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MATERIAIS DE CONSTRUÇAO 1 http://engenharia-civil-virtual.blogspot.pt Este livro aborda a definição e caracterização dos materiais de construção. Contribuindo assim, para uma maior e melhor aprendizagem da disciplina de Materiais de Construção inerentes à área de Engenharia Civil e Arquitectura. Desse modo os capítulos obedecem a uma sequência didáctica de forma a facilitar a sua compreensão e permitir uma orientação mais efectiva. O conteúdo aborda a definição de ciência e engenharia dos materiais, bem como as propriedades dos principais materiais de construção - agregados, ligantes e betão, metais ferrosos e não ferrosos, madeira, plásticos, vidros, materiais cerâmicos etc.


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ÍNDICE

1. LIGANTES .............................................................................................................................................................3 1.1. EXERCICIOS ......................................................................................................................................5 2. GESSO .....................................................................................................................................................................6 2.1. EXERCICIOS ................................................................................................................................... 12 3. CAL ....................................................................................................................................................................... 13 3.1. CAL AEREA .................................................................................................................................... 14 3.2. CAL HIDRAULICA ........................................................................................................................ 16 3.3. CAL POZOLANICA ....................................................................................................................... 18 3.4. EXERCICIOS ................................................................................................................................... 19 4. CIMENTOS ......................................................................................................................................................... 20 4.1. EXERCICIOS ................................................................................................................................... 27 5. PLASTICOS ........................................................................................................................................................ 28 5.1. EXERCICIOS ................................................................................................................................... 30 6. MADEIRA ........................................................................................................................................................... 31 6.1. EXERCICIOS ................................................................................................................................... 34 7. TINTAS E VERNIZES ..................................................................................................................................... 35 7.1. EXERCICIOS ................................................................................................................................... 36 8. MATERIAIS CERÂMICOS ............................................................................................................................. 37 8.1. EXERCICIOS ................................................................................................................................... 40 9. PEDRAS NATURAIS ....................................................................................................................................... 41 9.1. EXERCICIOS ................................................................................................................................... 44 10. ADIÇÕES .......................................................................................................................................................... 45 11. ADJUVANTES ................................................................................................................................................. 47 12. ÁGUA ................................................................................................................................................................. 52 13. AGREGADOS .................................................................................................................................................. 53 14. BETÕES ............................................................................................................................................................ 55 14.1. EXERCICIOS ................................................................................................................................ 62 15. BETUMES ........................................................................................................................................................ 63 15.1. EXERCICIOS ................................................................................................................................ 66 16. MATERIAIS METÁLICOS........................................................................................................................... 67 16.1. METAIS FERROSOS.................................................................................................................. 67 16.2. METAIS NÃO FERROSOS ....................................................................................................... 76 16.3. EXERCICIOS ................................................................................................................................ 79 2|Página


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1. LIGANTES

L

igante é um produto que ganha presa e endurece, podendo aglomerar outros materiais, tais como agregados grossos e areia. São portanto substâncias com propriedades aglomerantes. 

Ligante hidrófilo, é um ligante que tem afinidade com a água e misturada com ela forma uma pasta que endurece, podendo, como qualquer ligante, aglomerar outros materiais. É constituído por matéria sólida finamente pulverizada. Exemplos: - Ligante hidrófilo aéreo (cal aérea, gesso), é um ligante que misturado com a água forma uma pasta que endurece ao ar. A pasta endurecida, com ou sem outros materiais incorporados, não é resistente à água. - Ligante hidrófilo hidráulico (cal hidráulica, cimento), é um ligante que misturado com a água forma uma pasta que endurece ao ar ou dentro de água. A pasta endurecida, com ou sem outros materiais incorporados, resiste à água. (Aplicação sobretudo em betões e argamassas)

Ligante hidrófobo, (repelente de água), é um ligante em que a água não tem qualquer papel na produção e endurecimento do aglomerante e que "repele" a água após endurecimento. É constituído por substância mais ou menos viscosas que endurecem por arrefecimento, por evaporação dos sais dissolventes ou por reacção química entre diferentes componentes. Apresentam-se, não só sob a forma de pó como os ligantes hidrófilos, mas sob a forma de liquidos viscosos ou soluções resinosas e ao endurecer formam estruturas coloidais rígidas. Exemplos: -Alcatrão -Asfalto - Matérias plásticas ou sintéticas, como resinas. (Aplicação sobretudo em impermeabilizações e pavimentos)

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1.1. 12-

EXERCICIOS O que são ligantes? Qual a sua utilização? Os ligantes aéreos e hidráulicos, em termos de classificação pertencem a um determinado tipo de ligante, diga qual é e quais as suas características?

As soluções dos exercícios podem ser vistas no site: http://engenharia-civilvirtual.blogspot.pt/

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2. GESSO

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esso é um conjunto de ligantes simples, constituído por sulfato de cálcio mais ou menos hidratados e sulfatos anidro de cálcio obtidos por desidratação 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).

Figura 1. Pedra de Gesso

A Pedra de Gesso ou Gesso Bruto é extraído de gesseiras e constituídos por sulfato de cálcio desidratado (CaSO4.2H2O) podendo conter impurezas como silica, aluminia, óxido de ferro, carbonatos de cálcio e magnésio. Existem dois processos para extrair a Pedra de Gesso: - Céu aberto - Processo utilizado sempre que o jazigo se encontra a pouca profundidade e coberto por uma pequena camada de terreno vegetal ou sedimentar.

Figura 2. Extração a Céu Aberto

- Galerias - Utilizadas quando o jazigo se encontra coberto por uma grossa camada de terreno sedimentar, não sendo possível a sua remoção.

A Pedra de Gesso se submetida a tratamento térmico em fornos especiais dá origem a compostos diversos, mais ou menos hidratados e com propriedades diferentes, de acordo com a temperatura de cozedura. 6|Página


   

Entre 130 a 160 º C dá origem ao gesso de Paris, gesso para estuque, gesso calcinado (CaSO4.1/2H2O). Entre 170 a 280 º C obtém-se a anidrite solúvel - CaSO4 de presa rápida (gesso rápido) transformando-se em CaSO4.1/2H2O em presença de água. Entre 400 a 600 º C forma-se anidrite insolúvel, não reage com água, não ganha presa. Cerca de 1100 º C forma-se gesso para pavimentos, que é uma anidrite de presa lenta. O gesso para pavimentos necessita de pouca água de amassadura e após endurecimento apresenta maior resistência e dureza e menor porosidade e sensibilidade à água do que o gesso de Paris. É pouco usado porque exige temperaturas elevadas de cozedura. Embora a presa demora cerca de 5 horas, é possível reduzi-la para 30 minutos utilizando aceleradores (ex: sulfato de alumínio).

Presa e Endurecimento: Os sulfatos de cálcio semi-hidratado e anidro, em presença de água reconstituem rapidamente o sulfato bi-hidratado, isto é, o gesso bruto como reação inversa ao seu fabrico. CaSO4.1/2H2O + 3/2 H2O

CaSO4.1/2H2O

CaSO4.2H2O

CaSO4.2H2O

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Esta reacção é fortemente exotérmica e expansiva, formando-se uma fina malha de cristais em forma de longas agulhas que se interpenetram dando coesão ao conjunto. As características mais notáveis de gesso é que a presa se faz com o aumento de volume, o que tem vantagens quando se trata do enchimento de moldes, porque deixa de haver falhas dentro dos moldes. Há também que salientar que o acabamento do gesso é muito perfeito. Por estas razões, o gesso é muitas vezes usado como ornamentações delicadas aos tectos e paredes. Depois da presa o gesso continua a endurecer num processo que pode durar semanas.

Figura 3. Endurecimento do gesso

A Presa e o Endurecimento depende dos seguintes factores:  

 

natureza dos compostos desidratados originados pela temperatura e tempo do tratamento térmico sofrido, finura, (quanto mais moído, maior será a superfície especifica, logo maior é a superfície exposta à hidratação, pelo que a presa será mais rápida para uma mesma quantidade de água) presença de impurezas (atrasam a presa e endurecimento) presença de adjuvantes (ex:. aceleradores ou retardadores de presa (cola, gelatina, serrim fino de madeira) - os retardadores atrasam a presa, aumentam a resistência e diminuem a porosidade), quantidade de água de amassadura (influencia o tempo de presa, de endurecimento, a resistência e a porosidade) ex: se usar a quantidade mínima de água, a presa é rápida, mas torna-se dificil de manusear, é portanto pouco trabalhavel. Quanto maior for a quantidade de água na amassadura, maior é o tempo de presa, porque leva mais tempo a atingir a saturação e mais tarde para se dar a cristalização (formação de cristais que constituem um sistema rigido). Quanto maior for a relação a/g, maior é o tempo de presa, menor é a resistência mecânica e maior é a porosidade.

Resistência Mecânica:

A resistência mecânica do gesso após presa dependa da quantidade de água embebida, presente na rede porosa e que não foi necessária para a formação de 8|Página


CaSO4.2H2O. Os cristais formados são solúveis na água pelo que se o gesso após presa é mantido num ambiente saturado, praticamente não endurece. Se o gesso após presa é conservado num ambiente não saturado, vai endurecendo à medida que a àgua embebida evapora e a resistência vai aumentando. Por exemplo:.ao ar livre a uma humidade relativa média, a resistência ao gesso pode duplicar entre o 1º e o 7º dia após a amassadura.

Figura 4. Humidade e Resistência mecânica

Mesmo depois de seco, a resistência à compressão pode reduzir a 1/4 ou a 1/6 se for embebido em água. O gesso não resiste à humidade e acaba mesmo por apodrecer nessas condições, só se utilizado no exterior, em climas secos.

Figura 4. Resistências média em provetes secos e saturados de gesso de construção conservados 28 dias em ar seco.

Trabalhabilidade: Uma argamassa de gesso com a relação água/gesso (A/G) conveniente passa por um estado plástico com uma duração variável (função do gesso usado). Este estado plástico possibilita aplicar o gesso no revestimento de paredes e tectos, em motivos decorativos e de adorno. Actualmente é muito aplicado em pré-fabricados e em massas de estucar.

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Consistência: Esta propriedade tem muita influência na resistência final, no rendimento do material, no tempo de presa, na porosidade e na durabilidade. A consistência pode ser regulada pela relação A/G, dentro de certos limites. Durabilidade: A durabilidade dos elementos feitos de gesso pode ser bastante elevada, principalmente em aplicações de interior. A durabilidade pode ser confirmada pelos imensos monumentos do nosso património, com milhares de anos, que chegaram aos nossos dias em perfeitas condições. Aderência: A argamassa de gesso adere a bastantes materiais de construção (aço, vidro, cartão, pedra, cimento, tijolos, poliuretano, etc.) e após a presa formam um conjunto intimamente ligado. A aderência é melhor se a superfície não for muito lisa. Gesso vs Betão: A resistência mecânica do gesso depende não só da água de amassadura, mas também do estado de embebição, isto é, da quantidade de água contida na rede porosa. No betão a resistência mecânica depende sobretudo da água de amassadura e não diminui com o aumento da água de embebição, pelo contrário, irá aumentar com a continuação do processo de hidratação do cimento. No caso do gesso a resistência à compressão é cerca de 3/4 vezes superior à resistencia à tracção. Enquanto que no betão este factor é cerca de 10. Principais Vantagens: - Económico (para o seu fabrico é necessário entre 80 a 90 Kg de carvão enquanto que para o cimento são necessários 300 Kg) - Bom acabamento - Bom isolamento térmico e acústico - Resistência ao fogo (esta é elevada pois, no inicio, o calor é dispensado na desidratação do gesso). Principais Desvantagens: - Dissolve-se 5 vezes mais na água salgada do que na água doce. - Corrói o ferro e o aço. - Má aderência a superficies lisas, sobretudo a madeira, pelo que se desenvolveu técnicas apropriadas para evitar este inconveniente, o estuque e o estafe - Não resiste à água (só ode ser utilizada em ambientes húmidos se for protegido com uma tinta impermeável)

Principais Aplicações: 

Estuque, só é utilizado em obras de reabilitação, consiste no revestimento de paredes, tectos e outros superfícies rebocadas de estruturas de edificios feito com pasta de gesso para estuque (gesso calcinado a cerca de 140ºC e misturada com cal ou outro rebocador). O estuque é colocado entre e sobre fasquias de madeira dispostas de modo a permitir melhor aderência. Estafe, placas pré-fabricada de 1 a 2 cm de espessura, constituídos por gesso, armadas com fibras vegetais(estopa, linho) dispersas que conferem maior resistência à flexão. Estas placas são aparafusadas aos barrotes com intervalo de 1m. Os parafusos não podem ser de aço. 10 | P á g i n a


  

Peças pré-fabricadas Gesso cartonado, placas de gesso prensado entre duas folhas de cartão Gesso prensado, placas de gesso prensado

Figura 5 e 6. Estuque e Estafe

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2.1. EXERCICIOS 1234-

O que é o gesso? Como é produzido? Quais os factores que influenciam a presa do gesso? Como? O que é a presa? Qual a origem é a origem química do gesso e a que temperatura se forma o gesso calcinado? Qual é a composição química do gesso para construção?

As soluções dos exercícios podem ser vistas no site: http://engenharia-civilvirtual.blogspot.pt/

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3. CAL

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m dos ligantes mais antigos é o ligante que resulta da cozedura dos calcários, constituídos sobretudo por CaCO3. Associado a este está a argila formando assim Calcário Margoso; e quando a argila existe em quantidade superior é a Marga Calcária.

Calcário ------------------------------------------------------------------------- CaCO3 100% Calcário margoso ------------------------------------------------------------- CaCO3 + agila (<50%) Marga Calcária ---------------------------------------------------------------- CaCO3 + agila (>50%)

A cozedura do calcário puro dá origem ao oxido de cálcio, que constitui a cal aérea, a cozedura do calcário margoso dá origem aos cais ± hidráulicos, conforme o teor de argila e também aos cimentos naturais. CaCO3  CaO + CO2 (endotérmico) CaCO3 (quase puro) – 800/900ºC (cozedura em forno) Óxido de Cálcio (CAL VIVA) CaCO3 (impurezas até 5%) – 850ºC  Cal viva  Cal aérea CaCO3 + argila (8-20%) – 1000ºC  Cal ± hidráulica CaCO3 + argila (20-40%) – 1050ºC a 1300ºC  Cimento natural

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3.1. CAL AÉREA

Quanto

ao teor de impurezas, as cais dividem-se em gordas e magras.

- As cais aéreas gordas derivam dos calcários quase puros com teores de carbonato não inferiores a 99% e são brancas. Têm propriedades plásticas, pois tratam-se de cais facilmente trabalháveis e bastante macios. - As cais aéreas magras (acinzentadas) derivam dos calcários com teores de argila e de outras impurezas compreendidas entre 1 a 5%. Não são, tão trabalháveis, nem macias. O produto obtido pela cozedura dos calcários, designa-se por Cal viva (Q), que é oxido de cálcio e que com água (extinção) fornece a Cal apagada (S) ou extinta que é hidróxido de cálcio Ca(OH)2. CaO + H2O  Ca(OH)2 + 15,5 cal (Cal viva)

(Cal apagada)

A Cal Viva apresenta-se sob a forma de grãos de grandes dimensões com 10,15 a 20cm, é um produto sólido, de cor branca com grande avidez pela água.

- EXTINÇÃO (pode fazer-se por dois processos): 1º Imersão – Extinção da cal viva com excesso de água e é feita mergulhando os blocos em água, obtendo-se assim uma pasta de cal apagada que endurece lentamente. É um produto pouco poroso e permeável, com difícil e lenta recarbonatação que pode durar + de 6 semanas. 2º Aspersão – Consiste na extinção da cal viva com aspersão de água estritamente necessária à hidratação. Verifica-se uma expansão à medida que a cal se vai hidratando, e o produto pulveriza-se. Diferenças: - Portanto as cais extintas são cais aéreas, constituídas por hidróxido de cálcio e de magnésio, que resultam da extinção da cal viva. As cais extintas não têm reacções exotérmicas, quando em contacto com a água. São produtos sob a forma de pó seco ou mistura aquosa. - A cal aérea é um ligante constituído por Óxidos de Cálcio(CaO), ou Hidróxidos de Cálcio(Ca(OH)2), que endurece lentamente ao ar por reacção com CO2. Em geral não endurece na água pois não possuem propriedades hidráulicas. Pode tratar-se de cal viva ou de cal apagada.

- ENDURECIMENTO DA CAL AÉREA (faz-se em duas fases): 1ªfase (Presa Inicial) – dá-se a evaporação da humidade em excesso, ao fim da qual a cal está firme ao tacto mas ainda é marcável com unha.

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2ªfase (Recarbonatação) – dá-se uma reacção química muito lenta, ao ar, em que o hidróxido se reconverte em carbonato de cálcio por recombinação com o CO2. A velocidade desta recarbonatação depende da temperatura, da estrutura porosa e da humidade da pasta (podendo demorar anos). Ca(OH)2 + CO2  CaCO3 + H2O + 42,5 cal

Reacção exotérmica e expansiva.

Aplicação de areia: A pasta de cal ao secar retrai, e fissura. Para evitar a fissuração emprega-se areia nas argamassas de cal. Estes grãos de areia, dividem o material em pequenas fracções localizadas, e arejam a argamassa, permitindo a sua carbonatação, ao mesmo tempo que se dá a secagem. A areia usada deve ser siliciosa ou calcária, bem limpa e isenta de materiais húmidos e de argila.

- APLICAÇÃO DE CAL

AÉREA (fornece plasticidade, coesão e boa trabalhabilidade nas argamassas) O hidróxido de cálcio é solúvel na água (e na água salgada) portanto, não ganha presa, nem endurece na água, e não pode ser usada em obras hidráulicas e marítimas. - Cal aérea com gesso, é usada no fabrico de blocos silico-calcários. - Cal aérea misturado com pozolana é usado em estuque, - Cal aéra misturada com cimento ou cal hidráulico, é usado em argamassa para reboco, - Cal aérea sob a forma de leitado usado na caiação de muros.

-VANTAGENS:   

Aderência às superfícies de contacto, Resistência mecânica (a longo prazo), Rendimento de 3,5x (com 10l de cal viva obtém-se 35l de cal em pasta)

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3.2. CAL HIDRÁULICA

A pedra calcária CaCO , que contenha 8 a 20% de argila, se tratada termicamente a 3

cerca de 1000ºC dá origem à Cal Hidráulica, que é um produto que endurece tanto na água como ao ar. A cal hidráulica é constituída por silicatos (SiO2.2CaO) e aluminatos de cálcio (Al2O3.CaO) e por menos de 3% de óxido de cálcio (que endurece por carbonatação). (1000 a 1100ºC) CaCO3 + argila (8-20%) ---------> Cal hidráulica A preparação da cal hidráulica é feita em fornos, verificando-se as seguintes fases:  500 a 700ºC ------------------- desidratação da argila  850ºC --------------------------- decomposição de calcário (CaCO3  CaO + CO2 ↑)  1000 a 1100ºC -------------- reacção da sílica e alumina da argila com o óxido de cálcio, originando silicatos e aluminatos. SiO2 + CaO  Silicatos de cálcio (SiO2.2CaO) Al2O3 + CaO  Aluminatos de cálcio (Al2O3.3CaO)

- EXTINÇÃO DE CAL HIDRÁULICA Se a temperatura de cozedura for mais alta (até 1500ºC) e a % de argila (sílica e alumina) for maior, a reacção é mais completa, ou seja, a quantidade de silicatos e aluminatos de cálcio é maior, diminuindo a quantidade de óxidos de cálcio livre. A 1000ºC a reacção é parcial e os produtos formados são uma mistura de silicatos e aluminatos de cálcio e óxido de cálcio livre. Depois de saído do forno obtém-se pedaços de varias dimensões constituídos pela mistura de sílica e aluminato de cálcio e cal livre (10%) e ainda um pó inerte que é silicato bicálcio formado por pulverização durante o arrefecimento (657ºC). A cal retirada do forno deve ser extinta, não só com o fim de eliminar a cal viva, mas para provocar a pulverização de toda a cal hidráulica. A extinção deve ser feita com precaução pois só deve adicionar a água suficiente para hidratar a cal viva, é a reacção expansiva desta que se aproveita para pulverizar os grãos que contém os aluminatos e silicatos, a água em excesso irá hidrata-los. A cal hidráulica deve ser completamente extinta para ser usada em obra. Dá extinção (de 130 a 400ºC) obtém-se:  Pó  Grappiers, são grãos de material sobreaquecido com verdadeiras características de cimento, mais escuros e duros e ricos em silicatos bicálcicos. Assim, após a extinção é necessário separar os grappiers do pó e proceder à moagem. Esta separação é feita em peneiros circulares rotativos, constituídos por tambores perfurados concêntricos sendo o tambor interior de malha com mais abertura para permitir a passagem dos grappiers.

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Após a moagem dos grappiers, o pó resultante é adicionado ao pó de silicato e aluminato de cálcio e hidróxido de cálcio, formando a cal hidráulica, se necessário juntar materiais pozolânicos moidos.

- PRESA E ENDURECIMENTO DA CAL HIDRÁULICA (compreende 2ªs fases) 1ªfase – dá-se a hidratação dos silicatos e aluminatos de cálcio, quer na água, quer no ar. 2ªfase – dá-se a recarbonatação da cal apagada, só ao ar e em presença de CO2.

- ALGUMAS PROPRIEDADES E APLICAÇÕES DE CAL HIDRÁULICA A massa volúmica média da cal hidráulica é cerca de 2,75g/cm3 mais baixo do que o de cimento e a sua baridade toma valores entre 0,6 a 0,8 g/cm3. A sua aplicação é feita de modo a que não se exigem resistências mecânicas elevadas com argamassas pobres: - Argamassa de revestimento (pavimento rodoviário), - Argamassa para reboco de paredes (Pré-fabricação), - Argamassa para alvenaria.

- FABRICO DE CAL As cais hidráulicas e aéreas podem ser produzidas em vários tipos de fornos. O forno contínuo vertical utiliza combustível de chama curta, carvão. Tem 2 camaras sobrepostas, sendo o calcário alimentado por uma abertura junto à chaminé superior, e o combustível introduzido no estrangulamento entre as duas camaras onde se processa a combustão, o arrefecimento do material dá-se na camara inferior, onde o ar é aquecido (com melhoria no rendimento térmico). O material calcinado é extraído pela parte inferior da camara de arrefecimento. O forno rotativo, constituído por 1 cilindro metálico, internamente revestido de material refractário, giram lentamente sobre um eixo inclinado, recebendo o calcário pela sua boca superior e tendo o maçarico de aquecimento na sua boca inferior, por onde também é retirado o material calcinado.

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3.3. CAL POZOLÂNICA Os romanos misturavam cinzas vulcânicas (pozolana) com cal hidráulica (25 a 45%) obtinham um aglomerado que endurecia debaixo de água. A capacidade hidráulica da cal pozolânica usada pelos romanos permitiu que as fundações pudessem ser lançadas sob a água. (ex:. Ostia)

- APLICAÇÕES É usada como plastificante em argamassas de reboco grosso e assentamento de blocos de betão ou de cerâmica. Deve-se adicionar água à cal pozolânica, cerca de 24h antes da preparação da argamassa com cimento e areia. Este procedimento melhora a função aglomerante da cal e garante à argamassa final índices de aderência superiores (quando comparados a argamassas com cal hidráulica).

- PRINCIPAIS VANTAGENS 

   

Baixa libertação de calor, durante a fase de presa, torna os betões pozolânicos adequados para uso em situações onde é necessário betonar grandes volumes em simultâneo, evitando o sobreaquecimento da massa betonada e a sua fissuração, Maior resistência à corrosão, devido à alta alcalinidade dos betões pozolânicos, Melhores acabamentos, Melhor aderência, Melhor trabalhabilidade nas argamassas para reboco e assentamento.

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3.4. EXERCICIOS 1- Como ocorre o endurecimento da cal? 2- Defina plasticidade e retracção da cal? 3- Como é sabido a cal viva é um dos materiais de construção civil mais antigos, no entanto antes da sua aplicação é necessário proceder-se à sua extinção. a. Diga quais os processos que se podem utilizar para proceder à sua extinção e explique cada um deles? b. Explique como ocorre o processo de extinção e porque é necessário fazer a mesma? c. Por que nomes é conhecido o produto final que se obtém após a extinção? d. Como ocorre o endurecimento do produto final? e. Dê um exemplo de onde poderia ser usado o produto final? 4- O que é uma cal dolomítica? Qual é a sigla que a identifica? 5- Porque é que se deve fazer a extinção da cal hidráulica? Explique o processo? 6- Considere que tem uma cal com classificação DL 85. a) Especifique o que significa a sigla? b) Como se consegue obter esta cal? c) Explique o porcesso de hidratação da mesma?

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4. CIMENTO

O

s cimentos hidráulicos constituídos por compostos de cálcio (Silicato e aluminato de

cálcio) podem classificar:   

Cimentos Naturais Cimentos Portland Cimentos Aluminosos

O Cimento é um ligante hidráulico, ou seja, um material inorgânico finamente moído que quando misturado com água forma 1 pasta que ganha presa e endurece por reacções e processos de hidratação e que depois de endurecida, conserva a sua capacidade resistente e estabilidade mesmo debaixo de água. O endurecimento do cimento CEM é devido à hidratação de silicatos de cálcio embora os aluminatos de cálcio também intervenham no endurecimento.

-COMPOSIÇÃO DA MATÉRIA-PRIMA O cimento de Portland artificial é obtido pela mistura de calcário ou cré (carbonato de cálcio), argila ou xisto argiloso (silicatos de alumínio ou ferro) ou a partir de margas ou calcários margosos (margas- mistura de materiais calcários e argilosos) e outras substâncias apropriadas ricas em sílica, alumina ou ferro, reduzida a pó muito fino, que se sujeita à acção das temperaturas de 1450ºC (em fornos rotativos).

-FABRICO

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1ªfase (Preparação do Cru) – Blocos com dimensão de 1,5 a 2 m, são extraídos e transportados para britador onde vão ser reduzidos a pequenos blocos de cm’s. O material é britado e transportado para uma pilha de armazenamento e vai receber adição de argila (25% de argila e 75% de brita calcária). Enquanto a mistura é depositada horizontalmente, a sua remoção para os silos alimentadores dos moinhos de bolas e é feita por meio de cortes verticais na pilha de armazenamento (Pré-homogeneização).

Há dois processos de fabrico de cimento: -Via húmida a matéria-prima é moída e homogeneizada dentro de água. -Via seca a moedura e homogeneização realiza-se a seco.

2ªfase (Cozedura em forno rotativo) – O forno rotativo (Ø7,6m ; L=232m; revestido por material refractário  Cilindro de chapa de aço), este cilindro assenta sobre roletas que o fazem girar e tem uma inclinação de 2 a 6%. Este movimento de rotação e inclinação provocam o avanço dos materiais no interior do forno. (20kg para 1tonelada de cimento). Para obter a temperatura de Clinquerização (1400 a 1450ºC), temperatura de fusão das fases aluminatos e ferratos, é necessário recorrer à combustão de carvão ou de fuel. O carvão seco é reduzido a pó e injectado na parte inferior do forno, com uma parte de ar (ar primário), o restante ar comburente (ar secundário) é introduzido no forno depois de ter sido aquecido no arrefecedor do clínquer. 3ªfase (Arrefecimento, adição de gesso e moagem) – A saído do forno o clínquer deve ser arrefecido rapidamente (porque o silicato tricálcio é instável a temperatura inferior a 1250ºC, e não conserva a sua estrutura). O silicato bicálcico apresenta as formas ϒ e β, a forma β é estável desde a temperatura de formação (1200ºC) até 675ºC. Abaixo destas temperaturas o silicato bicálcico β transforma-se em ϒ (inerte). Por isso (ser inerte) é necessário evitar a formação do silicato ϒ, arrefecendo rapidamente o silicato de 1200ºC até temperatura ambiente.

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Há vantagens em evitar que a fase liquida cristalize pois a reactividade do aluminato de cálcio diminui e o óxido de magnésio poderá cristalizar em grandes cristais (períclase), o que provoca a instabilidade e a expansibilidade do volume da pasta de cimento endurecido. Para efectuar o arrefecimento, recorre-se ao planetário (constituído por tubos arrefecedores que envolvem o forno). Após o arrefecimento (125ºC a 180ºC) o clinquer é armazenado, entrando em moinhos de bolas onde é moído, com adjuvantes (para facilitar a moagem), com aditivos, gesso (3 a 5%) para regular a presa, e outros que modificam as propriedades como a pozolana e a escória de alto-forno. A moagem efectua-se em moinho de bolas, e consome 40% da energia total, a característica que se obtém é a finura. Existem dois tipos de moedura: - Moagem em circuito aberto, o clínquer junto com o gesso, é introduzido no moinho que tem 3 compartimentos de bolas de aço, sucessivamente menor, no primeiro 60 a 80 mm, no segundo 30 a 50 mm e no terceiro 15 a 25 mm. - Moagem em circuito fechado, os finos são extraídos do moinho á medida que se vão produzindo. Uma corrente de ar atravessa o moinho e arrasta consigo as partículas mais finas, para um separador. As finas vão para os silos de armazenamento e as mais grossas voltam para o moinho. 4ªfase (Ensilagem e ensacagem) – Dos moinhos de bolas, o cimento passa para os silos onde é homogeneizado e daí distribuindo, a granal ou em sacos.

-PRINCIPAIS COMPONENTES DO CRU E DO CLINQUER DE PORTLAND

Neste diagrama temos: composição da matéria prima obtida pela mistura de calcário e argila que compreende: Calcite CaCO3 Silica SiO2 Minerais de Argila SiO2.Al2O3.H2O Òxidos de ferro Fe2O3 A composição da matéria-prima deve ser tal que depois de perder a água e o CO 2 devido à elevada temperatura atingira no forno, tenha uma composição química dentro dos líquidos seguintes: C - CaO - 60 a 67%

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S – SiO2 - 17 a 25% A – Al2O3 – 3 a 8% F – Fe2O3 – 0,5 a 6% Mg – 0,5 a 4% K2O e Na2O – 0,3 a 1,2% S – SO3 – 2 a 3,5% Módulos: Com o fim de obter produtos com a composição regular, é preciso que entre estes simples óxidos elementares existam certas relações antes da cozedura, denominados de módulos. Módulo hidráulico (Vicat)

Módulo Silico

Quanto mais baixo for este módulo, mais baixo será a temperatura de clinquerização, pois Al2O3 e Fe2O3 são fundentes.

Módulo alumínio-férrico ou de fundentes

Grau de saturação em cálcio

À alumina e aos óxidos de ferro chamam-se fundentes, pois os compostos em que intervêm fundem à temperatura mais elevada (temperatura de clinquerização) ajudando assim à melhor combinação de todos os intervenientes nas reacções em que se formam os componentes de cimento. O módulo de fundentes é importante na obtenção de cimentos com resistência química melhorada e calor de hidratação baixa. Para este efeito é necessário que não se forma aluminato tricálcio (Al2O3.3CaO). Componente Principais do Clínquer As reacções químicas que ocorrem pela acção da temperatura a partir da matéria-prima (cal, sílica, aluminia e óxidos de ferro) levam a formação dos componentes de clinquer de Portland os quais cristalizam em elementos mais ou menos individualizados. Silicato tricálcio Silicato Bicálcio Aluminato tricálcio Aluminoferrato Tetracálcio

3CaO.SiO2 2CaO.SiO2 3CaO.Al2O3 4CaO.Al2O3.F2O3

20 a 65% 10 a 55% 0 a 15% 5 a 15%

C3S C2S C3A C4AF

Alite Belite Massa vitrea Calite

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Transformações sofridas pelas matérias-primas para obtenção do clínquer:    

 

Até 100ºC evapora-se a água livre, secando a mistura de calcário e argila. Até 450ºC sai a água absorvida nas componentes da matéria-prima. Até 700ºC dá-se a activação dos silicatos por desidratação e alterações na rede cristalina. De 700 a 900ºC dá-se a decomposição dos carbonatos de cálcio e de magnésio com a formação de óxidos de cálcio. Começa a combinação da aluminia, óxidos de ferro e sílica activada com o óxido de cálcio. Inicia-se a formação de belite e a formação de aluminato de cálcio e aluminoferrato bicálcico. De 900 a 1200ºC prossegue-se a formação de belite, começa a formar-se o aluminato tricálcico (C3A) e o aluminoferrato tetracálcico (C4AF). A 1260ºC principia o aparecimento da fase líquida, constituída pela combinação de parte de óxido de cálcio com os óxidos de alumínio e de ferro, a qual promove a constituição do silicato tricálcico (alite), a partir do silicato bicálcico (belite) já formado. Durante o arrefecimento a fase fundida não deve cristalizar. Se o arrefecimento for lento o C3A cristaliza e o óxido de magnésio poderá formar grandes cristais.

-FORMAÇÃO DOS DIFERENTES COMPOSTOS DO CIMENTO POR FASES BELITE 825ºC (Calcinação) – CaCO3 CaO+CO2 (libertado) O calcário é aquecido e o dióxido de carbono é libertado, deixando cal (CaO) 1200ºC – 2CaO +SiO2  Ca2SiO4 (silicato bicálcico) (Aumenta-se a temperatura e algum cal combina com a sílica e forma a BELITE=C2S). ALITE 1250ºC – CaO+Ca2SiO4Ca3SiO5 (silicato tricálcico) Quando a temperatura é superior a 1250ºC alguma belite combina com a cal (que ainda não reagiu) e forma a ALITE=C3S).

ALUMINATO TRICALCICO 1300ºC - 3CaO + Al2O3  Ca3Al2O6 (aluminato tricálcico) Quando a temperatura é superior a 1300ºC a cal (que ainda não reagiu) reage com a alumina e forma aluminato tricálcico (C3A). FERROALUMINATO TETRACÁLCICO Arrefece - CaO+Ca3Al2O6+Fe2O3 Ca4Al2Fe2O10 Á medida que a mistura arrefece a cal, o aluminato tetracalcico e a ferrite formam cristais de ferroaluminato tetracalcico.

-HIDRATAÇÃO DO CIMENTO O C3A reage com a água muito rapidamente conduzindo a uma presa rápida e para poder retardar juntou-se um cimento, o mais económico, o gesso. CH+S+HCSH2 (portlandite+sulfato+água->gesso)

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C3A+2CSH2+10HC4AS2H12 (aluminato tricálcico+gesso+águamonosulfato) Reações expansivas C4AS2H12+2CSH2+16HC6AS3H32 (monosulfato+gesso+águaetringita 1ª) A etringita quando se forma é expansiva e a pasta de cimento vai conseguir absorver esta expansão porque ainda está com alguma maleabilidade. Deve-se garantir a partir das 48horas, já não exista gesso no interior da pasta para reagir com o C3A e assim evitar a formação da etringita 2ª.

Resistência química: C2S e C4AF maior contribuição para resistência química. C3S maior contribuição para a tensão de rotura. C3A é indesejável, de fabrico económico e fundamental para atingir a fase líquida da cozedura do clínquer. Finura do cimento: > finura  > caro  > resistência inicial  > calor de hidratação  > gesso; > retacção; > fendilhação; < exsudação; o cimento deteriora-se mais.

TIPOS DE CIMENTOS CEM I CEM II CEM III CEM IV CEM V

Cimento Portland Cimento Portland Composto Cimento de Alto-forno Cimento Pozolânico Cimento Composto

100%clinquer 65% clinquer clinquer+35-95% escórias de alto forno 45%clinquer+55%silica de fumo,pozolana 20%clinquer+18%escorias+pozolana

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CIMENTO – ENSAIOS Determinação da consistência normal

Determinação do início e fim de presa - Aparelho de Vicat

: Para determinar o inicio de

presa, deixa-se cair a agulha em tempos espaçados de uns 10 min até obter X=4+1 mm . Para determinar o fim de presa, inverte-se o molde e deixa-se cair a agulha em tempos de 30 min até obter uma penetração de 0,5 mm.

Determinação da expansibilidade – Aparelho de Le Chatelier: Enchem-se os dois moldes e tampam-se com placas de vidro, ficam durante 24h a uma temperatura de 20ºC, medir o afastamento A, aquecer em banho-maria até ferver a água em 30 min e manter a ebulição durante umas 3horas. Medir o afastamento B, deixar arrefecer até 20ºC, medir o afastamento em C. A expansibilidade resulta da medida C-A. (inferior a 10mm) Determinação da resistência mecânica – Juntou-se na misturadora, enchem-se os moldes dá-se 60 pancadas, completa-se o enchimento dos moldes, mais 60 pancadas. Alisa-se a argamassa no molde . Cobrem-se os moldes com vidro, colocam-se durante 24h a T=20ºC. desmoldam-se e colocam-se imersos em água a 20ºC, ensaiam-se durante 28 dias a uma T=20ºC. Ensaio à flexão: Aplicam-se forças gradualmente de 50 ± 10 N/s até à rotura e regista-se a força de rotura . Ensaio à compressão: Aplicam-se forças gradualmente a 2400 ± 200 N/s até à rotura e

regista-se a força de rotura

.

CIMENTO ESPECIAIS Cimento Supersulfatado – Elevada resistência à água do mar, elevada resistência em ambientes com altas concentrações de sulfatos, resistente a ácidos carboníferos e óleos, baixo calor de hidratação. 80-85% de escórias de alto forno + 10-15% sulfato de cálcio + 5% clínquer de cimento Portland Cimento Aluminoso – Elevada resistência aos sulfatos, custo elevado de fabricação. 40% alumina + 40% óxido de calcário + 15% de óxido de ferro + 5% de sílica

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4.1. EXERCICIOS 1- Explique o que são grappiers e como são obtidos? 2- Considere que lhe foi dado um cimento novo para estudar e que tem de determinar o início e o fim de presa. Explique detalhadamente como se determinam. 3- Para o fabrico do actual cimento Portland é necessário que ao clinquer seja adicionado uma determinada quantidade de gesso. a) Diga porque é que temos de adicionar gesso ao clinquer? b) Porque é que a quantidade de gesso que é adicionada ao clinquer, é restringida a 4%? 4- Quais são as fases de formação do cimento e quais as características de cada uma delas? 5- Explique como é formada a etringite 1ª e a etringite 2ª? 6- Como é obtido o clinquer? Quais os compostos químicos presentes no clinquer? Quais são os responsáveis nas primeiras semanas? E em idades mais avançadas? Qual o composto responsável por um rápido endurecimento e problemas de presa precoce da pasta de cimento? 7- Como pode ser determinada a finura do cimento? Qual a sua influência no desempenho do cimento? 8- O que é a exsudação? 9- Como os sulfatos podem determinar o cimento? 10- Quais as vantagens e desvantagens de usar um cimento aluminoso? 11- Quais são os dois materiais necessários, para o fabrico de cimento? 12- Explique o processo de fabrico de um cimento? 13- A determinação do módulo silício serve para o quê? Que outros módulos existem. 14- O clinquer deve ser arrefecido lenta ou rapidamente? Justifique. 15- Explique que equipamento usaria para a determinação do inicio e fim da presa, assim como, o procedimento para a realização de cada um dos ensaios. 16- A fase sólida é uma das fases de estrutura da pasta de cimento, constituída por componentes principais cujas percentagens variam em função das matérias e processo de fabrico. Quais são esses componentes, ordem de grandeza da fase sólida de uma pasta de cimento (%) e quais os principais efeitos na tensão de rotura e no calor de hidratação do cimento. 17- Quando se junta agua ao cimento começa o processo de hidratação, explique detalhadamente em que consiste esse processo? 18- Quais as diferenças que existem, em termos de matéria-prima entre o gesso, a cal aérea, a cal hidráulica e o cimento natural?

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5. PLÁSTICOS

O

seu principal material é o hidrocarboneto (composto químico constituído por carbono e hidrogénio). Podem ser:

PARAFÍNICOS (CnH2n+2 – São acíclicos e saturados e relativamente inertes) OLEFÍNICOS (CnH2n/CnH2n-2 – são compostos insaturados) AROMÁTICOS ( ex: benzeno)

DEFINIÇÃO: Polímeros - têm como base o Petróleo bruto (mistura complexa de hidrocarbonetos e impurezas) que dependendo do processo de transformação e tratamento originam uma grande variedade de matérias-primas para fabrico de polímeros. São constituídos por nanómetros que encadeados entre si formam macromoléculas.

TIPOS DE POLIMEROS: Polímeros lineares Polímeros ramificados Polímeros tridimensionais Polímeros trifuncionais CLASSIFICAÇÃO DOS POLÍMEROS: Termoplásticos: são cadeias lineares ou ramificadas mas não estão ligadas transversamente entre si, aquando do aumento da temperatura, elas movem-se umas em relação às outras, fundem e amolecem. Ex. Policloreto de Vinilo, Poliesterino, Polietieno. Termoendurecíveis: São polímeros que possuem estrutura molecular tridimensional, aquando a aplicação do calor, a rede não funde, mas fica destruída. Ex. Poliuretanos, Poliésteres endurecíveis.

Tg – temperatura de transição vitrosa, definida como a temperatura acima da qual um polímero (plástico) se torna mole e dúctil e abaixo do qual se torna rígido e quebradiço.

Temperaturas de transição vitrosa de alguns plásticos: Polietileno: -120ºC Polibutadieno: -80ºC Poliisupreno: -73ºC Poliamidas: +60ºC Poliecloreto de vinilo: +87ºC

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PROCESSOS DE MOLDAÇÃO DOS POLIMEROS: TERMOENDURECIVEIS: Compressão – comprimidos em moldes metálicos aquecidos. Transferência TERMOPLÁSTICOS: Extrusão – deslocado para 1 abertura e a forma define a secção transversal. Injecção – fundido e penetra no molde. Insuflação – submetido a uma pressão interior de ar quente e vapor que comprime o material, por acção de uma pressão contra a parede do molde. Calandragem – passam através de uma serie de cilindros aquecidos, provocando um estreitamento.

TECNICAS DE UNIÃO: Peças acessórias Colagem Soldadura

PRINCIPAIS ADITIVOS: Antioxidantes Corantes Plastificantes Estabilizadores. Redutores de inflamabilidade Absorventes de radiação ultra-violeta Cargas e inertes

OUTROS PLASTICOS: Plásticos reforçados com fibras Plásticos celulares Revestimentos plásticos de piso Geosintéticos: Geotexteis (naturais: algodão, lã, linho; sintéticos: fibras sintéticas) Geomembranas (função: barreira de fluidos, protecção) Geogrelhas (função: reforço) Geopolímeros

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5.1. EXERCICIOS 1- Os polímeros encontram-se classificados por diferentes tipos. a) Diga como se classificam os polímeros? b) Quais são as principais diferenças entre os polímeros enunciados na alínea anterior? c) O processamento dos polímeros varia em função da sua classificação. Dê dois exemplos para cada um deles? d) Refira dois exemplos para cada tipo de polímeros? 2- Os poliésteres insaturados e o polietileno fazem parte de que tipos de polímeros? Justifique.

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6. MADEIRAS

É

um material que pode ser danificado pelo sol e chuva. O seu crescimento depende de factores externos. Crescimento Rápido: - menor densidade - menor resistência mecânica - menor retracção - maior permeabilidade - maior rapidez de secagem Usado para: mobiliário, embalagens, carpintarias de limpos.

Crescimento Lento: - maior densidade -maior resistência mecânica - maior retracção - menor permeabilidade - menor rapidez de secagem Usado para: elementos estruturais

DEFINIÇÕES:

Casca – Conjunto de tecidos que envolvem o câmbio vascular Ritidoma – Conjunto de tecidos mortos da parte externa da casca Entrecasca – parte interna na casca Câmbio Vascular – assentada geradora de células Lenho – conjunto de tecidos envolvidos pelo câmbio vascular Borne – parte externa do lenho (entre o cambio vascular e o cerne Cerne – parte interna do lenho Medula – núcleo do lenho Humidade – é uma propriedade o comportamento do material durante as fases de laboração, secagem e preservação e ainda influi nas características de resistência mecânica dos elementos estruturais e da durabilidade. A quantidade máxima que uma dada madeira pode conter no estado verde, depende da quantidade de células lenhosas presentes na unidade de volume dessa madeira, ou seja a sua massa específica. Uma madeira considera-se seca se contiver uma humidade de 18 a 20% de humidade. Em Portugal: No inverno (15 a 18%) 31 | P á g i n a


No verão (12 a 15%) Retracções – quando a humidade desce abaixo da saturação de fibras (22 a 30%),as paredes das células lenhosas começam a diminuir de espessura por perdas de água. Densidade – quanto maior for, maior a dificuldade na laboração e secagem, maior resistência mecânica, maiores retracções, maior durabilidade e menor permeabilidade. Resistência mecânica – está relacionada com a humidade, quando mais seca, maiores são as suas tensões. Anisotropia – característica que uma substancia possue em que uma certa propriedade física varia com a direcção. A madeira é um material anisotrópico com as suas propriedades mecânicas a dependerem da disposição das suas fibras. A madeira expande-se ou retrai-se de forma diferente às variações de humidade no ambiente, consoante os sentidos das suas fibras. DEFEITOS: Ardido – ataque dos fungos Cardido – ataque dos fungos Nós – influência na resistência mecânica Ataque de fungos de podridão e térmitas – degradam a estrutura da madeira e faz com que esta perca resistência. Térmitas (húmido) – cura é complexa, desinfestação total Insectos Caruncho (seco) PROTECÇÃO E CONSERVAÇÃO: Preventiva – antes da colocação em obra. Implementação em obra: - arrancar arvores, raízes e remover matéria orgânica. Técnicas de construção: - evitar o contacto com solo, deixar espaços para vigilância. Selecção da madeira: - madeiras com boas características mecânica e tratamento preservador. Curativa- depois de colocada em obra. Protecção superficial (pincelagem, pulverização) Protecção média (imersão prolongada, imersão banhos quentes e frios, autoclave) Protecção profunda (autoclave) DERIVADOS DE MADEIRA: Aglomerados de fibras (MDF e Platex) - material triturado - aquecido em autoclave - colocados em moldes - comprimidos até atingir espessura desejada - introduzidos em prensa hidráulica, submetidos a uma temperatura 120ºC, a uma tensão de 120Kg/m durante 7min. Aglomerados de partículas (tabopan) - partículas após secagem são aglomerados com cola e depositados em moldes 32 | P á g i n a


- comprimidos a uma temperatura de 90ºC Contraplacados - são usados toros de diâmetro de 12 mm - são formados por numero impar de folhas, e colocadas umas sobre as outras sob forte pressão - as espessuras rondam 0,4 a 3 mm - tema as mesmas características que a madeira, em relação à elasticidade e ao peso. E maior resistência e homogeneidade. Lamelados (Painel constituído por réguas de madeira maciça de baixa densidade) - maior estabilidade ao fogo e a elementos agressivos - consegue-se controlar os defeitos da madeira - mais barato - maior variedade de formas - fácil execução - vence maiores vãos Cortiça (usa-se para isolamento térmico, acústico, e pavimentos) Aglomerado negro Aglomerado branco ou composto

UTILIZAÇÃO DOS DERIVADOS: - Cofragens - Vigas - Pilares - Estruturas de madeira - Mobiliário

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6.1. EXERCICIOS 1- As características que as madeiras apresentam na altura do seu corte e quando vão ser aplicadas como material de construção, são diferentes. Diga qual é a característica mais afectada explicando o que ocorre e diga também, em que medida o tipo de madeira pode influir? 2- Defina anisotropia e diga quais as implicações desta propriedade no produto final a obter? 3- Imagine que tinha duas peças com a mesma secção, uma de lamelados colados e a outra de madeira de pinho para serem usadas como elemento estrutural. Por qual das duas optaria, justifique bem a sua resposta. 4- Considere que uma determinada madeira tem uma retracção radial e tangencial de 0,5%, é possível determinar a retracção axial? Justifique. 5- Imagina que verifica que na construção em que se encontra existem vigas de madeira com ataques de insectos xilófagos. O que faria perante essa situação. Justifique a sua resposta. 6- Descrevas as principais diferenças no processo de fabrico dos aglomerados de fibras, de partículas e contraplacados.

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7. TINTAS E VERNIZES

T

inta é uma composição pigmentada líquida, pastosa ou sólida que, quando aplicada em camada fina sobre uma superfície é convertível ao fim de um certo tempo numa película sólida e opaca.

V

erniz é uma composição não pigmentada líquida, pastosa ou sólida, que quando aplicada em camada fina sobre superfície apropriada, é convertível numa pelicula sólida, contínua, transparente ou translucida e mais ou menos dura. CONSTITUINTES DAS TINTAS: Pigmentos – podem ser naturais ou sintéticos, sendo os naturais obtidos a partir de moagem e peneiração de terra, óxidos metálicos. Cargas – são corantes, introduzidos para baixar os custos de fabrico. Facilitam a aplicação, melhoram a qualidade da tinta, durabilidade e conferem propriedades isolantes, resistência ao fogo, antiderrapante. Podem ser naturais ou artificiais. Exs:. Mica, talco, carbonato de cálcio. Ligantes (veiculo fixo) – são responsáveis pela formação da filmagem que garante a continuidade do revestimento e podem ser: - Convertíveis – convertem em polímeros por reacções de solventes, após a aplicação no suporte (ex: resinas epoxídicas, silicone, alquidicas e aminicas) - Não convertíveis – os polímeros encontram-se dispersos em solução num meio que evapora após aplicação (ex: resinas celulósicas, borracha clorada, resinas venilicas e acrílicas) (Veiculo volátil) – a função é a de dissolver o ligante e modificar a viscosidade da tinta bem como o tempo de secagem (ex: água, aguarrás, acetona) CLASSIFICAÇÃO DAS TINTAS E VERNIZES: Primárias: Primárias alquidicas – protecção anticorrisiva de metais ferrosos e não ferrosos. Primárias anti-alcalinas – aplicação em paredes interiores e exteriores revestidas com reboco. Serve para manter a alcalinidade das paredes. Subcapas: Para aplicação em madeira. Acabamento: Massas Plasticas – Interior – Reboco normal ou betão. Tintas Plásticas – Exterior e Interior – Reboco tradicional de argamassa, madeira e aço. Tintas texturadas (areia) – Exterior e Interior – Reboco. Esmalte – Interior e Exterior – Com brilhos e lacagens. Verniz Satinado – Interior – Acabamento de superfície de madeira. Verniz claro – Interior e Exterior – Acabamento em superfície de madeira.

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7.1. EXERCICIOS 1- As tintas têm vários constituintes, sendo um deles o ligante. Um exemplo de ligante é o veículo fixo, diga em que consiste? 2- No fabrico de tintas são usadas cargas, diga o que são e para que servem?

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8. MATERIAIS CERÂMICOS

O

s materiais cerâmicos são inorgânicos, formados por elementos metálicos ou não

metálicos, ligados entre si por ligações iónicas ou covalentes. Matérias-primas: gnaisses, micaxisto, feldspatos alterados, argila e água.

PRINCIPAIS PROPRIEDADES: - Cristalinos - elevada dureza, refractariedade, resistência química e fragilidade - elevada relação resistência/densidade e módulo de elasticidade/densidade - baixo coeficiente de dilatação térmica - boas propriedades isolantes, térmicas e eléctricas CLASSIFICAÇÃO: Por Cozedura Com fusão da fase vítrea - tijolos, faianças, grés e porcelanas - ligantes hidráulicos: cais, cimento - cerâmicas refractários e não refractários Sem fusão da fase vítrea - óxidos cerâmicos puros - refractários d carbono e grafite Por fusão - vidros - esmaltes - fibras cerâmicas

COZEDURA DA CAULINITE (o componente é a argila, um composto de alumina e sílica hidratada) 2SiO2.Al2O3.2H2O=S2AH2 200ºC – desidratação parcial 600ºC – desidratação total Originando o metacaulino 2SiO2.Al2O3=AS2 650ºC – dissociação da sílica/alumina Retracção de cozedura 850-950ºC – trimita (4SiO2) e a mulite (2SiO3.3A2O3) 1200-1500ºC – Fusão  Vitrificação

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PROCESSO DE FABRICO: - Preparação das Pastas Extrai-se a argila, apodrece-se ao ar, depois ocorre o destorroamento por britagem ou moagem com adição de água, podem ser: - amassadura muito seca – produtos refractários - amassadura húmida – grão e barro vermelho - amassadura muito húmida – faiança - Moldação Via manual Via mecânica, feita com prensagem, usam-se moldes de madeira, aço, gesso(para absorver excesso de humidade). - Secagem e Cozedura Secagem ao ar livre (1 semana) ou processo artificial Cozedura, em: Forno Hoffman é constituído por 12 câmaras e uma fornalha Forno de túnel o produto progredi no túnel, aquece progressivamente até à zona central e depois que vai saindo do túnel vai arrefecendo.

PRODUTOS: Produtos Porosos – macios e riscam-se facilmente, cheiram a barro, não há vitrificação. Ex:. telhas e tijolos, produtos refractários. Produtos não porosos – não são facilmente riscados. Ex:. grés cerâmico e porcelanas. TIJOLOS Composto por 2 partes de areia siliciosa, 1 parte de caulinite, e em minoria saibros, calcários e óxidos de ferro. Existem dois tipos de tijolo: - maciço (paredes resistentes) - furado (paredes divisórias) Características fundamentais: - resistência à compressão, - homogeneidade de cor, - homogeneidade de som percutido, - teor de sais dissolvidos, - ausência de cal viva EN 772 – Especificação para unidades de alvenaria TELHAS Composto por 2 partes de areia siliciosa, 1 parte de caulinite, e em minoria saibros, calcários e óxidos de ferro. Existem vários tipos de telha: - marselha (exige 2 apoios em ripa de madeira para a sua colocação) 38 | P á g i n a


- lusa - canudo (exige uma viga de madeira) Características fundamentais: - resistência à flexão, - homogeneidade de cor, - homogeneidade de som percutido, - gelividade, - impermeabilidade, - ausência de cal viva EN 1304-2005 – Telhas cerâmicas e acessórios – definições e especificações dos produtos e métodos de ensaio NP EN 1204 – Características NP EN 558 – Resistência à flexão NP EN 559-1 – Impermeabilidade NP EN 559-2 – Resistência ao fogo Gelividade – capacidade de um material não fracturar com a variação da temperatura. Este fenómeno é importante em climas frios ou onde exista grande amplitude térmica.

LOIÇAS CERÂMICAS (matéria prima é a argila rica em caulinite, prensada, seca e moldada, e cozida a altas temperaturas)

LADRILHOS OU MOSAICOS (vidrado antes de cozido) (matéria-prima é composta por argila rica em caulinite, branca sem óxido de ferro) AZULEJOS (vidrado depois de cozido) Processo de fabrico: - misturam-se as matérias-primas, - corta-se e molda-se, - 1ª cozedura a uma temperatura 1020ºC, obtem-se chacota, - vidragem manual, - pintura manual, - 2ª cozedura a 980ºC. Vitrificação – esta fase serve como um meio de reacção, através do qual a difusão se pode realizar a uma temperatura mais baixa do que no resto do material cerâmico. Durante a cozedura deste tipo de materiais cerâmicos ocorre um processo denominado vitrificação, no qual a fase vítrea se liquefaz e preenche os poros de material. Esta fase pode também reagir com algum material refractário que se encontra no estado solido. Durante o arrefecimento, a fase líquida solidifica, dando origem à matriz vítrea que liga entre si as partículas não fundidas.

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8.1. EXERCICIOS 1- Quando se fabricam produtos cerâmicos, em todos eles existe a formação de uma fase vítrea? Em que consiste a formação desta fase vítrea? Dê dois exemplos para cada situação considerada? 2- Quais são os três principais constituintes das loiças cerâmicas? 3- Imagine que se encontra numa determinada obra e acaba de receber lotes de tijolos e telhas de barro vermelho. a. Quais as principais características a observar numa inspecção visual? b. Se tivesse de exigir alguns ensaios para avaliar as suas características fundamentais, quais exigiria?

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9. PEDRAS NATURAIS

A

s pedras são extraídas das respectivas formações geológicas, as pedreiras. A extracção pode ser: - A céu aberto - fazem-se sondagens para avaliar a profundidade dos estratos, - removem-se os terrenos da cobertura, - abertura de acessos e extracção, - preparação do parque de armazenamento, - desbaste dos blocos, - transporte dos resíduos estéreis e tapagem. - Subterrânea - maciço a pouca profundidade -maciço de grande profundidade (é feita por poços) Comparação: Os custos são mais baixos se o processo escolhido for a céu aberto. Desmonte de blocos de pedreira: - Processo manual - Meios explosivos CLASSIFICAÇÃO: - Ígneas ou eruptivas – duras e compactas, homogéneas e isotrópicas. - Sedimentares – estratificadas, dispostas em camadas, anisotrópicas (ex. grés, gesso, argila) - Metamorficas – originadas devido à acção de elevadas temperaturas e grandes pressões, anisotrópicas (ex. mármores, gneisses) ANISOTROPIA – as propriedades mecânicas variam segundo as diferentes direcções, nomeadamente segundo planos de estratificação. Vai verificar-se uma acentuada variação entre os módulos de elasticidade e tensões de rotura.

CARACTERISTICAS FISICAS - Aderência aos ligantes – depende da pedra e do ligante, tem interesse para a pedra fragmentada para o uso em agregados para betão, pavimentação. - Densidade e Compacidade – Compacidade é a relação entre a densidade absoluta com a densidade aparente. - Dureza – quantifica a resistência mecânica das pedras a acções de compressão pontuais, usando a escala de Mohs. - Estrutura e Textura – Estrutura diz respeito às dimensões, arranjos e forma dos materiais, com matéria vítrea ou não. Textura refere-se ao sistema mais ou menos ordenado, formado pelas diáclases e juntas do maciço rochoso. - Fractura – aspecto superficial de rotura da pedra obtida por percussão. 41 | P á g i n a


- Gelividade – característica que uma pedra apresenta para se fragmentar por acção duma descida de temperatura. Este fenómeno é importante em climas frios ou com amplitudes térmicas grandes. Uma pedra nestas condições será porosa, absorve água e não resiste ao acréscimo do volume devido à congelação. - Higroscopia – faculdade que as pedras têm de absorver água por sucção capilar, Depende da tensão superficial do liquido e da possibilidade de molhagem das paredes do material pelo liquido. - Homogeneidade – característica muito desejada - Porosidade – é a relação entre o volume máximo possível de água absorvida e o volume total, ou seja o grau de saturação dos poros de pedra. - Permeabilidade – propriedade que os materiais têm de se deixar atravessar por um fluído, dependendo da porosidade do material, de comunicação entre os seus poros e dos diâmetros destes. CARACTERISTICAS MECANICAS - Resistência à compressão – é uma característica importante quando aplicada em obra públicas, túneis, portos e viadutos (sujeitos a altas tensão) - Resistência à tração, flexão e corte – a resistência à tracção é pequena em pedras - Resistência ao desgaste – Interesse em pedras usadas em pavimento, locais de circulação intensa. CARACTERISTICAS QUIMICAS - Alteração das pedras calcárias - Agentes químicos da atmosfera - CaCO3+H2O+CO2 Ca(CO3H)2. O CO2 arrastado pela água das chuvas irá penetrar nas pedras. Nos calcários, a dissolução do carbonato de cálcio dá origem a uma solução instável de bicarbonato de cálcio. Provocando a degradação superficial da pedra. - SO2 + H2O H2SO3 O dióxido de enxofre resulta da combustão dos compostos sulfurosos presentes nos combustíveis que combinados com a água da chuva origina ácido sulfuroso. - SO3 + H2O H2SO4 O dióxido de enxofre presente no ar poluído pode também reagir com oxigénio do ar transformando-se em trióxido de enxofre (SO3) que ao reagir com a água origina o ácido sulfúrico. - Agentes químicos de materiais ou do solo São sais solúveis (sulfatos, cloretos, nitratos) que ao ser arrastados para a pedra irão cristalizar quando a água evaporar, surgem eflorescência (superfície) e criptoflorescência (interior) - Agentes químico-biológicos Alterações provocadas pela acção do homem e de animais que se manifestam pela corrosão química de depósitos de dejectos (pássaros, pombos)

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- Alteração dos feldspatos Este tipo de pedras (granitos, basaltos), são constituídos por silicatos de alumínio. Aquando a acção das chuvas, a solução gás carbónico, e silicatos anidros associados hidratam-se e separam-se.

CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DAS PEDRAS Tendo em conta as aplicações das pedras, devem satisfazer exigências de resistências mecânica e de ornamentação. CLASSIFICAÇÃO UPEC PARA REVESTIMENTO DE PISO U – Uso no sentido mais genérico, provocado pela circulação dos utentes, P – punçoamento (cargas mais concentradas), E – comportamento sob a acção da água ou da humidade, C – actuação dos agentes químicos. FACTORES A CONSIDERAR NA UTILIZAÇÃO DAS PEDRAS: Soleiras, degraus, lajes: - Gelividade - Resistência ao choque - Resistência ao desgaste Revestimento do interior da parede: - Possibilidade de acabamento - Resistência ao choque Revestimento interior do piso: - Resistência ao choque - Resistência ao desgaste - Possibilidade de acabamento

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9.1. EXERCICIOS 1- A reacção abaixo é devida a alteração de um determinado tipo de rochas, descreva esse mecanismo de alteração e diga qual o tipo de rochas em que se verifica esse efeito? CaCO3+H2O+CO2-->Ca(CO3H)2 2- Diga qual é o componente indicado, como se forma e para que serve? 2SiO2.Al2O3 3- Diga o que entende por higroscopicidade, gelividade e compacidade? 4- As pedras e as rochas quando sujeitas à intempérie podem sofrer algumas degradações, diga quais e explique-as detalhadamente? 5- Considere as seguintes rochas. Qual se aplica para pavimento exterior? Rocha A Rocha B 2 Res. à compressão (Kg/cm ) 800 1300 Res. à compressão apos gelividade 1200 1400 Res à flexão 100 100 3 Massa volúmica aparente (Kg/cm ) 2500 2600 Absorção de água (%) 1,73 0,16 Porosidade aparente (%) 4,44 0,44 Res. ao desgate (mm) 1,2 4,2 Res. ao choque (cm) 40 55,6

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10. ADIÇÕES

A

adição é um material inorgânico, finamente dividido, que pode ser adicionado ao

betão (durante a amassadura) com a finalidade de melhorar certas propriedades ou adquirir propriedades especiais que não possua. Existem dois tipos de adições:  

Tipo I: são adições quase inertes, exemplos: filer calcário. Tipo II: são adições hidráulicas latentes, exemplos: pozolanas, cinzas volantes, sílica de fumo.

Adições do Tipo I O filer calcário é um material proveniente da rocha calcaria, com teor de carbonato de calcário muito elevado, cerca de 75%, e é finamente moído por moagem. Normalmente o fíler calcário apresenta uma finura superior à finura dos cimentos correntes. Não tem propriedades ligantes, e por isso deve ser devidamente formulado na mistura para conferir maior coesão à mistura no estado fresco e maior impermeabilidade à água no estado endurecido. Tem também uma função de aumento de volume da pasta nas misturas, sendo útil para aumentar a coesão da pasta em betão mais fluído. Os fileres calcários podem melhorar a hidratação do cimento Portland na medida em que funcionam como centros de nucleação das reacções.

Adições do Tipo II Um material com propriedades hidráulicas latentes é um material que permite a formação de silicatos e aluminatos de cálcio hidratados, isto é, são verdadeiros cimentos, mas reagem com lentidão quando usados isoladamente, portanto não têm aplicação pratica. A activação é feita, quando e junta soda, cal, silicato de sódio ou cimento Portland, pois o pH sobe para um valor de 12, activando as reacções de hidratação das escórias. A hidratação do cimento produz uma grande quantidade de hidróxido de cálcio. Podem ser: Escórias de alto forno; é um subproduto do fabrico de ferro fundido, constituído por cal, sílica e alumina, que se encontram no estado vítreo.. É um material que é obtido pela combinação de ganga dos minérios dos metais com fundentes e cinzas de carvão, que quando arrefecidos bruscamente e finamente moídos adquirem propriedades ligantes.

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Pozolanas; são produtos naturais ou artificiais constituídos por sílica e alumina. Apesar de não terem propriedades aglomerantes e hidráulicas (por si só), contêm constituintes que se combinam na presença de água e a temperaturas normais, com o hidróxido de cálcio para formarem produtos resistentes como os C-S-H (silicatos hidratados de cálcio). As vantagens de usar o cimento Pozolânico são que estes têm baixo calor de hidratação e permite refinar a estrutura porosa por consumo do hidróxido de cálcio proveniente da hidratação do clínquer.

Cinzas volantes; é um resíduo da queima do carvão que é arrastado nos gases de combustão das centrais térmicas. Em Portugal é obtido nas centrais térmicas de Sines e Pego. Existem dois tipos de cinzas volantes, a Cinza volante siliciosa que é constituída essencialmente por sílica e alumina com baixo teor de oxido de calcário reactivo (<10%). E a Cinza volante calcaria que é constituída por sílica, alumina e com um elevado teor de oxido de calcário reactivo(>10%)

Silica de fumo; é um subproduto da preparação do silício ou de ligas de silício, especialmente ferro-silicio. Provem da redução do quartzo de elevada pureza com carvão em fornos de arco eléctrico (T=2000ºC) Não deve ser usada em % elevada em relação à quantidade de cimento pois pode produzir microfissuração a longo prazo. Segundo a NP EN 197-1 a quantidade está limitada em 10%. A sílica de forno reage muito rapidamente com o Ca(OH)2 para formar C-S-H. Só é usada em Betões de Alto desempenho .

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11. ADJUVANTES

O

uso de adjuvantes é tão antiga como o próprio cimento ou dos ligantes

hidráulicos. Já os romanos usavam no betão de pozolana, sangue, clara de ovo, banha e leite como adjuvantes para melhorar a trabalhabilidade dos betões. Actualmente sabe-se que os mesmos provocam a introdução de ar, sob a forma de bolhas, o que pode ter contribuído para aumentar a duração do betão romano. O adjuvante é uma substância usada em % inferior a 5% da massa do cimento, adicionada durante a amassadura, as componentes normais das argamassas e betões, com o fim de modificar certas propriedades destes materiais, quer no estado fluido quer no estado sólido, quer na passagem de um para outro. Esta definição não engloba as substâncias minerais moídas que se juntam ao betão, como pozolanas ou escórias que são adicionadas em proporções muito maiores que 5% para actuarem nas propriedades do cimento Portland.

              

  

Principais características, que se pretendem alcançar, com o uso de adjuvantes: Melhorar a trabalhabilidade Acelerar a presa Retardar a presa Acelerar o endurecimento nas primeiras idades Aumentar as tensões de rotura nos primeiros meses Aumentar a resistência aos ciclos de congelação/descongelação Diminuir a permeabilidade aos líquidos Impedir a segregação e a sedimentação do cimento nas caldas de injecção Criar uma ligeira expansão no cimento, para ancoragens do pré-esforço Aumentar a aderência ao agregado e aos betões endurecidos Produzir betões coloridos Produzir betão celular (leve) Produzir propriedades fungicidas, germicidas e insecticidas Ajudar a bombear betões pobres Inibir a corrosão das armaduras

Classificação dos Adjuvantes (NP EN 934-2): Reologia (viscosidade, estudo dos materiais com características de sólidos e fluidos) das argamassas e betões frescos Teor de água das argamassas e betões Presa e endurecimento 47 | P á g i n a


    

Expansão Resistência a acções biológicas Resistência a acções físicas Resistência a acções químicas Cor

Produtos tenso-activos Os adjuvantes redutores de água de amassadura (plastificantes) e os agentes introdutores de ar pertencem a uma categoria de substâncias designadas por tensio-activos. 

       

Substâncias tensio-activas Possuem propriedades físico-quimicas de modificarem a tensão superficial do dissolvente (água). As suas moléculas apresentam-se alongadas e têm uma parte hidrofila e outra hidrófoba. A extremidade hidrófila é formada geralmente por grupos hidroxicarboxílicos. A parte hidrófoba não é molhada pela água e tende a sair do contacto, e a parte que é ionizável fica em contacto com a água.

Tipos de Adjuvantes Adjuvante redutor de água/ plastificante Adjuvante redutor de água de alta gama/ superplastificante Adjuvante redutor de ar Adjuvante introdutor de água Adjuvante acelerador de presa Adjuvante acelerador de endurecimento Adjuvante retardador de presa Adjuvante hidrófugo (que preserva a humidade)

Redutores de água de amassadura Estas substâncias são designadas por plastificantes ou redutores da água de amassadura. Estes produtos permitem diminuir a água de amassadura, mantendo a trabalhabilidade desejada. 48 | P á g i n a


Introdutores de ar Estes produtos resultam da mistura de diversos surfactantes aniônicos e não iônicos que apresentam uma elevada capacidade de redução da tensão superficial da água e consequente incorporação de micro-bolhas de ar que funcionam como redutoras de atrito.

Estrutura típica de incorporador de ar

Bolhas de ar e efeito "lubrificante"

Vantagens: Originam maiores resistências mecânicas devido ao maior grau de compacidade alcançado e um melhor acabamento. São usados na fabricação de blocos de alvenaria, para pavimentos.

Superplatisficante São produtos de nova geração, com polímeros.

Estes produtos apresentam um mecanismo duplo de acção dispersante, dervido tanto da repulsão eletrostática devida às cargas negativas existentes nos grupos carboxilatos ao longo da cadeia de polimetilmetacrilato quanto da estabilização estérica, resultante dos grupos hidrofílicos laterais.

Mecanismo de repulsão eletrostática

Repulsão eletrostática e estérica dos PCXs

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Representação esquemática do mecanismo de repulsão dos policarboxilatos Esta combinação de efeitos resulta em um elevadíssimo poder dispersante sobre as partículas de cimento, possibilitando a obtenção de betões de alta resistência ou de betões Autocompactáveis.

   

Principal finalidade Aumentar a tensão de rotura Reduzir a dosagem de cimento, sem alterar a tensão de rotura nem a trabalhabilidade Aumentar a trabalhabilidade, mantendo as dosagens de água e cimento Diminuir a permeabilidade

Sem plastificantes: partículas de cimento aglomerado pelas tensões capilares devidas à presença de ar e água.

Com plastificantes: absorção do plastificante por parte das partículas de cimento expulsando ar.

Todo o dispersante do cimento que permita a redução na água de amassadura de pelo menos 5% sem alterar a trabalhabilidade é um redutor de água de amassadura. Os redutores vulgares permitem reduzir a água de 10 a 15% aumentando a tensão de rotura de 10 a 20%, a 28 dias. Mas esses redutores por serem absorvidas

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selectivamente pelos compostos do cimento, têm o efeito secundário de retardar a presa e introduzir ar. Os bons redutores de água de amassadura devem permitir retirar entre 5 a 15% de água mantendo a trabalhabilidade constante. As tensões de rotura a 24h e 3 dias poderão ser um pouco mais baixos mas a 28 dias, devem ser 10 a 20% mais elevadas.

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12. ÁGUA

Á

gua da torneira é adequada para o fabrico do betão, por ser potável.

Água salgada pode causar problemas nas armaduras. Água que contenha sais, ácidos, óleos, açúcar e matéria orgânica pode causar problemas no betão Alguns tipos de água podem também causar descoloração do betão NP EN 1008:2003 - Água de amassadura para betão. LNEC E372:1993 - Água de amassadura para betão - características e verificação da conformidade.

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13. AGREGADOS

A

gregados são um material granular adequado para a utilização no betão, podendo

ser natural, artificial ou reciclado. Os agregados devem ter uma forma e dimensão proporcional, resistência às forças, adequadas propriedades térmicas e adequadas propriedades químicas relativas ao ligante e às ações exteriores e devem estar isentos de substâncias prejudiciais. Tipos de Agregados:  Naturais (areias, britas, godos)  Reciclados (resultam da trituração do betão endurecido)  Artificiais (argila e xisto expandido - resultam do aquecimento de determinadas rochas; escórias de alto forno - obtido pela combinação da ganga dos minérios de metais com fundentes e cinzas de carvão; cinzas volantes - resíduos que resultam da queima do carvão e são arrastados pelos gases de combustão das centrais térmicas)

Minerais indesejáveis que existem em algumas rochas:  sulfuretos, gesso, anidrite,  óxidos de ferro,  minerais argilosos.

Classificação segundo a densidade:  Leve (massa volúmica < 2000 kg/m3)  Normal (2000 < massa volúmica < 3000kg/m3)  Pesado (massa volúmica > 3000kg/m3)

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Classificação segundo a baridade:  Ultra leve (baridade < 300kg/m3); ex:. poliesterino expandido, perlite expandido, vidro expandido. --> aplica-se no betão, com a função de isolamento térmico.  Leve (300 < baridade < 1200kg/m3); ex:. argila expandida, xisto expandido, escórias de alto forno expandido, cinzas volantes. --> com função de isolamento térmico, resistência, diminuição do peso próprio.  Denso (1200 < baridade < 1600kg/m3); ex:. areia, godo e rocha britada. --> com função de resistência.  Extradenso (baridade > 1700kg/m3); ex:. limonite, magnetite, barite. --> com função de proteção contra as radiações atómicas e com funções resistentes.

Baridade representa o peso de uma unidade de volume aparente do material, volume que engloba o volume das particulas e o espaço entre elas.

Ensaios dos agregados:  Granulometria  Equivalente de areia  Índice de angularidade  Ensaio de cubicidade

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14. BETÕES

O

consumo de betão em todo o mundo ronda os 12 biliões de toneladas/ano. A

habilidade do betão a resistir à água sem grande deterioração é extraordinária para controlar, armazenar e transportar água. Podem fabricar-se todos os tipos de feitios e tamanhos, isto acontece porque a consistência do betão frescos é muito plástica, o que permite que seja colocada facilmente em cofragens. Normalmente é o material mais barato e mais disponível. No que diz respeito à manutenção, o betão não apresenta corrosão, não precisa de tratamentos de superfície (acabamento) apresenta boa resistência ao fogo, esta aumenta com o tempo. O betão praticamente não requer manutenção, e de um modo geral não apresenta grandes problemas de fadiga.

Constituintes de Betão: Ligante hidráulico (cimento) – produtos de hidratação são estáveis debaixo de água Agregados (fino e grosso) – material granular, como areia e brita Água – responsável pelas reacções de hidratação com o cimento Adições – (pozolana, cinzas volantes, escórias de alto forno) Adjuvantes – (aceleradores e retardadores de presa, plastificantes, introdutores de ar)

Tipos de Betão: Segundo o peso:  Betões pesados (> 3200 Kg/m3)  Betões normais (< 2400Kg/m3)  Betões leves (< 1800Kg/m3)

  

Segundo a resistência (28 dias) Elevada resistência (> 40MPa) Resistência normal (de 20 a 40 MPa) Baixa resistência (< 20MPa)

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Agregados grossos Betão Água Agregados finos Argamassa

Cimento Pasta de cimento Adjuvantes

Adições

Diferentes tipos de betão: 

Betão de enchimento -> betão que não é compactada e que apresenta resistência à compressão muito baixa, são auto-nivelantes que podem conter adições expansivas para reduzir a retracção. Usada para enchimento de escavação Betão permeável -> são seco, com reduzida quantidade de cimento, (100 a 150 Kg/m3); são monogranulares e as resistências à compressão são muito elevadas. Aplica-se em lajes de ensoleiramento ou condutas de drenagem. Betão impermeável -> reduzida permeabilidade à água, a relação a/c é muito reduzida (<0,45) e com muitas partículas solidas com dimensão (<75μm), dosagem elevada de cimento ou introdução de adições. Usam-se plastificantes ou superplastificantes para reduzir a dosagem de água. Aplica-se para reservatórios ou em obras em ambientes agressivos. Betão celular -> betão com elevadas bolhas de ar (dimensão entre 0,2 a 1 mm) ocupando cerca de 30 a 80% do volume do betão; a relação a/c é 0,5 a 0,6 e a massa volúmica do betão é baixa (150 a 1500Kg/m3). A resistência à compressão (0,5 a 1 MPa) e a elasticidade (1 a 12 GPa) são muito reduzidas. Têm retracções apreciáveis, boa resistência ao gelo-degelo e fraca resistência à carbonatação. São aplicados em isolamentos térmicos de edifícios ou piscinas, enchimentos de escavação e blocos de paredes divisórias. Betão resistente ao gelo-degelo -> betão que suporta acção de congelamento e descongelamento da água que existe nos poros, sem deterioração. Adiciona-se um adjuvante introdutor de ar, a sua resistência advem das bolhas de ar de pequena dimensão, espaçada que permitem acomodar a água, quando esta se transforma em gelo. Aplica-se em ambientes frios (temperaturas abaixo de 0ºC). Betão colocado debaixo de água -> no estado fresco têm coesão elevada para evitar a dispersão do ligante na água. Introduz-se adjuvante para manterem o betão coeso enquanto estiver em repouso, e quando estiver em movimento, a viscosidade diminui e a massa apresenta-se fluida. Aplica-se em obras marítimas e hidráulicas. 56 | P á g i n a


Betão em massa -> Aplicados em grandes massas de volume, quando há uma grande quantidade de calor libertado por reacções de hidratação do cimento. A limitação da elevação da temperatura é importante para evitar fissuração. Assim, a dosagem de cimento é reduzida e os agregados têm grandes dimensões. Usa-se pozolana para controlar a elevação da temperatura. Aplica-se para barragens, maciços de fundação ou outros elementos espessos. Betão projectado -> é colocado por projecção. A trabalhabilidade e a composição permitem que seja colocado sem perda de material. Apresenta rápido endurecimento, sendo possível colocar em camadas de maior espessura. As dosagens de cimento são mais elevadas do que os betões convencionais. A máxima dimensão do agregado é reduzida e a dosagem em água é ajustada pelo operador.É aplicado em tuneis, estabilização de taludes e na reparação de estruturas. Betão branco/colorido -> betão branco uso de cimento branco e agregados mais claros e pode-se adicionar óxido de titânio, o betão colorido tem pigmentos. Aplicase para elementos de betão à vista, motivos arquitectónicos ou de reflexão de luz. Betão para peças pré-fabricadas -> Estes betões são normalmente produzidos em série em instalações fabris. Devido aos condicionamentos da produção para obter bons ritmos de fabrico, a cura destes betões é efectuada a temperaturas mais elevadas. Os betões têm um endurecimento rápido e resistências iniciais elevadas. Alguns betões são muito secos de forma a que as peças possam ser desmoldados logo após o seu fabrico. Betão com fibras -> O uso de fibras no betão visa evitar a fissuração excessiva, nomeadamente por retracção plástica, reforçar a resistência à tracção e melhorar a ductilidade. As fibras podem ser de aço, de vidro, de polipropileno, de carbono, acrílicas, etc.. As aplicações mais comuns são em pavimentos industriais, na préfabricação ou em elementos que possam estar sujeitos a impactos ou explosões. Betão de alta resistência ou elevado desempenho (HPC) -> Estes betões têm dosagens de cimento elevadas, relações a/c reduzidas e incluem em geral sílica de fumo. Os agregados utilizados são de boa qualidade e por vezes são usadas fibras para melhorar a ductilidade. Os betões são muito resistentes (podem atingir tensões de rotura à compressão superiores a 150 MPa), são pouco permeáveis e têm maior durabilidade em ambientes agressivos. Foram desenvolvidos quatro tipos de HPC: o Baixa resistência inicial (14 MPa em 6 horas); o Alta resistência inicial (34 MPa em 24 horas); o Muito alta resistência (69 MPa em 28 dias); o Alta resistência inicial com reforço de fibras. Betão de pós reactivos -> Esta designação é utilizada para descrever uma mistura de fibras de aço, cimento, sílica de fumo, areia fina de quartzo, superplastificante e água. Este material caracteriza-se por ter uma relação a/c muito baixa (0,18 a 0,30) e uma dosagem de cimento muito elevada (750 kg/m3 a 950 kg/m3). A cura destas misturas é normalmente efectuada em condições especiais a altas temperaturas. A resistência destes betões chega a atingir 800 MPa aos 28 dias. As obras onde estes betões podem ser aplicados são as estruturas pré-esforçadas sem armaduras passivas ou os contentores impermeáveis para lixos nucleares ou líquidos perigosos. 57 | P á g i n a


Betão autocompactável -> Os betões autocompactáveis têm uma trabalhabilidade no estado fresco que permite a sua colocação sem compactação. Estes betões têm de ser, por um lado, suficientemente fluidos para preencherem completamente os moldes onde são colocados apenas por acção da gravidade, mas, por outro lado, devem ter suficiente viscosidade para evitar a segregação das partículas dos agregados. Estas características são obtidas a partir de uma correcta dosagem da mistura, nomeadamente no que se refere aos elementos finos, e da adição de adjuvantes superplastificantes e de agentes viscosos. Betão modificado com polímeros -> Estes betões são fabricados também com agregados e cimento mas contêm polímeros que são dispersos na água de amassadura. Os polímeros permitem melhorar as características do betão, nomeadamente a aderência a substratos, a impermeabilidade, a deformabilidade e a resistência ao impacto. Estes betões podem ser aplicados em camadas de desgaste de tabuleiros de pontes ou viadutos, em revestimento de piscinas, na reparação de estruturas, etc.. Betão compactado com cilindros -> É um betão seco, consolidado por vibração externa com cilindros vibradores. Este betão difere do betão convencional (BC) na consistência e na energia de compactação. Para que o betão seja compactado de forma correcta ele tem que ser suficientemente seco para suportar o peso do equipamento de compactação, os cilindros vibradores normalmente usados na compactação de solos, mas deve ser trabalhável para permitir uma distribuição adequada da pasta através da massa durante o processo de mistura e compactação. A energia a que o BCC é sujeito durante a compactação é superior à normalmente usada com o BC o que permite diminuir a dosagem de água na mistura e, por consequência, poder obter melhores características, quando se usam os mesmos agregados e as mesmas dosagens de ligante. Todavia este betão é colocado em camadas contínuas sobrepostas e, na vizinhança da zona de ligação entre duas camadas sucessivas, o material apresenta características distintas do betão no interior, normalmente com qualidade inferior. Os métodos de fabrico, transporte, colocação e compactação usados no BCC permitem ritmos de construção muito superiores ao betão convencional o que traz vantagens económicas muito importantes. Betão com pré-colocação dos agregados -> Como o próprio nome indica, agregados de grandes dimensões são colocados previamente numa cofragem e humedecidos. Ao colocar os agregados deixam-se uns tubos em forma de “aranha” para permitir o espalhamento da argamassa por todo o espaço vazio. Esta argamassa é suficientemente fina para poder passar entre os agregados e ao mesmo tempo não ter problemas de segregação. Este betão foi pela primeira vez utilizado na Barragem do Baixo-Sabor em Portugal.

Propriedades no estado fresco A trabalhabilidade consiste na maior ou menor facilidade com que o betão é transportado, adensado e acabado, e a maior ou menor facilidade com que se desagrega estas operações. A trabalhabilidade engloba duas, a consistência (descreve a facilidade de escoamento); e a coesão (descreve a tendência para exsudar ou segregar).

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A NP EN 206-1 estabelece 4 métodos para determinar a consistência do betão:  Classes de abaixamento (NP EN 12350-2); Aplica-se a agregados com dimensão máxima de 40 mm. Este método consiste em encher um molde troncocônico com betão aplicado em 3 camadas e depois deve-se elevar o molde de forma a permitir que haja um abaixamento do betão devido ao seu peso próprio. A diferença entre a altura inicial e a altura final é a medida do abaixamento. Cada classe encontra-se nestes intervalos: S1 10 a 40 mm S2 50 a 90 mm S3 100 a 150 mm S4 160 a 210 mm S5 ≥ 220 mm 

Classes Vêbê (NP EN 12350-3); Aplica-se a agregados com dimensão máxima de 63 mm. Este método consiste em compactar o betão fresco dentro de um molde, molde este que é removido na vertical e coloca-se um disco transparente em cima do betão. Regista-se o abaixamento. Liga-se a mesa vibratória e mede-se o tempo necessário para que a face interior do disco transparente fique totalmente em contacto com a pasta. V0 ≥ 31 seg V1 30 a 21 seg V2 20 a 11 seg V3 10 a 6 seg V4 5 a 3 seg

Classes de compactação (NP EN 12350-4); Aplica-se a betão com agregado de dimensão inferior a 63 mm. O método consiste em colocar o betão fresco é num recipiente, com a ajuda de uma colher, com cuidado para evitar qualquer compactação. Quando o recipiente estiver cheio, a superfície superior é rasada ao nível do bordo superior do recipiente. O betão é compactado por vibração, sendo o grau de compactabilidade medido pela distância entre a superfície do betão compactado e o bordo superior do recipiente. C0 ≥ 1,46 C1 1,45 a 1,26 C2 1,25 a 1,11 C3 1,10 a 1,04 C4 < 1,04

Classes de espalhamento (NP EN 12350-5); Aplica-se a agregados com dimensão máxima inferior a 63mm. O método consiste em colocar em duas camadas, o betão fresco no molde, no centro da mesa, dar 10 pancadas. O molde é retirado e a placa 59 | P á g i n a


superior é levantada 15 vezes (de 2 a 5 segundos). O diâmetro do espalhamento determina-se pela média dos dois diâmetros medidos. F1 F2 F3 F4 F5 F6

≤ 340 mm 350 a 410 mm 420 a 480 mm 490 a 550 mm 560 a 620 mm ≥ 630 mm

Propriedades no estado seco Resistência à compressão -> para proceder ao ensaio, a carga deve ser aplicada na perpendicular à direcção de moldagem, temos de centrar o provete, a velocidade de aplicação da carga constante de 0,2 MPa/s a 1 MPa/s deve-se registrar a carga máxima aplicada F(N). Resistência à flexão Resistência à tracção Resistência ao corte Massa volúmica -> A massa volúmica do betão será sempre ligeiramente inferior à dos seus agregados, pois não podemos esquecer que haverá sempre uma % de vazios. Deformabilidade: Módulo de elasticidade: Representa a tensão (σ) que é necessário aplicar no betão para obter a extensão (ε). Traduz apenas o declive da recta obtida pela união de dois pontos da curva tensão-extensão do betão. O ensaio para determinação do módulo de elasticidade consiste em carregar e descarregar sucessivamente até que a deformação permanente se anule no ciclo de carga. O diagrama de tensão-extensão pode ser dividido em 4 fases: 1) tensões inferiores a 30% da tensão de rotura a curva de tensão-extensão é praticamente linear, devido à microfissuração que permanece estável; 2) acima dos 30% há aparecimento de novas fissuras, a deformação é irrecuperável e a não linearidade começa a ser notada; 3) acima dos 50% as fissuras começam a ter dimensões consideráveis tornando a não linearidade da curva da tensão-extensão apreciável; 4) acima dos 75%, o sistema de fissuras começa a tornar-se instável, a este nível mesmo mantendo carga constante, pode levar à rotura do provete.

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Coeficiente de Poisson: É a relação entre a extensão transversal e a extensão axial sob uma tensão axial simples, em fase elástica. O valor corrente do coeficiente de Poisson do betão convencional é de 0,15 a 0,20.

o o o o

Retracção: retracção autogénea (devida às reacções de hidratação); retracção por secagem (evaporação da água); retracção por carbonatação (devida ao CO2 da atmosfera); retracção por variações de temperatura (libertação de calor nas reacções de hidratação).

Fluência: É o aumento da deformação do betão ao longo do tempo sujeito a uma tensão constante. Relaxação: É a diminuição ao longo do tempo das tensões no betão sujeito a uma deformação constante.

Ensaios de betão endurecido - NP EN 12390 o Colocar descofrante nos moldes; o Enchimento da 1ª camada (não superior a 100 mm); o Compactar a camada, de qualquer uma das hipóteses seguintes: o varão de compactação; o mesa vibratória; o vibrador de agulha: ϕ da agulha ≤ 1/4 da menor dimensão do molde; o barra de compactação de secção quadrada (25x25 mm). o Nivelamento da superfície; o Marcação do provete. o Provete no molde: 16h<t<3 dias a 20ºC ± 5ºC (climas quentes 25ºC ± 5ºC); o Remoção do molde e cura

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14.1. EXERCICIOS 1- Quando se fabrica um betão com adições, que propriedades podem adquirir? Qual a função das adições? 2- a) Qual a função dos diferentes tipos de adições que são incorporados? b) Quando são incorporados e em que quantidades? c) existe alguma regularização? 3- Actualmente o uso de adjuvantes no fabrico do betão é corrente. Diga o que entende por adjuvantes, qual o seu efeito nos betões e dê cinco exemplos. 4- Qual a diferença entre adjuvante plastificante e superplastificante? 5- Uma água que não é totalmente transparente pode ser usada no fabrico de betão? Justifique. 6- Sendo fundamental na resistência do betão a razão a/c. Justifique essa influencia e o que resultaria se para uma mesma razão a/c, fosse usada a adição de um adjuvante. 7- Quais são as principais diferenças entre betões celulares e betões resistentes ao gelo-degelo? Dê exemplos de onde usaria para cada um deles. 8- Considere dois betões, num usa agregados rolados, no outro têm agregados britados. Diga quais as diferenças entre o betão, relativamente à trabalhabilidade e resistência à compressão? 9- Características de betões de elevado desempenho e betões pós reactivos. Onde os usaria? 10- Diga o que significa NP EN 206-1 ● LC 40/44 ● XD2 ● D1,6 ● C2 11- A seguinte informação está correcta? NP EN 206-1 ● C80/95 ● XD2 ● D1,6 ● C0

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15. BETUMES

L

Ligantes hidrófobos

igantes hidrófobos – são líquidos viscosos ou soluções resinosas, cujo endurecimento é causado pelo aumento de viscosidade, formando assim as estruturas coloidais rígidas. Após o endurecimento, este ligante repele a água.

Alcatrão Betumes (naturais e artificiais) Asfaltos Resinas

Ligantes betuminosos

Ligantes hidrocarbonados – são o conjunto de materiais de base betuminosa cuja origem pode ser o petróleo, carvão ou outras materiais orgânicas afins.

Natural

Rochas ásfalticas, xistos, arenitos Semi-sólidos

Petróleo Liquidos Liquidos

Asfalto Betumes fluidificados Emulsões betuminosas

Alcatrão Semi-sólidos

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Os principais materiais Hidrocarbonados:  Betume – Mistura complexa de hidrocarbonetos pesados. Pode ser de origem natural ou artificial. Podem ser rochas asfálticas, asfaltos, alcatrões, bréu e piche.  Betume asfáltico – Tem como origem o petróleo bruto, e é obtido por meio de destilação directa, insuflação ou “cracking”.

Materiais Betuminosos:  Asfaltos - Misturas naturais de betume asfáltico e inertes pétreos finos. Obtémse por evaporação dos materiais voláteis.  Rochas asfálticas – são rochas que estão embebidas em betume e obtem-se britas e areias basálticas.  Alcatrões – são materiais líquidos ou semi-solidos à temperatura normal, obtidos por pirogeneração de matérias orgânicas carbonáceas. A diferença relativamente aos asfaltos deve-se ao seu cheiro mais intenso, mais deformável e pastoso e mais sensível á temperatura.  Breu – é um produto sólido, ou resíduo, que resulta da destilação dos alcatrões de ulha (carvão mineral).  Piché – é um produto sólido, ou resíduo, que resulta da destilação do alcatrão (mistura de 11 a 17% de betume com argila e pedrisco). O Breu e Piché aplicam-se:  estabilidade de solos,  revestimentos superficiais em pavimentação,  argamassas e betões betuminosos de pavimentação,  impermeabilizações em edifícios.

Betumes Asfálticos:  Betumes fluidificados – Obtidos por adição de solventes que se evaporam, aplicam-se em: o Revestimentos superficiais, o Estabilizações de solos, o Impregnações. Podemos classifica-los de acordo com o tempo de presa (lento (SC), média (MC), rápida (RC)): o Betumes fluidificados do tipo RC – ex:. gasolina, o Betumes fluidificados do tipo MC – ex:.petróleo, o Betumes fluidificados do tipo SC – ex:. gasóleo.  Emulsões betuminosas – Resulta da dispersão de partículas de betume na água, usando emulsionantes (tensio-activos) que diminuem a tensão superficial no betume. Podem ser classificados por aniónicos (básicos) ou catódicos (ácidos), ou pelo tipo de rotura se é lento, médio ou rápido.  Betumes Asfálticos: o Carbóides (0,1%) o Carbenos (0,2%) o Asfaltenos (30%) o Maltenos (70%) Ensaio de penetração (EN 1426) – Mede-se a profundidade (em décimos de milímetro) que uma agulha normalizada penetra, sob um peso (100g) durante 5 seg, à temperatura de 25ºC. Este ensaio repete-se 3 vezes, e a penetração final resulta da média dos 3 valores.Classes de Betumes (por destilação directa): 64 | P á g i n a


   

35/50 – temperaturas altas, elevado trafego 50/70 – mais comum 70/100 – pouco utilizado 160/220 – para fabrico de emulsões, ou revestimentos superficiais.

Ensaio de Anel e Bola (EN 1427) – é determinada a temperatura a que um betume contido num anel normalizado, desce até uma profundidade de 25,4 mm, quando submetido a um peso de uma esfera (um acréscimo de temperatura de 5ºC, por minuto). O resultado é a média dos dois anéis. Como a penetração é influenciada pela temperatura, o índice de penetração é determinada, da seguinte forma: ( ) ( ) Em que, TAB – temperatura de amolecimento verificada no ensaio Anel e Bola Ensaio Los Angeles (desgaste) – permite avaliar a resistência de amostras do agregado à abrasão e choque e de forma indirecta a resistência do agregado.

O envelhecimento dos betumes pode traduzir-se:  Aumento de consistência (diminuição da penetração aos 25ºC),  Aumento do ponto de amolecimento (ensaio Anel e Bola),  Diminuição da susceptibilidade térmica,  Aumento da fragilidade ao frio.

Utilização de materiais betuminosos:  Impermeabilizações de coberturas de edifícios: o Betume oxidado (membranas e massa de impregnação e colagem a quente) o Betume plastómetro (telas):  Betumes plastómetro do tipo AAP (polipropileno atática)  Betumes plastómetro do tipo SBS (estireno-butadieno)  Impermeabilizações de pavimentações: o Betumes asfálticos  40/50 (mais dura) – penetrações intermedias  60/70 – zonas de cargas frequentes (climas quentes)  80/100 – misturas betuminosas (uso corrente)  180/200 – revestimentos superficiais (climas menos quentes) o Betumes fluidificados (betume asfáltico pouco viscoso) o Emulsões betuminosas (componentes):  Betume ( quando em excesso aumenta a impermeabilização e reduz a lubrificação)  Água  Emulsionantes (diminui a tensão superficial e evita a coagulação)  Aditivos (melhoram a viscosidade e adesividade) o Misturas betuminosas (características)  Boa trabalhabilidade  Durabilidade  Flexibilidade  Estabilidade  Resistência à derrapagem 65 | P á g i n a


15.1. EXERCICIOS 1- Diga o que entende por betumes asfálticos, betumes fluidificados e emulsões betuminosas? 2- Numa mistura betuminosa a dosagem de betume é um dos parâmetros mais importantes, porquê? 3- Diga o que significa cada um dos valores e onde poderia utilizar cada um deles: a. Betume 35/50 b. Betume 160/220 4- Os betumes fluidificados derivam de um produto, qual? Como é obtido o produto? 5- O que entende por emulsões betuminosas? Qual a sua origem? 6- Para que serve o ensaio de penetração de um betume? Explique detalhadamente em que consiste o ensaio?

As soluções dos exercícios podem ser vistas no site: http://engenharia-civilvirtual.blogspot.pt/

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16. MATERIAIS METÁLICOS

M

etais ferrosos e não ferrosos – são produtos compostos por elementos metálicos extraídos de minérios naturais, originando produtos de elementos puros ou pela combinação de diversos elementos (ligas metálicas). Definições básicas: Ligas – Considera-se como um elemento metálico que forma uma liga com um ou mais elementos, quando após solidificação de uma fase liquida, é formado um metal. Componentes – Os elementos ou compostos que entram na composição de cada fase. Fase – Parte homogénea e fisicamente distinta e separada das outras partes por uma superfície limite bem definida. Constituintes – Fase (metal puro, composto ou solução solida) ou agregado de fases que apresenta no exame microscópico uma forma e distribuição características.

1.1.

METAIS FERROSOS

Ferro fundido – é uma liga ferro-carbono cujo teor de carbono é superior a 2% Aço – é uma liga ferro-carbono cujo teor de carbono é inferior a 2% Aço de Construção – teor de carbono entre 0,2 a 05%

A classificação dos aços é feita segundo a NP EN 10020, com base na composição química dos elementos presentes: - não ligados, - ligados (aços especiais ligados). Processo de fabrico de aço: O ferro (minério de onde é extraído: magnetite Fe3O4, hematite Fe2O3) é extraído por reacções de redução através da acção do carbono sob a forma de carbono. O minério é aquecido na presença de um redutor (carvão-coque) que combina com o oxigénio do minério e transforma-se em monóxido e dióxido de carbono, sob a forma de gasosa. Normalmente também se adiciona carbonato de cálcio (função de fundente).

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O ferro que sai de alto-forno chama-se gusa, o qual ainda não serve para construção, pois contém impurezas. A parte: o coque é obtido através do aquecimento a altas temperaturas do carvão mineral.

Principais impurezas de gusa: Carbono – com percentagens de 2 a 4%, quanto maior o teor de carbono maior dureza, mas baixa-lhe o ponto de fusão e a maleabilidade. Enxofre – com teores de 2 a 3% é um elemento indesejável no aço com valores superiores a 0,1% pois reduz a sua resistência, a forjabilidade e torna-o menos soldável. Fósforo – torna o ferro quebradiço, diminui a sua tenacidade e aumenta a fluidez. Magnésio – aumenta a dureza e a resistência, mas dificulta a maleabilidade. Silício – endurece a fundição, torna o ferro macio e compacto, diminui a maleabilidade e a forjabilidade. Purificação da gusa: Para se tornar um material de construção, há que purifica-la o que se consegue pela oxidação da gusa em fusão nos convertidores de aciaria. Após a purificação o aço em fusão é moldado sob a forma de lingotes ou bilhetes, para serem armazenados e depois transformados em operações de laminagem nos produtos usados na construção.

Curvas de arrefecimento: Metal puro – o seu comportamento durante o processo de arrefecimento é indicado pela sua curva de arrefecimento. Liga – o comportamento é dado por diagramas designados por diagramas de equilíbrio.

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Variedades alotrópicas – são estruturas cristalinas diferentes que passam de uma para outra em determinadas temperaturas, denominadas temperaturas de transição. O ferro apresenta três variedades. 

Austenite: o Estrutura cúbica de faces centradas, o Não é magnética, o Boa resistência, o Existe acima da temperatura crítica de 723ºC, o Percentagem de carbono varia entre 0,8% a 723ºC e 2,08ºC.

Ferrite (α): o Máximo de carbono é de 0,02% a uma temperatura de 723ºC, o Baixa dureza e resistência à tracção, o Tem características magnéticas.

Cementite (Fe3C): o Máximo teor de carbono é de 6,67%, o Elevadas resistências e durezas estimado), o Baixa ductibilidade.

(2000MPa,

valor

Perlite: o Estrutura tetragonal de corpo centrado, o Possui propriedades intermédias entre a ferrite e a cementite, o Desenvolve-se no arrefecimento lento do aço, o Presente nos aços recozidos

Eutéctico – ponto onde o equilíbrio é invariável, portanto o equilíbrio entre as três fases ocorre a uma determinada temperatura e as componentes das três fases são fixas. Hipoeutético – composição menor que o eutéctico. Hipereutético – composição maior que o eutéctico.

Reacção eutéctica: transformação da fase por arrefecimento, toda a fase liquida transforma-se isotermicamente em duas fases sólidas. Lα+β 69 | P á g i n a


Reacção eutetóide: é a mistura resultante da recristalização por ser realizada numa solução sólida. αβ+ϒ

Reacção Peritética: transformação de fase por arrefecimento em que numa fase liquida reage com uma fase sólida originando uma nova fase sólida. ϒ+Lβ Reacção Monotéctica: transformação de fase por arrefecimento, em que numa fase liquida se transforma numa sólida e numa fase liquida (com composição diferente da primeira fase liquida). Lα+L

Tratamentos Térmicos: A base dos tratamentos térmicos existentes nos, é baseado nas velocidades de arrefecimento. Conforme se doseia a % de ferrite, cementite, perlite e austenite podem obter-se determinadas propriedades dos aços, sendo estas conseguidas através de tratamentos térmicos. No caso de tratamentos térmicos o diagrama de equilíbrio não pode ser considerado por ser obtido para velocidades de arrefecimento lentos, sendo assim considerados os diagramas TTT (tempo-temperatura-transformação) Obtenção dos diagramas TTT: o As amostras são aquecidas até uma determinada temperatura (austenitica), o Posteriormente são arrefecidas em banhos de sais a temperaturas inferiores à temperatura critica (723ºC), o Sendo depois retiradas do banho de sais e imersas em água, o Depois são feitos exames metalográficos para verificação da estrutura resultante e transformação verificada. A partir dos exames metalográficas será possível quantificar a % de austenite transformada durante a sua imersão em sais a temperatura constante, já que o produto da transformação às temperaturas da água só pode ser a martensite. A partir da fase austenitica, e por tratamentos térmicos, podem ser obtidas diferentes microestruturas que devem de ser seleccionadas de acordo com a utilização pretendida. 70 | P á g i n a


Tratamento Térmicos Básicos: Têmpera – é um processo que impede a difusão dos átomos de carbono, originando a sua prisão em condições instáveis na rede cubica do corpo centrado. Este tratamento é obtido por arrefecimento brusco em água, óleo ou salmoura, sendo a microestrutura resultante a martensite. Revenido – tem como objectivo essencial o alívio ou eliminação das tensões resultantes daquele tratamento. Recozimento – o processo de arrefecimento é muito lento e tem por objectivo principal a restituição do aço às características que foram alterados por tratamentos mecânicos ou térmicos.

Tratamentos Mecânicos: Quando um metal sofre uma deformação plástica a frio, há modificações da sua estrutura, originando que os seus grão fiquem distorcidos e com defeitos estruturais, sobretudo lineares, mas conferindo maior capacidade de tração embora menor capacidade de deformação. A modificação da estrutura pode ser restaurada por aquecimento, da qual se destacam três fases: Recuperação – existem alterações nos defeitos estruturais e não se processam movimentos nas juntas dos grãos ou cristais de aço. Recristalização primária – é caracterizada pela formação de novos grãos. Crescimento do grão – quando a temperatura de coalescência (temperatura em que se verifica o desaparecimento de alguns grãos em geral os mais pequenos) é ultrapassada.

Influencia do tamanho do grão nas propriedades do aço: o O limite de elasticidade e a dureza diminuem muito significativamente, o O alongamento aumenta também de um modo significativo, o A ductibilidade aumenta na fase de recristalização e depois decresce com o tamanho do grão. Processos: Laminagem a frio – deformação longitudinal permanente por compressão transversal. Trefilagem – estiragem através de fieiras (aços de pré-esforço). No caso dos aços de pré-esforço tem de ser precedida de um tratamento térmico especial, patentagem, que consiste em aquecer num forno, o aço acima da temperatura em que a ferrite e cementite se transforma em austenite, seguindo-se um arrefecimento brusco a cerca de 500ºC.

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EUROCÓDIGOS: Eurocódigo 0 – Bases de Cálculo em Estruturas, Eurocódigo 1 – As acções em Estruturas de Engenharia Civil, Eurocódigo 2 – Projecto de Estruturas em Betão, Eurocódigo 3 – Projecto de Estruturas de Aço, Eurocódigo 4 – Projecto de Estruturas Compósitas de Aço e Betão, Eurocódigo 5 – Projecto de Estruturas de Madeira, Eurocódigo 6 – Projecto de Estruturas de Alvenaria, Eurocódigo 7 – Projecto Geotécnico, Eurocódigo 8 – Projecto de Estruturas Resistentes à Acção Sísmica, Eurocódigo 9 – Projecto de Estruturas de Aluminio.

Diferentes tipos de aços: o o

Aços para betão armado, Aços para pré-esforço,

o

Aços para estruturas metálicas.

REBAP LNEC (EC2) REAE EN 10025 (EC3)

REBAP – Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-esforçado:  Define os tipos de armaduras e suas características,  Estipula a obrigatoriedade da sua previa classificação pelo LNEC,  Estabelece as características de dobragem, soldabilidade e aderência,  Caracterisitcas mecânicas: o Tensão de cedência fsyk ou tensão limite convencional proporcionalidade de 0,2%, o Tensão de rotura fsuk, o Extensão após rotura εsuk, o Classes de resistência – A235, A400 e A500.

de

Identificação de um aço para betão armado:

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Especificação do LNEC:

Estes aços têm reduzido teor em carbono e baixos teores de outros elementos prejudiciais. O teor de carbono equivalente é inferior a 0,52%.

REBAP: tipos correntes de armaduras ordinárias

Designa ção

A235NL A235NR A400NR

A400ER

A400EL

A500NR A500ER A500EL

Process o de fabrico

Configura ção da superfície

Característ icas de aderência

Lamina do a quente Lamina do a quente Endurec ido a frio Endurec ido a frio c/ torção Lamina do a quente Endurec ido a frio

Lisa

Normal

Rugosa

Alta

Rugosa

Alta

Rugosa

Alta

Tensã o de cedên cia 235

Características mecânicas Tracção Dobragem Tens Dobragem-desdobragem Extens ão Dobrag ão de em 12Ø 18Ø 25Ø 32Ø após rotur simples 18 25 32 40 rotura a 360 24 2Ø 5Ø 7Ø 8Ø 10Ø 14

400

460

10Ø

12Ø

10Ø

12Ø

14Ø

-

-

-

-

12 Lisa

Normal

Rugosa

Alta

Rugosa

Alta

Lisa

Normal

12 500

550

4Ø 10

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Características mecânicas dos aços: diagrama de tracção de aços P - até este instante não há deformação permanente, S – tensão limite superior de cedência, I – tensão limite inferior de cedência, Até um pouco à frente de I dá-se a anulação de defeitos, A partir de aqui o aço passa a ter maior capacidade resistente, Se quando alcançar A retirar a carga ficarei em A’, Se em A’ voltar a fazer o mesmo ensaio que fiz inicialmente (esperar uma semana), o aço vai ter uma deformação recta A’ A D F, Em C e F dá-se a rotura. O aço obtido a partir de A’ tem uma capacidade resistente muito maior e uma capacidade de deformação menor. A estes aços chamam-se endurecidos. Diagrama de tracção de aços (exemplo): A235N – aço laminar a quente. A500E – aço endurecido a frio.

A tensão limite convencional de proporcionalidade é de 0,2%.

LNEC: fios de Aço para betão pré-esforçado (E-452)

Y 1860 C 6,0 I Y- aço para pré-esforço 1860 – tensão de rotura (MPa) C – frio trefilado S – cordão 6,0 – Diâmetro nominal I – cuja superfície apresenta reentrâncias. M – marcado, cuja superfície apresenta marcas.

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A tensão limite convencional de proporcionalidade é de 0,1%.

Tratamentos mecânicos: Aço para betão armado:  Laminagem a quente,  Laminagem a frio. Aço para betão pré-esforçado:  Estiragem,  Trefilagem.

Glossário: Fadiga – é o dano numa peça estrutural por propagação gradual de fissuras provocadas por variações repetidas de tensões. Cada metal tem um “limite de fadiga” correspondente a uma tensão abaixo da qual suporta um numero ciclos infinito, sem romper. Se se ultrapassar este limite o aço pode atingir a rotura com uma carga bem inferior à de rotura. Fratura por fadiga – ocorre quando o comprimento da fissura é tal que a secção útil da peça passa a não resistir à carga instalada e dar-se-á a rotura repentina. Relaxação dos aços – É a perda de tensão que se verifica ao longo do tempo numa secção de um provete de comprimento constante, sujeito a uma carga inicial e submetido a temperatura constante. Fundente – pedra de cal ou magnésio adicionada a massa incandescente para separar o ferro da ganga. O fundente com a ganga dá a escória, que por mais fusível e leve que o ferro se acumula sobre o metal liquido. Escoria – uma espécie de vidro de qualidade inferior que é produto da mistura entre a ganga e fundente. Gusa – é a parte útil para a produção do aço, composta basicamente de ferro fundido com carbono entre 2,5 a 6,67% Aço de alto teor de carbono – pouco utilizado por causa da sua grande fragilidade. Ferro + 1,8% a 2,5% de carbono. 75 | P á g i n a


1.2.

METAIS NÃO FERROSOS

Ligas de Alumínio, Cobre, Estanho, Zinco, Níquel e Chumbo.

Cobre Características e propriedades principais:  Estrutura cristalina CFC;  Excelente condutor eléctrico (o melhor depois da prata);  Oxida ao ar a temperaturas superiores a 500ºC;  Não é atacado pela água;  É atacado pelos ácidos em presença do ar húmido, formando-se óxido de cobre (verdete);  Elevadas ductilidade e maleabilidade;  A resistência mecânica aumenta com tratamentos mecânicos ou ligando o cobre a outros elementos. Aplicações: Puro:  Fio (condutores eléctricos);  Chapa laminada (aplicações mecânicas);  Tubo (redes de fluidos). Ligado:  Bronze (com estanho);  Latão (com zinco);  Cuproníquel (com níquel)

Latão (Cobre e Zinco) Classificação:  Latões comuns o Latões para fundição – apresentam pequenas percentagens de outros elementos que aumentam a fusibilidade e a moldabilidade; o Latões para forjar:  Latões α  Latões α+β  Latões especiais

Zinco O zinco puro é pouco empregue como material de construção devido às suas modestas propriedades mecânicas e da sua fraca propensão ao encruamento, sofre ainda de fluência à temperatura ambiente.

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Aplicações:  Revestimentos superficiais para protecção anticorrosiva de componentes de ferro e aços (zincagem e galvanização),  Componentes fundidos para a industria automóvel,  Componentes de ligas (latões),  Componente de tintas anticorrosivas,  Ânodos sacrificiais para protecção catódica em cascos de navios, pipelines, etc.

Estanho  

O estanho puro apenas se utiliza como material de revestimento. As aplicações mais significativas das ligas de estanho são os metais antifricção, materiais resistentes à corrosão e as aplicações decorativas.

Chumbo Características e propriedades principais:  Elevada densidade;  Baixo ponto de fusão;  Baixa resistência à tracção;  Elevada fluência;  Elevada resistência à corrosão pela maioria dos ácidos e ambientes naturais.

Aplicações  Baterias;  Bainhas de cabos eléctricos;  Protecção contra radiação γe X;  Isolamento de som e vibrações;  Elemento de liga (ligas de cobre e aços)

Níquel    

O níquel puro apresenta boa resistência à corrosão em ambientes corrosivos; Usa-se como subcapa na electro de posição por crómio. Usa-se como placante do aço em tanques destinados a produtos químicos; A maior aplicação é como elemento de liga em aços e ligas de cobre.

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Alumínio  

  

O alumínio puro é um metal leve, de cor branca, pouco duro, muito deformável, com elevadas condutibilidades térmica e eléctrica e com baixo ponto de fusão; Devido ao seu elevado poder redutor oxida-se ao ar, formando uma finíssima película de óxido de alumínio, que o protege contra a corrosão da água destilada, ácido nítrico, ácido carbónico, compostos de enxofre e de muitos hidrocarbonetos. É, no entanto, atacado pela água do mar e pelas bases alcalinas (sódio e potássio) e alguns ácidos (clorídrico e fluorídrico). O alumínio utilizado na construção civil é uma liga Alumínio/Magnésio/Silício, obtido da bauxite. Após diversos tratamentos electroquímicos é transformado em lingotes, placas de laminagem, rolos de extrusão e fios. Os produtos resultantes são: o Peças fundidas, o Chapas, o Tubos e perfis, o Fios de pequeno diâmetro.

Sua aplicação na construção civil:  Caixilharias para janelas,  Portas e divisórias,  Chapas para revestimentos interiores e exteriores,  Coberturas,  Etc. Diferentes tipos:  Aluminio anodizado – A anodização de perfis de alumínio e consequente colmatagem dos poros da camada de alumina, é efectuada por processo electroquímico.  Aluminio termolacado – A termolacagem de perfis de alumínio é um tratamento de superfície cuja diferença principal relativamente à anodização consiste na aplicação ao perfil, de uma tinta, pulverizada na superfície do alumínio previamente tratada e polimerizada em estufas que podem atingir temperaturas de 220ºC.

Outros materiais não ferrosos:   

Acessórios de canalização (ligações, terminais, etc.) Aparelhos das canalizações (torneiras, ralos, etc) Etc.

O processo de fabrico da maior parte destes produtos é constituído a partir de lingotes de latão vazado. Sendo este latão uma liga de cobre com aproximadamente 40% de zinco e pequenas percentagens de outros elementos para facilitar a obtenção de peças por fundição.

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17.1. EXERCICIOS 1- No rebap estão caracterizados armaduras ordinárias A500ER e A235Nl. Qual o significado das designações referidas. 2- Por tratamento mecânico a frio, a partir de um A235NL e possível obter um A500ER? Na ausência de articulação de um aço A500ER mas dispondo do seu diagrama tensão-extensão, descreva como garantia que o mesmo satisfazia as condições do REBAP. 3- Sendo o aço uma liga Fe-C, quais as diferenças em teores de carbono de um aço A500ER e um A500NL. 4- Num processo de arrefecimento lento, a partir de 723ºC é formada a perlite. Descreva em que consiste e qual a influencia na resistência mecânica dois diferentes aços utilizados na construção. 5- Quais as principais diferenças entre o aço A400NL e A400ER. Descreva o processo de obtenção. 6- Com base nos diagramas apresentados justifique a obtenção de aços endurecidos com a tensão de ruptura superior ao aço natural (laminado a quente) original. 7- Com base no diagrama TTT de um aço, justifique a obtenção de aço temperado e bainitica. 8- O que entende por fadiga e relaxação, que importância assumem estas características nos aços de pré-esforço. 9- Qual a ordem de grandeza dos valores mínimos para a extensão após rotura de uma A500 ER e A235 NL. 10- Quais as características das micro estruturas perliticas, bainiticas e martensiticas dos aços e como são obtidos e para que aços são utilizados 11- Para que % de carbono considera aceitáveis os aços para armaduras ordinárias e de pré-esforço e quais as diferenças fulcrais que existem no controlo e exigências entre 2 aços. 12- Comente a afirmação: “ por tratamento mecânico a frio a partir de A235 NL é possível obter um aço de tensão de rotura de 600mpa. Este cumprirá as exigências regulamentares” 13- Descreva sucintamente o modo de obtenção do aço ate à sua utilização como produto utilizado na construção

As soluções dos exercícios podem ser vistas no site: http://engenharia-civilvirtual.blogspot.pt/

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Este livro aborda a definição e caracterização dos materiais de construção. Contribuindo assim, para uma maior e melhor aprendizagem da disciplina de Materiais de Construção inerentes à área de Engenharia Civil e Arquitectura. Desse modo os capítulos obedecem a uma sequência didáctica de forma a facilitar a sua compreensão e permitir uma orientação mais efectiva. O conteúdo aborda a definição de ciência e engenharia dos materiais, bem como as propriedades dos principais materiais de construção - agregados, ligantes e betão, metais ferrosos e não ferrosos, madeira, plásticos, vidros, materiais cerâmicos etc.

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Materiais de construção  
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