauff entre as vigas de ao visveis. Restaurantes no piso
superior do Parlamento de Berlim (Reichstag).
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4 CAL AREA E CAL HIDRULICA
4.1 Introduo Um dos ligantes artificiais mais antigos o ligante que resulta da cozedura dos
calcrios, constitudos sobretudo por CaCO3, mais abundantes na natureza. Associada a
estes existe sempre a argila, em maior ou menor quantidade, porque a precipitao do
carbonato de clcio em guas de grande tranquilidade arrasta consigo a argila que
porventura esteja em suspenso. Obtm-se ento o calcrio margoso; quando a argila
em quantidade superior ao carbonato forma-se uma marga calcria. Assim, os
calcrios podem ser muito puros ou conterem quantidades variveis de argila (Coutinho,
1988).
Calcrio CaCO3 ~ 100%
Calcrio margoso CaCO3 + argila (
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calcrios com teores de argila e de outras impurezas compreendidos entre 1 e 5%
(Coutinho, 1988).
Chamam-se gordas s primeiras devido s suas propriedades plsticas, pois trata-
se de cais facilmente trabalhveis e bastante macias. As cais magras no so to fceis
de trabalhar nem to macias. A reaco de presa a mesma para qualquer delas
(Sampaio, 1975).
Como o magnsio aparece muitas vezes associado ao clcio, so frequentes na
natureza calcrios com maior ou menor percentagem de dolomite (MgCO3) (Coutinho,
1988). Assim a cal area pode ser clcica quando sobretudo constituda por xido de
clcio (CaO) ou dolomtica constituda sobretudo por xido de clcio e xido de
magnsio. Segundo a normalizao europeia uma cal area clcica designa-se por uma
sigla que contm as letras CL e uma cal area dolomtica designa-se por uma sigla que
contm as letras DL.
O produto obtido pela cozedura dos calcrios designa-se por cal viva (quicklime)
que sobretudo xido de clcio e que, por reaco com a gua (extino), fornece a cal
apagada ou extinta (hidrated lime) que sobretudo hidrxido de clcio - Ca(OH)2.
Segundo a normalizao europeia uma cal viva designa-se por uma sigla que contm a
letra Q e uma cal apagada designa-se por uma sigla que contm a letra S.
. A cal viva apresenta-se sob a forma de gros de grandes dimenses com 10, 15
ou 20 cm so as pedras (ou blocos) de cal viva (Bauer, 1992) ou sob a forma de p. A
cal viva um produto slido, de cor branca com grande avidez pela gua. Isto , para a
obteno e posterior aplicao do hidrxido de clcio, Ca(OH)2, necessrio proceder
hidratao da cal viva. A esta operao chama-se extino da cal:
CaO + H2O Ca(OH)2 + 15.5 cal. r. exotrmica cal viva cal apagada com expanso ou extinta
A extino pode fazer-se por dois processos: por imerso ou por asperso.
A imerso corresponde extino da cal viva com excesso de gua e feita
mergulhando os blocos de cal viva em gua obtendo-se uma pasta pasta de cal ou
pasta de cal apagada que endurece lentamente. De facto um produto muito pouco
poroso, permevel, com difcil e lenta recarbonatao que pode durar mais de 6
semanas, por vezes. Existem argamassas romanas que ainda se encontram moles no seu
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interior, devido a camada exterior de carbonato de clcio no deixar penetrar o CO2,
impedindo assim a recarbonatao em zonas mais profundas (Sampaio, 1978).
A asperso consiste na extino da cal viva com asperso de gua estritamente
necessria hidratao. Como se verifica expanso medida que a cal se vai
hidratando, o produto pulveriza-se (Sampaio, 1978).
As cais extintas so portanto cais areas, principalmente constitudas por
hidrxido de clcio e, eventualmente, de magnsio que resultam da extino da cal viva.
As cais extintas no tm reaco exotrmica quando em contacto com a gua. So
produtos sob a forma de p seco ou mistura aquosa (EN 459-1, 2001) (pasta de cal
lime putty, ou leitada de cal).
Portanto, uma cal area um ligante constitudo sobretudo por xidos de clcio,
CaO ou hidrxidos de clcio, Ca(OH)2 que endurece lentamente ao ar por reaco com
o dixido de carbono. Em geral no endurece na gua pois no possuem propriedades
hidrulicas. Pode-se tratar de uma cal viva ou de uma cal apagada (EN 459-1, 2001).
4.3 Endurecimento da cal area Depois de aplicada, o endurecimento da cal area faz-se em duas fases. Numa
primeira fase (presa inicial) d-se a evaporao da humidade em excesso, ao fim da qual
a cal est firme ao tacto mas ainda marcvel com a unha. Na segunda fase, a fase de
recarbonatao, d-se uma reaco qumica muito lenta, ao ar, (da o nome de area),
em que o hidrxido se reconverte em carbonato de clcio por recombinao com o
dixido de carbono (CO2). A velocidade desta fase de recarbonatao depende da
temperatura, da estrutura porosa e da humidade da pasta podendo demorar anos a
completar-se:
Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O + 42,5 cal. r. exotrmica e expansiva
A pasta de cal ao secar retrai e fissura. Para evitar a retraco de secagem
emprega-se areia nas argamassas de cal. Os gros de areia dividem o material em
pequenas fraces localizadas que arejam a argamassa, permitindo a sua carbonatao
ao mesmo tempo que se d a secagem. A areia utilizada deve ser siliciosa ou calcria,
bem limpa, isenta de matrias hmicas e de argila.
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4.4 Aplicaes da cal area Repare-se que o hidrxido de clcio (Ca(OH)2) solvel na gua (1,3g/l) e ainda
mais na gua salgada. Portanto, alm de no ganhar presa nem endurecer em gua,
ainda mais solvel em gua salgada, pelo que no pode ser usado em obras hidrulicas
nem martimas.
At h cerca de 200 anos (quando apareceu a cal hidrulica) o ligante usado em
todas as construes era a cal. Hoje ainda utilizada por exemplo no fabrico de blocos
slico-calcrios, misturada com gesso, no fabrico de estuques, misturada com pozolanas
constituindo ligantes hidrulicos, misturada com cimento ou cal hidrulica em
argamassas para reboco e ainda sob a forma de leitada na caiao de muros. (Note-se
que ter vantagem na caiao utilizar areia, para que no se verifique microfissurao e
tambm tornar o produto mais econmico).
(Sampaio 1975; Coutinho, 1988; Bauer, 1992; Moreira, 1998).
4.5 Cal hidrulica Como indicado anteriormente a pedra calcria (CaCO3) que contenha de 8 a 20%
de argila, se tratada termicamente a cerca de 1000oC, d origem a cal hidrulica que
um produto que endurece tanto na gua como no ar.
A cal hidrulica constituda por silicatos (SiO2 . 2CaO) e aluminatos de clcio
(Al2O3 . CaO) que hidratando-se endurecem na gua ou ao ar e tambm por xido de
clcio (CaO) pelo menos 3%, que continua livre e que vai endurecer por carbonatao.
CaCO3 + argila 1000/1100oC cal hidrulica (8-20%)
A preparao da cal hidrulica feita em fornos, verificando-se as seguintes
fases:
500 a 700oC ______ desidratao da argila
850oC ______ decomposio do calcrio
CaCO3 CaO + CO2 1000 1100oC______ Reaco da slica e alumina da argila com o xido de
clcio, originando silicatos e aluminatos
SiO2 + CaO silicato de clcio (SiO2 . 2CaO) Al2O3 + CaO aluminato de clcio (Al2O3 . 3CaO)
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Repare-se que se a temperatura de cozedura for mais alta (at 1500oC) e a
percentagem de argila (slica e alumina) for maior a reaco mais completa, isto a
quantidade de silicatos e aluminatos de clcio maior, diminuindo a quantidade de
xido de clcio livre e no extremo as reaces sero semelhantes s que se passam no
fabrico do cimento.
Portanto, a cerca de 1000oC a reaco parcial e os produtos formados so uma
mistura de silicatos e aluminatos de clcio com xido de clcio livre.
Depois da sada do forno obtm-se pedaos de vrias dimenses constitudos pela
mistura de silicatos e aluminatos de clcio e cal livre (mais de 3%, em regra cerca de
10%) e ainda um p inerte que silicato biclcico formado por pulverizao durante o
arrefecimento (657oC).
Este p amassado com gua no aquece nem ganha presa.
A cal retirada do forno deve ser extinta, no s com o fim de eliminar a cal viva,
mas muito especialmente para provocar a pulverizao de toda a cal hidrulica. este
fenmeno que distingue a cal hidrulica do cimento Portland: a finura da cal hidrulica
obtida por extino da cal viva e no por moedura.
A extino deve ser feita com certa precauo pois s se deve adicionar apenas a
gua estritamente necessria para hidratar a cal viva; a reaco expansiva desta (dobra
de volume, sensivelmente) que se aproveita para pulverizar os gros que contm os
aluminatos e silicatos; a gua em excesso iria hidrat-los.
A cal viva precisa ser completamente extinta, antes de se utilizar a cal hidrulica
na construo.
A extino realizada lentamente a temperaturas entre 130 e 400oC e aps a
extino obtm-se:
P silicatos e aluminatos de clcio hidrxido de clcio (Ca(OH)2) cal apagada, extinta Grappiers
Os grappiers so gros de material sobreaquecido com verdadeiras caractersticas
de cimento, mais escuros e duros e ricos em silicatos biclcicos.
Assim, aps a extino necessrio separar os grappiers do p e proceder sua
moagem.
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Em geral a separao feita em peneiros circulares rotativos constitudos por
tambores perfurados concntricos sendo o tambor interior de malha com mais abertura
para permitir a passagem dos grappiers Figura 4.1.
Figura 4.1 - Peneirao da cal hidrulica para separao dos grappiers (Sampaio, 1975)
Finalmente, aps a moagem dos grappiers o p resultante adicionado ao p de
silicatos e aluminatos de clcio e hidrxido de clcio formando cal hidrulica. Pode ser
conveniente juntar ainda materiais pozolnicos modos.
(Sampaio, 1975; Coutinho, 1988).
4.6 Presa e endurecimento da cal hidrulica O endurecimento da cal hidrulica compreende duas reaces. Na primeira
reaco d-se a hidratao dos silicatos e aluminatos de clcio, quer na gua quer no ar.
Na segunda reaco d-se a recarbonatao da cal apagada, s ao ar e em presena do
dixido de carbono.
4.7 Algumas propriedades e aplicaes de cal hidrulica A massa volmica mdia da cal hidrulica cerca de 2,75 g/cm3, mais baixa do
que a do cimento e a sua baridade toma valores entre 0,6 e 0,8 g/cm3. A sua cor a cor
parda do cimento. Como a cal hidrulica muito semelhante ao cimento (cor), pode
prestar-se a falsificaes, o que muitas vezes tem consequncias desastrosas, porque a
cal hidrulica tem menor resistncia que o cimento.
Utiliza-se a cal hidrulica em aplicaes idnticas s do cimento, que no exijam
resistncias mecnicas elevadas como em argamassas (pobres):
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Argamassa de revestimento
Argamassas para reboco de paredes
Argamassas para alvenaria
etc.
Note-se que a existncia de cal nestas argamassas (pobres) pode ser um problema,
j que existe sempre uma parte de CaO que no desaparece completamente e que ao
extinguir-se d origem a expanses.
(Sampaio, 1978; Coutinho, 1988; Moreira, 1998).
4.8 Fabrico de cal As cais area e hidrulica podem ser produzidas em vrios tipos diferentes de
fornos. Do-se exemplos nas Figuras 4.2 e 4.3.
Figura 4.2 Forno vertical, a carvo, para cal.
A Figura 4.2 apresenta o esquema de um forno contnuo vertical, que utiliza
combustvel de chama curta carvo. Consta de duas cmaras sobrepostas, sendo o
calcrio alimentado por uma abertura junto chamin superior e o combustvel
introduzido no estrangulamento entre as duas cmaras onde se processa a combusto. O
arrefecimento do material d-se na cmara inferior, onde o ar necessrio combusto
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aquecido, com melhoria evidente em termos de rendimento trmico. O material
calcinado extrado pela parte inferior da cmara de arrefecimento (Bauer, 1992).
Figura 4.3 - Forno rotativo de eixo horizontal.
Os fornos rotativos, constitudos por um cilindro metlico internamente revestido
de material refractrio, giram lentamente sobre um eixo ligeiramente inclinado,
recebendo o calcrio pela sua boca superior e tendo o maarico de aquecimento na sua
boca inferior, por onde tambm retirado o material calcinado Figura 4.3.
4.9 Comercializao de cais Existem cais comercializadas fornecidas em saco, a granel ou ainda, no caso de
misturas aquosas (cais areas extintas) em recipientes apropriados Figura 4.4.
Figura 4.4 - Alguns exemplos de cais comercializadas.
4.10 Normalizao Recentemente foi publicada a norma europeia EN 459 Building Lime Part 1 :
Definitions, specifications and conformity criteria, da qual se transcreve o quadro e
notas, em itlico, da Figura 4.5, relativamente composio qumica.
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Valores expressos em % de massa
Tipo CaO +MgO MgO CO2 SO3 Cal livre
CL 90 90 52) 4 2 - CL 80 80 52) 7 2 - CL 70 70 5 12 2 - DL 85 85 30 7 2 - DL 80 80 5 7 2 - HL 2 - - - 32) 8 HL 3,5 - - - 32) 6 HL 5 - - - 32) 3 NHL 2 - - - 31) 15 NHL 3,5 - - - 31) 9
NHL 5 - - - 31) 3 1) Teores de SO3 superiores a 3% e at 7% so tolerados, se a expansibilidade for confirmada aos 28 dias com cura em gua seguindo o ensaio preconizado na EN 196-2; 2) Teores de MgO at 7% so tolerados, se a cal satisfizer o ensaio de expansibilidade indicado na EN 459-2.
Nota: Os valores aplicam-se a todos os tipo de cal. Para cal viva estes valores
correspondem aos da condio como entregue; para todos os outros tipos de cal (cal
hidratada, pasta de cal e cais hidrulicas) os valores baseiam-se no produto isento no s da
gua livre como tambm de gua combinada.
Figura 4.5 Classificao das cais de construo de acordo com a normalizao europeia.
A classificao das cais de construo, preconizada na normalizao europeia,
baseia-se na composio qumica para as cais areas, clcicas (CL) e dolomticas (DL) e
na resistncia compresso, para as cais hidrulicas (HL). Para as cais areas a sigla
constituda por CL ou DL, seguida de um nmero que indica a percentagem mnima de
xido de clcio e xido de magnsio que a cal contm, de acordo com o quadro da
figura anterior.
Nas cais hidrulicas a sigla constituda por HL ou NHL, seguida do valor 2, 3,5
ou 5 conforme a classe de resistncia e de acordo com o Quadro 4.1.
Uma cal hidrulica (HL) , segundo a normalizao europeia, um ligante
constitudo sobretudo por hidrxido de clcio, silicatos e aluminatos de clcio,
cal hidratada
cal hidratada
cal viva
cal viva
cal hidralica HL
Cai
s de
cons
tru
o cal area
L
cal clcicaCL
cal dolomtica
DL
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produzido pela mistura de materiais adequados e que tem a propriedade de ganhar presa
e endurecer em gua. O dixido de carbono atmosfrico tambm contribui para o
processo de endurecimento. Uma cal hidrulica natural (NHL) uma cal produzida
pela calcinao de calcrios mais ou menos argilosos ou siliciosos e posterior reduo a
p por extino com ou sem moagem. Todos os tipos de cal hidrulica natural tem a
propriedade de ganhar presa e endurecer em gua e o dixido de carbono atmosfrico
contribui tambm para o processo de endurecimento.
Quadro 4.1 Resistncia compresso de cal hidrulica e cal hidrulica natural (EN 459-1) Resistncia compresso
MPa Tipos de cais de construo
7 dias 28 dias HL e NHL2 - 2 a 7
HL 3,5 and NHL 3,5 - 3,5 a 10 HL 5 and NHL 5 2 5 a 15
HL 5 e NHL 5 com baridade inferior a 0,90kg/dm3, permitia uma resistncia at 20 MPa.
Nota: Sabe-se que argamassas com ligantes clcicos adquirem resistncia que aumenta lentamente com a carbonatao.
Nas Figuras 4.6 e 4.7 apresentam-se fichas tcnicas de cal hidrulica
comercializada em Portugal.
Cal Hidrulica NHL 5
Constituintes Calcrio margoso cozido com extino e moagem Sulfato de clcio regularizador de presa
Caractersticas Qumicas Sulfatos (SO3)
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Propriedades especiais do beto fabricado com este cimento Grande plasticidade e elevada trabalhabilidade Forte aderncia Grande poder de reteno de gua, opondo-se retraco inicial Fraca tendncia para a fissurao e fendilhamento Boa impermeabilidade e durabilidade
Utilizaes recomendadas Argamassas de todos os tipos (de enchimento, reboco, assentamento e acabamento) Pr-fabricao (misturada com cimento) - Blocos de alvenaria e abobadilha. - Artefactos Pavimentos rodovirios - Na substituio do filer dos betuminosos. - No tratamento de solos hmidos e argilosos. Em trabalhos diversificados no meio rural.
Precaues na aplicao Na dosificao e na relao gua/ligante. No processo de cura da argamassa fresca, assegurar uma proteco cuidadosa contra a dessecao, principalmente em tempo quente. Preparar adequamente o suporte para receber a argamassa.
Contra-indicaes Trabalhos sob temperaturas muito baixas. Contacto com ambientes agressivos (guas e terrenos)
Condies de Fornecimento e Recepo (NP EN 197-2)
Saco 40Kg
Palete - Entrepostos 30 Sacos 1200Kg
Granel 25 toneladas Camio de 25 toneladas com meios de descarga (devidamente selado).
Figura 4.6 Ficha tcnica de cal hidrulica HL5 (Cimpor).
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CAL HIDRULICA MARTINGANA - IDENTIFICAO
Ligante hidrulico constitudo maioritariamente por silicatos e aluminatos de clcio e hidrxido de clcio.
Obtm-se por cozedura de calcrio argiloso (marga), seguida de moagem e adio de sulfato de clcio para regularizao da presa.
As suas caractersticas fsicas e qumicas colocam a Cal Hidrulica Martingana na classe de resistncia superior (HL5) segundo a ENV 459:1994 do CEN (Bruxelas).
- CAMPO DE UTILIZAO
# Em argamassas de assentamento, enchimento, reboco e acabamento, sendo utilizada como nico ligante ou em mistura com outros ligantes.
# No fabrico de blocos de construo. # No tratamento de solos, para melhoria das caractersticas mecnicas e trabalhabilidade. # Como substituto do filler nos pavimentos betuminosos. - CARACTERSTICAS DO PRODUTO Caractersticas fsicas e mecnicas Resduo:
90 mcron ....................................................... 15 % 200 mcron ....................................................... 3 % Baridade 0,7 a 0,8 kg/dm3
gua livre 1 % Incio de presa............................................................... 3 horas Expansibilidade .............................................................. 10 mm Resistncias mecnicas compresso:
aos 7 dias..............................................2,5 a 3,5 MPa
aos 28 dias.................................................. 5 a 6 Mpa
Caractersticas qumicas Cal total 42 a 44 %
Sulfatos ..................................................................... 3 a 3,5 %
- PREPARAO DOS SUPORTES PARA ARGAMASSAS
O suporte deve encontrar-se limpo de quaisquer poeiras, descofrantes ou partculas soltas (se necessrio, dever ser lavado e escovado).
Os suportes muito absorventes ou expostos ao sol devem ser saturados com gua antes da aplicao.
Proceder ao enchimento de orifcios antes de iniciar a aplicao da argamassa.
A aplicao das camadas sucessivas de argamassa requer que a camada anterior se encontre suficientemente resistente.
- PREPARAO DAS ARGAMASSAS
Traos Volumtricos (valores orientativos)
Reboco Interior.............................Cal Hidrulica:Areia # 1:3 a 1:4 Reboco Exterior ............................Cimento/Cal Hid./Areia # 1:1:8 Esboo ...............................Cal Hidrulica:Areia(*) # 1:3 a 1:4 (*) Areia de Esboo ou Areia crivada
Estas dosagens so orientativas, pois o trao depender da qualidade da areia utilizada. Como regra, devero ser utilizados sempre traos mais ricos em ligante nas camadas iniciais, diminuindo este teor ao longo das camadas seguintes.
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Amassadura Misturar prviamente a Cal Hidrulica com o inerte e posteriormente adicionar gua na quantidade necessria para obteno de uma boa trabalhabilidade.
Como valor orientativo, usar uma relao gua/ligante de 1:1.
Observaes O excesso de gua da amassadura prejudicial s caractersticas fsicas do reboco.
Deve ser sempre utilizada a quantidade mnima de gua que permita boa trabalhabilidade.
A gua de amassadura deve estar isenta de quaisquer impurezas (argilas, matria orgnica). De preferncia deve ser utilizada gua potvel.
No aplicar argamassas sob temperatura abaixo dos 5C e evitar a aplicao em situaes de elevada exposio solar.
Uma vez determinado o trao a utilizar para uma determinada argamassa, manter as dosagens constantes e o tempo de amassadura.
No utilizar argamassas amolentadas ou que tenham iniciado a sua presa.
Tempo quente Evitar a secagem rpida das argamassas, regando o suporte 1 a 2 horas antes da aplicao e voltando a regar logo que a argamassa se apresente suficientemente resistente.
Repetir a rega 1, 2 e 7 dias depois.
- OUTRAS UTILIZAES Tratamento de Solos A adio de Cal Hidrulica a certos solos argilosos e hmidos permite a sua estabilizao, melhorando a sua resistncia s intempries, pela diminuio do ndice de plasticidade e duma maior compactao, a qual permite um aumento do CBR (California Bearing Ratio, ndice de compactidade de suporte).
A adio de Cal Hidrulica, devido ao seu teor de cal livre, reduz humidade do solo (poder excicante), com ele reagindo, aglutinando as suas partculas e constituindo um aglomerado muito mais compacto.
Processo de aplicao A quantidade de Cal Hidrulica a utilizar deve ser de 0,5 a 5% (sendo 3% o valor tpico) da massa de solo a tratar, de onde devem ser retiradas as pedras de grandes dimenses.
De seguida, espalhar a Cal Hidrulica, misturando-a e homogeneizando-a com o solo em tratamento. Depois, compactar o solo tratado, que ficar muito mais resistente penetrao das guas pluviais e mais apto a funcionar como base de fundaes.
A Cal Hidrulica com substituinte do filler A adio de Cal Hidrulica aos betuminosos provoca uma generalizada melhoria da qualidade nas caractersticas do filler, que se traduzem por:
# maior consistncia do betuminoso, devido maior aderncia entre este e os agregados; # maior resistncia penetrao das guas, com o consequente aumento do tempo de envelhecimento
acelerado;
# maior resistncia fissurao. - HIGIENE E SEGURANA Nada a salientar, visto tratar-se de um produto no nocivo, nem inflamvel. Contudo, no pode ser ingerido.
Utilizar luvas e mscara no seu manuseamento, lavando bem as mos no final.
No caso de contacto com os olhos, lav-los bem com gua limpa.
- TRANSPORTE E ARMAZENAGEM A Cal Hidrulica Martingana deve ser transportada, manuseada e armazenada dentro da embalagem original (a qual s deve ser aberta para utilizao), ao abrigo de humidades e exposio ao calor.
Nestas condies, a Cal Hidrulica Martingana poder ser armazenada pelo perodo mximo de 6 (seis) meses. - EMBALAGEM A Cal Hidrulica Martingana fornecida em sacos de 40 kg ou a granel.
Revisto em: 2000-06-29
Figura 4.7 Ficha tcnica de cal hidrulica HL5, Martingana (Secil).
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5 CIMENTOS
5.1 Introduo Em geral so consideradas duas abordagens para classificar cimentos, uma em
relao composio e a outra relativa s propriedades correspondentes ao desempenho
dos cimentos (Jackson, 1998).
Na rea de construo e engenharia civil tem sobretudo interesse os cimentos
hidrulicos calcrios - isto , os cimentos hidrulicos em que os principais constituintes
so compostos de clcio. De facto estes cimentos so constitudos sobretudo por
silicatos e aluminatos de clcio e de um modo geral podem-se classificar em:
- cimentos naturais
- cimentos Portland
- cimentos aluminosos (high-alumina) (Neville, 1995).
Muitos pases da Europa tais como ustria, Dinamarca, Finlndia, Frana,
Alemanha, Grcia, Islndia, Irlanda, Itlia, Luxemburgo, Holanda, Noruega, Espanha,
Sucia, Sua, Reino Unido e Portugal tem desenvolvido normas relativas aos cimentos:
EN 197 - 1 (June 2000) Cement - Part 1: Composition, specifications and conformity criteria for common cements.
NP EN 197-1 (2001) Cimentos Part 1: Composio, especificaes e critrios de comformidade. EN 197 - 2 (June 2000) Cement - Part 2: Conformity evaluation.
NP EN 197-2 (2001) Cimentos Part 2: Critrios de conformidade. EN 197 - 3 (June 2000) Cement - Part 3: Composition, specifications and conformity criteria for low heat common cements.
Prevm-se normas EN 197 relativamente a:
cimentos resistentes aos sulfatos cimentos resistentes gua do mar cimentos de baixo teor de lcalis e cimentos de aluminato de clcio.
ENV 413 - 1, 1994 Masonry cementsPart 1: Specifications(c. de alvenaria).
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EN 14216 (pr EN 14216, DRAFT, June 2001) Cement Composition, specifications and conformity criteria for massive concrete low heat common cements. (Cimentos de baixo calor de hidratao para beto em massa). EN 14217 (pr EN 14217, DRAFT, June 2001) Cement Composition, specifications and conformity criteria for high early strength low heat common cements (cimentos de baixo calor de hidratao para beto de elevada resistncia aos primeiros dias).
6( Em Portugal encontramo-nos numa fase de transio com a NP 2064 anulada e a NP 2065 a ser brevemente revista: [ NP 2064 (1991) Cimentos. Definies comportamento, especificaes e critrios de conformidade.(acrescida da emenda 1, que contempla as casses 52.5)]
NP 2065 (1991) Condies de fornecimento e recepo de cimentos.
Existe ainda, em Portugal a norma relativa ao cimento branco: NP 4326 (1996) Cimentos brancos. Composio, tipos, caractersticas e
verificao da conformidade, norma de acordo com a NP ENV 206, segundo a Emenda 2 de 1998. As normas europeias consideram os cimentos brancos includos na EN 197, isto , no existem normas especficas para o cimento branco e presentemente, o cimento branco garantido por marca de qualidade do IPQ.
A ASTM - American Society for Testing and Materials tambm tem
contribudo largamente para a classificao dos cimentos sobretudo atravs das normas:
C 150 - 95 - Standard Specification for Portland Cement C 595 M - 95 - Standard Specification for Blended Hydraulic Cements.
5.2 Definio Segundo a normalizao europeia (EN 197 - 1):
CIMENTO um ligante hidrulico, isto , um material inorgnico finamente
modo que, quando misturado com gua forma uma pasta que ganha presa e endurece
por reaces e processos de hidratao e que, depois de endurecida, conserva a sua
capacidade resistente e estabilidade mesmo debaixo de gua.
Um cimento que esteja de acordo com esta norma europeia designado
por cimento CEM e se for devidamente misturado com gua e
agregados, possvel obter-se beto ou argamassa:
- que conserva trabalhabilidade adequada durante um perodo de tempo suficiente
- que, a determinadas idades atinge nveis de resistncia especificados
-e que apresenta estabilidade volumtrica a longo prazo.
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O endurecimento de cimentos CEM sobretudo devido hidratao de
SILICATOS de CLCIO embora outros compostos, tais como os ALUMINATOS,
possam intervir no endurecimento. Nestes cimentos, a soma da quantidade de XIDO
de CLCIO reactivo (CaO) e SILICA reactiva (SiO2), em massa, pelo menos 50%
(NP EN 197-1). Fisicamente so constitudos por pequenos gros de materiais
diferentes mas a composio estatisticamente homognea. A uniformidade relativa a
todas as propriedades destes cimentos obtida por processos contnuos de produo em
massa que incluem moagem e homogeneizao adequadas. A qualidade do produto final
nas fbricas modernas de cimentos CEM conseguida por pessoal especializado e
qualificado e laboratrios adequadamente equipados que contribuem para o controlo e
ajuste contnuo nas linhas de produo. Isto , o processo de fabrico e o controle de
qualidade asseguram portanto que os cimentos apresentem uma composio dentro dos
limites fixados pelas normas europeias (Jackson, 1998).
5.3 Composio da matria prima O cimento Portland artificial obtido a partir de uma mistura devidamente
proporcionada de calcrio ou cr (carbonato de clcio), argila ou xisto argiloso (silicatos
de alumnio e ferro) ou a partir de margas ou calcrios margosos (margas - mistura de
materiais calcrios e argilosos) e, eventualmente, outra ou outras substncias
apropriadas ricas em slica, alumina ou ferro, reduzida a p muito fino, que se sujeita
aco de temperaturas da ordem de 1450oC, obtidas geralmente em grandes fornos
rotativos. A mistura muito bem homogeneizada e bem dispersa, quer a seco
(fabricao do cimento por via seca) quer por meio de gua (fabricao por via hmida).
quelas temperaturas as matrias - primas reagem entre si, no que so ajudadas
pela fase lquida obtida pela fuso de cerca de 20% da matria prima (clinquerizao),
originando novos compostos. Em virtude destes fenmenos qumicos e fsicos, os
produtos da reaco, ao arrefecerem, aglomeram-se em pedaos com dimenses
variveis mas geralmente entre 2 mm e 20 mm, chamados clnquer (Sousa Coutinho,
1988, Neville, 1995). Os duros ndulos de clnquer so depois arrefecidos e modos
simultaneamente com uma pequena percentagem de gesso at se obter uma
granulometria muito fina.
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Assim, a definio de cimento Portland nas vrias normas dos diferentes pases
considerada, nestes termos, reconhecendo que o gesso adicionado aps a calcinao
(Neville, 1995). Hoje em dia outros materiais podem ser adicionados em diferentes
propores quer nos Centros de Produo de Cimento (originando cimentos de vrias
designaes como o cimento Portland composto, cimento de alto forno, etc.) quer na
amassadura do prprio beto.
5.4 FABRICO 5.4.1 Consideraes Gerais
Como cerca de 70 a 80% da matria - prima calcrio em geral uma fbrica de
cimento situa-se junto de uma formao calcria.
As fases de fabrico so as seguintes:
1. Preparao do cru
extraco do calcrio (1,5 a 2 m) britagem (cm) pr-homogeneizao - formao de pilha de armazenamento com
argila e remoo por cortes verticais (75% brita calcria + 25%argila). moagem e homogeneizao via seca
via hmida
correco com aditivos (calcrio, slica, ferro ou alumina)
2. Cozedura
armazenamento nos silos alimentadores do forno pr-aquecimento entrada no forno rotativo
3. Arrefecimento, adio de gesso e moagem
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