INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E CIÊNCIAS EXATAS
Campus de Rio Claro
CÁSSIO SANTOS DE CARVALHO
ESTUDO DO COMPORTAMENTO TECNOLÓGICO E DE
ALTERABILIDADE DAS ROCHAS ORNAMENTAIS SILICÁTICAS
VERDE AMAZONAS, PRETO CAJUGRAM E BEGE IPANEMA –
(ES).
Dissertação de Mestrado elaborada junto ao Curso de Pós-Graduação graduação em Geologia Regional para obtenção do Título de Mestre em Geologia Regional.
Orientador: Prof. Dr. Antonio Carlos Artur
Rio Claro – SP
148 f. : il., figs., gráfs., forms., tabs., quadros, fots., mapas + 27 quadros
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual Paulista, Instituto de Geociências e Ciências Exatas
Orientador: Antonio Carlos Artur
1. Petrologia. 2. Caracterização tecnológica. 3. Análise petrográfica. 4. Alterabilidade química. 5. Eflorescência. I. Título.
CÁSSIO SANTOS DE CARVALHO
ESTUDO DO COMPORTAMENTO TECNOLÓGICO E DE ALTERABILIDADE DAS ROCHAS ORNAMENTAIS SILICÁTICAS VERDE AMAZONAS, PRETO
CAJUGRAM E BEGE IPANEMA – (ES).
Comissão Examinadora:
___________________________ Prof. Dr. Antonio Carlos Artur
IGCE/UNESP/Rio claro (SP) Orientador
_____________________________ Dr. Fabiano Cabañas Navarro
IPT/São Paulo (SP)
_________________________________________ Profa. Dra. Tamar Milca Bortolozzo Galembeck
IGCE/UNESP/Rio claro (SP)
Resultado: Aprovado
Rio Claro, SP 17 de Setembro de 2010
Dois anos se passaram e é chegado o momento da concretização de um trabalho realizado com o auxílio de tantas pessoas que participaram direta e indiretamente desse processo, por isso esse é o momento de agradecimentos. Devemos ser a mudança que queremos ver.
À Deus, em primeiro lugar que nos remete as oportunidades. Que estendeste a mão e que me ergues por tantas vezes, toda honra e toda glória são para Ti.
Ao meu orientador Antonio Carlos Artur, excelente professor e profissional, esteve em todos momentos presente, orientando, auxiliando, participando não apenas como orientador, mestre, e sim como grande amigo. Sem a sua paciência e seu apoio com certeza esse trabalho não seria o mesmo. As noites que passamos na UNESP discutindo lâminas, ensaios, dentre outros assuntos pertinentes.
Agradeço aos meus pais, Olinda dos Santos Trentin e Antonio Carlos Rodrigues de Carvalho e minha família por todo incentivo dado em cada passo tomado, pelo apoio, pela dedicação a mim atribuída e por todo carinho que me fizeste seguir em frente a cada dia.
Ao meu padrinho Jorge Monteiro que sempre me motivou a prosseguir em frente e que é também meu alicerce e modelo a ser seguido.
A Cajugran Mármores e Granitos, em nome do Nelson Vighini, Valdecir Vighini e Rômulo Nery, empresa a qual me deu a oportunidade de aprendizado desde a faculdade, e continuou participando durante todo esse trabalho.
A professora Tamar Milca Bortolozzo Galembeck que considero minha coorientadora, com seu profissionalismo e sinceridade me orientou e ajudou a conduzir os ensaios de alterabelidade química e na construção deste capitulo.
Ao Prof. Dr. Antenor Zanardo, pela valiosa ajuda nas discussões.
A Thais de Siqueira aluna da graduação em Geologia, que ajudou a conduzir os ensaios de alterabilidade, no qual gerou 3 trabalhos para o simpósio.
Aos técnicos de laboratório, Adilson Rossini, Adilson Fontanete e ao laminador Junior. As secretárias Rosangela, Vânia pela paciência e carisma.
As rochas ornamentais Verde Amazonas, Preto Cajugram e Bege Ipanema exploradas no estado do Espírito Santo, respectivamente um charnockito, um hiperstênio monzodiorito e um ortognaisse, foram submetidas a uma bateria de ensaios físico-mecânicos e de resistência ao ataque químico sob ação controlada dos compostos NH4Cl, NaClO, C6H8O7, HCl e KOH
presentes na composição de produtos de uso doméstico e de determinadas soluções concentradas dos ácidas HCl, H2SO4 e HNO3 simulando atmosferas agressivas. A avaliação
dos efeitos dos agentes químicos foram realizadas à luz das variações da propagação de ondas ultrassônicas, da resistência à flexão 4 pontos e do lustro da superfície polida das rochas testadas, bem como pela caracterização dos produtos de subeflorescências e eflorescências geradas pelas reações com os ácidos. Os resultados dos diferentes testes realizados foram confrontados com as propriedades petrográficas de cada rocha. Os resultados obtidos para os parâmetros físico-mecânicos e de alterabilidade química indicam, com algumas reservas, que as três rochas são detentoras de boas qualidades para utilização como rochas ornamentais e para revestimentos em obras civis. Os estudos revelaram que o comportamento tecnológico e de alterabilidade química dos materiais avaliados é controlado pela inter-relação dos aspectos composicionais, estruturais e texturais das rochas. O charnockito Verde Amazonas, rocha verde escura megaporfirítica gnaissificada com matriz de granulação média a grossa e com elevado grau de microfissuramento transgranulares, apresentou bom desempenho no tocante a resistência mecânica, mas foi o material que mostrou maior sensibilidade aos efeitos da maioria dos agentes químicos com desbotamento, clareamento, amarelamento e ofuscamento das superfícies polidas. O Preto Cajugram com estrutura isotrópica, textura equigranular média, e baixo grau de microfissuramento, apresenta as maiores resistências mecânicas. Por outro lado exibe o maior desgaste abrasivo e a menor dilatação térmica em decorrência de seu baixo teor de quartzo. Também apresenta relativa sensibilidade aos agentes químicos agressivos em resposta ao elevado índice de minerais máficos. O Bege Ipanema apresenta, no geral, resistência mecânica pouco inferior em relação as demais rochas em função de sua forte estruturação gnáissica, e maior resistência à abrasão pelo seu maior conteúdo de quartzo. É a rocha que apresenta a menor degradação e perda de brilho sob ação dos agentes químicos em virtude de sua natureza quartzo-feldspática e pela pobreza em minerais máficos.
The Amazon Green, Cajugram Black and Ipanema Beige dimension stones explored in the state of Espirito Santo, respectively, a charnockite, a hypersthene monzodiorite and a orthogneiss, underwent a serie of physical-mechanical and resistance to chemical attack tests under controlled action of the chemicals NH4Cl, NaClO, C6H8O7, HCl and KOH, present in
the composition of household products and certain concentrated solutions of the acids HCl, H2SO4 and HNO3, simulating aggressive atmospheres. The evaluation of the effects of the
chemical agents was performed in the light of changes in the propagation of ultrasonic sound waves, the 4-point flexural strength and gloss of the polished surface of the tested rock samples, as well as the characterization of the products of efflorescences and subefflorescences, generated by reactions with the acids. The results of the different tests were compared with the petrographic properties of each rock. The obtained results for the physic-mechanical parameters and for the chemical alterability indicates, with some reservations, that the three rocks shows good quality for use as dimension stones and coatings in civil works. Studies show that the behavior of technology and chemical alterability of the tested materials is controlled by the interrelation of the compositional, structural and textural aspects of the rocks. The charnockite Verde Amazonas, dark green megaporphyritic gneissic rock, with medium to coarse grained matrix and a high degree of transgranular microcracking, showed good performance regarding mechanical strength, but was the most sensitive material to the effects of most chemical agents as fading, bleaching, yellowing and glare from the polished surfaces. The Preto Cajugram, with isotropic structure, medium equigranular texture, and low degree of microcracking, has the highest mechanical strengths. On the other hand, it displays the highest abrasive wear and the lowest thermal expansion, due to its low content of quartz. Also, it shows sensitivity to aggressive chemical agents in response to the high rate of mafic minerals. The Bege Ipanema presents, in general, slightly lower mechanical strength compared with the other rocks, due to its strong gneissic structure, and greater resistance to abrasion due to its higher content of quartz. It is the rock that has the lowest degradation and loss of shine under the action of chemical agents, due to its quartz-feldspathic nature and little rate of mafic minerals.
Figura 1.1 Localização geográfica das rochas estudadas. 17
Figura 2.1 Localização das rochas estudadas. 20
Figura 2.2 Ilustração do ângulo de comercialização e ensaio dos materiais Verde
Amazonas e Bege Ipanema. 29
Figura 3.1 Evolução anual do volume físico das Exportações brasileiras de Rochas Ornamentais. RB: Rochas Brutas; RP: Rochas processadas. Segundo ABIROCHAS (2010a).
39
Figura 3.2 Evolução anual do Faturamento das Exportações Brasileira de Rochas Ornamentais. RSB: Blocos de granito; RCB: Blocos de Mármore; RP: rochas processadas. Segundo ABIROCHAS (2010a.).
39
Figura 3.3 Variações nas Exportações Mensais em Toneladas do Setor de Rochas Ornamentais 2007 - 2010, segundo ABIROCHAS (2010b).
41
Figura 3.4 Exportações Mensais em US$ do Setor de Rochas Ornamentais 2007 –2010(ABIROCHAS, 2010b).
41
Figura 4.1 Aspectos macroscópicos (foto 1) e microscópicos (fotomicrografias 2, 3 e 4) da rocha Verde Amazonas. Fotomicrografia 2 (nicóis cruzados) mostrando o bom engrenamento mineral, baixo grau de microfissuramento e fraca alteração mineral; Fotomicrografias 3 (nicóis paralelos) e 4 (nicóis cruzados) mostrando o bom engrenamento entre os minerais, baixo grau de microfissuramento mesmo no piroxênio e moderada alteração de cristais de ortopiroxênio para biotita com liberação de hiróxido de ferro que se infiltra nas microfissuras, planos de clivagens e nas interfácies minerais circunvizinhos.
49
Figura 4.2 Aspectos macroscópicos (foto 1) e microscópicos (fotomicrografias 2, 3 e 4) da rocha Preto Cajugram. Fotomicrografia 2 (nicóis cruzados) mostrando o bom engrenamento mineral dado por contatos denteados, bem como o baixo grau de microfissuramento e fraca alteração mineral; Fotomicrografia 3 (nicóis cruzados) destacando parcial bastitização de cristais de hiperstênio desenvolvida ao longo de planos de clivagens e de microfraturas; 4 (nicóis paralelos) destacando a pigmentação avermelhada resultante da infiltração de hidróxido de ferro ao longo dos planos de clivagens e planos de microfissuras, bem como a parcial transformação do hiperstênio para biotita.
51
Figura 4.3 Aspectos macroscópicos (foto 1) e microscópicos (fotomicrografias 2, 3 e 4) da rocha Bege Ipanema. Fotomicrografias 2 e 3 (nicóis cruzados) mostrando o bom engrenamento mineral dado por contatos denteados e côncavo-convexos, bem como o baixo grau de microfissuramento e
Figura 5.1 Correlação entre massa específica seca versus teor de minerais máficos. 59
Figura 5.2 Correlação entre porosidade e absorção d’água versus microfissuramento.
60
Figura 5.3 Valores médios de resistência à compressão uniaxial. 61
Figura 5.4 Valores médios da resistência ao módulo de ruptura pelo Método dos 3 Pontos.
63
Figura 5.5 Valores médios da resistência ao módulo de ruptura 4 Pontos. 64
Figura 5.6 Correlação entre desgaste abrasivo Amsler e teor de quartzo. 65
Figura 5.7 Correlação entre valores da resistência ao Impacto de Corpo-Duro com microfissuramento.
66
Figura 5.8 Correlação entre valores de dilatação térmica linear e propagação de ondas ultrassônicas para as rochas estudadas. 68
Figura 5.9 Velocidade média de propagação de ondas ultrassônicas dos corpos-de-prova utilizados nos ensaios de resistência à compressão uniaxial, flexões 3 e 4 pontos versus teores de máficos dos materiais rochosos.
70
Figura 5.10 Correlação entre velocidade de corte e avanço da lâmina (cala) versus
teor quartzo. 71
Figura 5.11 Valores de consumo de granalha e número de horas necessárias para o desdobramento de 1,0 m3 dos materiais estudados. 73
Figura 6 .1 Perda de brilho dos granitos Verde Amazonas, Preto Cajugram e Bege Ipanema após ataques das superfícies polidas com cloreto de amônia, hipoclorito de sódio, hidróxido de potássio e ácidos cítrico e clorídrico.
77
Figura 6.2 Verde Amazonas (A), Preto Cajugram (B) e Bege Ipanema (C) após o ataque com cloreto de amônia (NH4Cl).
82
Figura 6.3 Placas polidas do Verde Amazonas (A), Preto Cajugram (B) e Bege Ipanema (C) após o ataque com hipocloreto de sódio (NaClO).
82
Figura 6.4 Placas polidas do Verde Amazonas (A), Preto Cajugram (B) e Bege Ipanema (C) após ataque com ácido com ácido cítrico (C6H8O7).
Figura 6.6 Placas polidas do Verde Amazonas (A), Preto Cajugram (B) e Bege Ipanema (C) após ataque com hidróxido de potássio (KOH).
84
Figura 7.1 Velocidade de pulso ultrassônico do granito Verde Amazonas após os ciclos de 15 dias de ataque ácido em HCl seguido de congelamento/degelo e ao natural. (Amostras 1, 2, 3: 45 dias ataque ácido/ciclos de 15 dias; amostras 4, 5, 6: 90 dias ataque ácido/ciclos de 15 dias e amostras 19, 20, 21: ao natural). Todas as amostras atacadas e ao natural foram submetidas ao congelamento/degelo.
92
Figura 7.2: Velocidade de pulso ultrassônico do granito Verde Amazonas após os ciclos de 15 dias de ataque ácido em HCl seguido de congelamento/degelo e ao natural. (Amostras 7, 8, 9: 45 dias ataque ácido/ciclos de 15 dias; amostras 10, 11,126: 90 dias ataque ácido/ciclos de 15 dias e amostras 19, 20, 21: ao natural). Todas as amostras atacadas e ao natural foram submetidas ao congelamento/degelo.
93
Figura 7.3 Velocidade de pulso ultrassônico do granito Verde Amazonas após os ciclos de 15 dias de ataque ácido em HCl seguido de congelamento/degelo e ao natural. (Amostras 13, 14, 15: 45 dias ataque ácido/ciclos de 15 dias; amostras 16, 17, 18: 90 dias ataque ácido/ciclos de 15 dias e amostras 19, 20, 21: ao natural). Todas as amostras atacadas e ao natural foram submetidas ao congelamento/degelo.
94
Figura 7.4 Velocidade de pulso ultrassônico do granito Preto Cajugram após os ciclos de 15 dias de ataque ácido em HCl seguido de congelamento/degelo e ao natural. (Amostras 1, 2, 3: 45 dias ataque ácido/ciclos de 15 dias; amostras 4, 5, 6: 90 dias ataque ácido/ciclos de 15 dias e amostras 19, 20, 21: ao natural). Todas as amostras atacadas e ao natural foram submetidas ao congelamento/degelo.
95
Figura 7.5 Velocidade de pulso ultrassônico do granito Preto Cajugram após os ciclos de 15 dias de ataque ácido em HCl seguido de congelamento/degelo e ao natural. (Amostras 7, 8, 9: 45 dias ataque ácido/ciclos de 15 dias; amostras 10, 11,126: 90 dias ataque ácido/ciclos de 15 dias e amostras 19, 20, 21: ao natural). Todas as amostras atacadas e ao natural foram submetidas ao congelamento/degelo.
96
Figura 7.6 Velocidade de pulso ultrassônico do granito Preto Cajugram após os ciclos de 15 dias de ataque ácido em HCl e ao natural. (Amostras 13, 14, 15: 45 dias ataque ácido/ciclos de 15 dias; amostras 16, 17, 18: 90 dias ataque ácido/ciclos de 15 dias e amostras 19, 20, 21: ao natural). Todas as amostras após ciclagens e ao natural foram submetidas ao congelamento/degelo.
ácido/ciclos de 15 dias; amostras 4, 5, 6: 90 dias ataque ácido/ciclos de 15 dias e amostras 19, 20, 21: ao natural). Todas as amostras atacadas e ao natural foram submetidas ao congelamento/degelo.
Figura 7.8 Velocidade de pulso ultrassônico do Granito Bege Ipanema após os ciclos de 15 dias de ataque ácido em HCl seguido de congelamento/degelo e ao natural. (Amostras 7, 8, 9: 45 dias ataque ácido/ciclos de 15 dias; amostras 10, 11,126: 90 dias ataque ácido/ciclos de 15 dias e amostras 19, 20, 21: ao natural). Todas as amostras atacadas e ao natural foram submetidas ao congelamento/degelo.
99
Figura 7.9 Velocidade de pulso ultrassônico do Granito Bege Ipanema após os ciclos de 15 dias de ataque ácido em HCl seguido de congelamento/degelo e ao natural. (Amostras 13, 14, 15: 45 dias ataque ácido/ciclos de 15 dias; amostras 16, 17, 18: 90 dias ataque ácido/ciclos de 15 dias e amostras 19, 20, 21: ao natural). Todas as amostras atacadas e ao natural foram submetidas ao congelamento/degelo.
100
Figura 7.10 Valores médios da resistência ao módulo de ruptura 4 pontos (barras) versus velocidade de ondas ultrassônicas ao natural e após ensaios de ataque ácido e de congelamento/degelo (linhas cheias) para o charnockito Verde Amazonas (corpos de prova de nº 1 a 6; 7 a 12 e 13 a 18 submetidos ao ataque ácido por 45 /90 dias, respectivamente sob a ação de HCl, H2SO4 e HNO3, seguidos de congelamento/degelo; corpos
de prova de nº 19 ao 21 submetidos apenas ao congelamento/degelo e corpos de nº 22 ao 24, ao natural).
105
Figura 7.11 Valores médios do Preto Cajugram para resistência ao módulo de ruptura 4 pontos (barras) versus velocidade do pulso ultrassônico ao natural e após congelamento degelo (linhas cheias). Amostras de nº 1 a 18 submetidas ao ataque ácido por 45 /90 dias sob a ação de HCl, H2SO4 e HNO3, seguidas de gelo-degelo; amostras 19 ao 21 sem ataque ácido, apenas gelo-degelo e amostras 22 ao 24 ao natural.
106
Figura 7.12 Valores médios do Bege Ipanema para resistência ao módulo de ruptura 4 pontos (barras) versus velocidade do pulso ultrassônico ao natural e após congelamento degelo (linhas cheias). Amostras de nº 1 a 18 submetidas ao ataque ácido por 45 /90 dias sob a ação de HCl, H2SO4 e HNO3, seguidas de gelo-degelo; amostras 19 ao 21 sem ataque ácido, apenas gelo-degelo e amostras 22 ao 24 ao natural.
107
Figura 7.13 Valores médios de brilho para o Verde Amazonas ao natural e após os ciclos de 15 dias de ataque ácido em HCl, H2SO4 e HNO3 (Amostras 1,
2, 3; 7, 8, 9 e 13;14;15: 45 dias ataque ácido; amostras 4, 5, 6; 10, 11, 12 e 16,17,18: 90 dias ataque ácido).
12 e 16,17,18: 90 dias ataque ácido).
Figura 7.15 Valores médios de brilho para o Bege Ipanema ao natural e após os ciclos de 15 dias de ataque ácido em HCl, H2SO4 e HNO3 (Amostras 1,
2, 3; 7, 8, 9 e 13;14;15: 45 dias ataque ácido; amostras 4, 5, 6; 10, 11, 12 e 16,17,18: 90 dias ataque ácido).
115
Figura 7.16 Difração de Raio X da eflorescência formada na superfície dos corpos de prova do granito Verde Amazonas, parcialmente imersos no ácido H2SO4.
122
Figura 7.17 Difração de Raio X da eflorescência formada na lateral dos corpos de prova do granito Verde Amazonas, parcialmente imersos no ácido H2SO4.
122
Figura 7.18 Difração de Raio X da eflorescência formada na superfície dos corpos de prova do granito Verde Amazonas, parcialmente imersos no ácido HNO3.
123
Figura 7.19 Difração de Raio X da eflorescência formada na superfície dos corpos de prova do granito Preto Cajugram, parcialmente imersos no ácido H2SO4.
124
Figura 7.20 Difração de Raio X da eflorescência formada na lateral dos corpos de prova do granito Preto Cajugram, parcialmente imersos no ácido H2SO4.
124
Figura 7.21 Difração de Raio X da eflorescência formada na superfície dos corpos de prova do granito Bege Ipanema, parcialmente imersos no ácido H2SO4.
125
Figura 7.22 Difração de Raio X da eflorescência formada na lateral dos corpos de prova do granito Bege Ipanema, parcialmente imersos no ácido H2SO4.
125
Figura 7.23 Eflorecência de sulfatos resultantes dos ataques sob soluções acidificadas de H2SO4 E HNO3 das rochas Verde Amazonas, Preto
Cajugram e Bege Ipanema.
Quadro 2.1 Classificação das rochas quanto à resistência à compressão simples, segundo ISRM (1979).
27
Quadro 2.2 Valores de densidade e velocidade de propagação de ondas nos principais tipos de rocha, segundo, Farmer (1968).
31
Quadro 2.3. Classes de reagentes, fórmulas químicas, produtos que contém os reagentes, concentrações e tempo de ataque do ensaio de alterabilidade, segundo a norma NBR 13818 anexo H (ABNT, 1997).
34
Quadro 3.1 Principais produtores mundiais de rochas ornamentais, segundo
ABIROCHAS (2008). 37
Quadro 3.2 Ranqueamento dos principais países exportadores de rochas ornamentais e volume físico exportado por tipos de produtos comercial-Base 2006. Segundo ABIROCHAS (2008).
38
Quadro 3.3 Principais Produtos das Exportações Brasileiras do Setor de Rochas Ornamentais no 1º Quadrimestre de 2010, janeiro-abril 2010, segundo ABIROCHAS (2010b).
42
Quadro 3.4 Exportação brasileira de rochas em blocos de granitos e rochas similares Período Janeiro-Abril 2010. Dados ABIROCHAS (2010b). 42 Quadro 3.5 Exportação Brasileira de Rochas, (Principalmente Chapas de Granito e
Rochas Similares). Período janeiro-Abril 2010, segundo ABIROCHAS (2010b).
43
Quadro 3.6 Principais estados produtores e exportadores de rochas ornamentais, segundo ABIROCHAS (2009).
44
Quadro 4.1 Síntese das características petrográficas das rochas ornamentais estudadas.
47
Quadro 5.1 Síntese dos resultados dos ensaios tecnológicos e de serrabilidade. 57 Quadro 5.2 Síntese das condições de serrabilidade e desdobramento de placas por m3
dos materiais estudados (Fonte: dados fornecidos pela empresa CAJUGRAM..
57
Quadro 5.3 Síntese dos resultados de serrabilidade e desdobramento de placas por m3 dos materiais estudados (Fonte: dados fornecidos pela Empresa CAJUGRAM).
71
Quadro 6.1 Agentes químicos, concentrações e tempo de ataque e produtos
simulados. 74
Quadro 6.2 Média de brilho antes e após ataques e porcentagem da perda de brilho entre ambos
Verde Amazonas, ao natural e após ensaios de ataque ácido, em ciclos de 15 dias, sob soluções aciduladas de HCl, H2SO4 e HNO3 e de
congelamento/degelo.
Quadro 7.2: Velocidade de propagação de ondas ultrassônicas para o jotunito Preto Cajugram, ao natural e após ensaios de ataque ácido, em ciclos de 15 dias, sob soluções aciduladas de HCl, H2SO4 e HNO3 e de
congelamento/degelo.
90
Quadro 7.3 Velocidade de propagação de ondas ultrassônicas para o gnaisse Bege Ipanema, ao natural e após ensaios de ataque ácido, em ciclos de 15 dias, sob soluções aciduladas de HCl, H2SO4 e HNO3 e de
congelamento/degelo.
91
Quadro 7.4 Valores da resistência ao módulo de ruptura 4 pontos após 45/90 dias no ácido seguidos de congelamento degelo (nº corpo de prova 1 ao 18), e apenas a congelamento degelo (nº corpo de prova 19 ao 21) e ao natural (nº corpo de prova 22 ao 24) para os granitos Verde Amazonas, Preto Cajugram, Bege Ipanema.
103
Quadro 7.5 Coeficiente de enfraquecimento R, após 45/90 dias no ácido seguidos de congelamento degelo, e apenas a congelamento degelo e ao natural, para os granitos Verde Amazonas, Preto Cajugram, Bege Ipanema.
104
Quadro 7.6 Média do brilho para o granito Verde Amazonas, ao natural; após cada
ciclo de 15 dias. 110
Quadro 7.7 Média do brilho para o granito Preto Cajugram, ao natural e após cada ciclo de 15 dias.
111
Quadro 7.8 Média do brilho para o granito Bege Ipanema, ao natural; após cada ciclo de 15 dias.
112
Quadro 7.9 Descrição para o Verde Amazonas das alterações visuais e de formação de sais nos corpos de prova após cada ciclo de 15 dias.
119
Quadro:7.10 Descrição para o Preto Cajugram das alterações visuais e de formação de sais nos corpos de prova após cada ciclo de 15 dias.
120
1. INTRODUÇÃO
1.1. Contexto Geral do Estudo ... 14
1.2. Objetivos ... 15
1.3. Localização dos Materiais de Estudo ... 15
2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. Materiais Utilizados ... 18
2.1.1. Contexto Geológico dos Materiais ... 18
2.2. Método de Trabalho ... 19
2.2.1. Revisão Bibliográfica ... 21
2.2.2. Trabalho de Campo ... 21
2.3. Análises Petrográficas ... 21
2.4. Ensaios de Caracterização Tecnológica ... 24
- Índices Físicos ... 24
- Compressão Uniaxial ... 26
- Ensaio de Flexão pelo Método 3 Pontos ... 27
- Ensaio de Flexão pelo Método 4 Pontos ... 28
- Desgaste Abrasivo Amsler ... 30
- Propagação de Ondas Longitudinais ... 30
- Impacto de Corpo Duro ... 32
- Dilatação Térmica Linear ... 32
2.5. Ensaios de Alterabilidade Química ... 33
2.5.1 Resistência ao Ataque Químico de Compostos Agressivos ... 33
2.5.2Resistência ao Ataque Químico com Soluções Aciduladas ... 34
2.6 Teste de Serrabilidade dos Materiais. ... 35
3. CONSIDERAÇÕES SOBRE O SETOR ROCHAS ORNAMENTAIS 3.1. Panorama Nacional e Mundial ... 36
3.2. Panorama do Estado do Espírito Santo ... 43
4. ANÁLISE PETROGRÁFICA DOS MATERIAIS ESTUDADOS 4.1. Verde Amazonas ... 45
4.2. Preto Cajugram ... 50
4.3. Bege Ipanema ... 53
5. PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS DAS ROCHAS ESTUDADAS E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 5.1. Índices Físicos ... 58
5.2. Resistência à Compressão Simples ... 60
5.3. Resistência à Flexão 3 Pontos ... 61
5.8. Propagação de Ondas Ultrassônicas Longitudinais ... 68
5.9. Serrabilidade dos Materiais estudados ... 70
6. RESISTÊNCIA AO ATAQUE QUÍMICO DE COMPOSTOS AGRESSIVOS 6.1 Resultados e Discussões ... 75
6.1.1. Perda de Brilho ... 75
6.1.2. Alteração Cromática ... 79
7. RESISTÊNCIA AO ATAQUE QUÍMICO SOB AÇÃO DE SOLUÇÕES ACIDIFICADAS 7.1 Propagação de Ondas Ultrassônicas ... 86
7.2 Resistência à Flexão 4 Pontos ... 101
7.3 Brilho ... 108
7.4 Eflorescência ... 116
8. CONSIDERAÇÕES SOBRE OS RESULTADOS E RECOMENDAÇÕES DE USO 127 9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 131
ANEXOS
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
1.1. Contexto Geral do Estudo
As rochas ornamentais constituem materiais naturais próprios e de beleza única. Assim, cada material apresenta um aspecto estético distinto, reflexo das características petrográficas, tais como textura (tamanho dos grãos minerais), estrutura (disposição dos minerais) e composição mineralógica.
Em virtude de suas mais variadas formas de utilizações em obras civis, as rochas ornamentais e de revestimento estão sujeitas a diversas solicitações de natureza física, mecânica, biológica e química. As propriedades tecnológicas (física; mecânica; alterabilidade) que condicionam os usos mais adequados dos materiais pétreos em edificações são diretamente controladas pela conjugação das características petrográficas (mineralogia; textura; estrutura) da rocha. Este fato aliado a vigorosa expansão do emprego de rochas ornamentais como material de revestimento na construção civil experimentada nas últimas décadas, bem como à crescente diversidade de materiais pétreos ofertados pelo mercado, tem conduzido a uma demanda cada vez maior dos conhecimentos técnicos sobre o desempenho destes materiais ao longo do tempo.
Desta forma, fica patente que o conhecimento de tais propriedades é de fundamental importância para a correta especificação da rocha como material ornamental e de revestimento, de forma a minimizar e evitar o surgimento de patologias (normas da ASTM ABNT) como a perda de brilho, manchamentos, desagregação de minerais, alterações de cor, diminuição da resistência mecânica, entre outros fatores.
físico-mecânicas e de alterabilidade das rochas para fins ornamentais e para revestimento frente às solicitações a que estarão sujeitas durante o uso em obras civis.
Nesse contexto, o presente trabalho apresenta os resultados do comportamento físico-mecânico e de alterabilidade química de três variedades de rochas ornamentais silicáticas, detentoras de diferentes aspectos composicionais, texturais e estruturais, para efeito de comparação.
Os resultados obtidos são discutidos em função das características petrográficas das rochas estudadas, com o objetivo de se avaliar tanto a influência das propriedades petrográficas no comportamento tecnológico das rochas estudadas quanto em relação ao provável desempenho que estes materiais poderão apresentar em diferentes ambientes de aplicação.
1.2. Objetivos
A pesquisa enfoca aspectos da caracterização tecnológica e de alterabilidade química de rochas ornamentais silicáticas (quartzo-feldspáticas e feldspáticas) detentoras de diferentes feições texturais e estruturais, visando:
- a definição de propriedades petrográficas capazes de explicar e/ou prever o comportamento físico-mecânico e de alterabilidade das rochas durante o uso em obras civis, em função estrutural, onamental e revestimento;
- contribuir na orientação para uma correta especificação destes materiais pétreos. - a comparação das propriedades petrográficas com a serrabilidade dos materiais.
1.3. Localização dos Materiais de Estudo
A pedreira do Verde Amazonas está situada no Município de Itaguaçu (Figura 1.1), região centro-oeste do Espírito Santo. Para se atingir a área da jazida, tendo como referencia a capital Vitória, toma-se a rodovia ES-080 com sentido noroeste por cerca de 150 km até a cidade de Itaguaçu e a partir daí até a Fazenda Pontal.
Para se atingir a pedreira do Preto Cajugram (Figura 1.1) localizada no litoral centro-leste do estado, toma-se, a partir da capital Vitória, a BR-101 em sentido norte por cerca de 70 km até o trevo de Ibiraçu e a partir daí em direção a Aracruz, por cerca de 15 km até o vilarejo de Mucuratã.
)
Estado do Espírito Santo Minas Gerais
Rio de Janeiro
Iúna Serra Irupi Viana Piúma Muqui Fundão Alegre Guaçuí Iconha Apiacá Aracruz Ibiraçu Itarana Ibatiba Vitoria Castelo Colatina Itaguaçu Anchieta Brejetuba Cariacica Ibitirama Guarapari João Neiva Itapemirim Marataízes Vargem Alta Baixo Guandu Santa Teresa Muniz Freire
Mimoso do Sul
Afonso Cláudio
Alfredo Chaves
Rio Novo do Sul Atilio Vivacqua
Laranja da Terra
Santa Leopoldina
Domingos Martins Marechal Floriano
Jerônimo Monteiro
São Roque do Canaã
Divino de Lourenço Dores do Rio Preto
Presidente Kennedy Bom Jesus do Norte
São José do Calçado
Conceição do Castelo
Santa Maria de Jetibá
Cachoeiro de Itapemirim
41°0 '0"W 42°0 '0"W 20 °0' 0" S 21 °0' 0" S 10 Km Legenda Amostras Rodovía Federal Municípios Capital Escala Rodovia Estadual Rios Divisa Política Oce ano Atlâ ntico
1 Bege Ipanema
2 Preto Cajugram
3 Verde Amazonas
50 30 1 2 3
±
Brasil
BR-101 BR-262Figura 1.1 - Localização geográfica das rochas estudadas
1
2
3
N
ES-80
CAPÍTULO 2
MATERIAIS E MÉTODOS
2.1. Materiais Utilizados
Para o desenvolvimento do projeto foram selecionadas três variedades de rochas ornamentais silicáticas do estado do Espírito Santo, comercialmente denominadas de Verde Amazonas, Preto Cajugram e Bege Ipanema exploradas, repectivamente, nos municípios de Itaguaçu, Aracruz e Muniz Freire (Figura 2.1) pela Empresa CAJUGRAM Granitos e Mármores do Brasil Ltda., sediada no Município de Mimoso do Sul - ES.
Os três materiais são comercializados no mercado interno e externo, sendo que a variedade Verde Amazonas corresponde a um charnockito megaporfirítico verde escuro de matriz fanerítica média-grossa, a variedade Preto Cajugram a um hiperstênio monzodiorito (jotunito) de coloração preta com granulação média e o Bege Ipanema um gnaisse quartzo-feldspático de coloração cinza claro a bege claro homogêneamente foliado.
2.1.1. Contexto Geológico dos Materiais
O charnockito Verde Amazonas provém do município de Itaguaçu, localizado na porção centro-oeste do estado do Espírito Santo, perto da divisa com Minas Gerais Figura 2.1). Corresponde a uma variedade litológica do Maciço Granulítico-Charnockítico de Itaguaçu (PINHEIRO, 1978), unidade litoestratigráfica integrante do Complexo Paraíba do Sul.
O hiperstênio monzodiorito Preto Cajugram é oriundo do município de Aracruz, região leste do estado do Espírito Santo, nas proximidades do litoral capixaba. Trata-se de um dos tipos petrográficos de um pequeno corpo magmático situado na borda leste do Complexo Paraíba do Sul, provavelmente integrante da faixa de dobramento Araçuaí (ALMEIDA ET AL., 1978), que aflora entre as coberturas Cenozóicas da Formação Barreiras no litoral capixaba. Corresponde a uma exposição magmática não representada no mapa geológico do estado do Espírito Santo, conforme verificado pela localização das amostras representada na Figura 2.1.
O gnaisse Bege Ipanema é explorado no município de Muniz Freire, região centro-oeste do estado do espírito Santo, próximo à divisa com o estado de Minas Gerais (Figura 2.1). Corresponde a um ortognaisse da sequência gnáissica de Muniz Freire, pertencente ao Ortognaisse de Muniz Freire (CPRM, 1993), caracterizada por exibir como litologia principal gnaisses granitóides de composição dominantemente granítica (gnaisse granítico), distribuídos praticamente ao longo de toda a faixa dessa unidade, com variações localizadas para faciologias granodiotíticas a tonalíticas. A área de ocorrência dos ortognaisses apresenta um relevo alçado, com morros isolados, dando feições do tipo pão de açúcar, vales encaixados e feições abauladas. Esses gnaisses graníticos apresentam-se com cor cinza a cinza-clara, em geral de granulação média a grosseira, localmente porfiroblástico, constituídos essencialmente de feldspato potássico (microclínio), plagioclásio, quartzo, biotita contendo como minerais acessórios apatita, zircão, allanita, titanita e, em alguns locais, granada (CPRM, 1993).
2.2. Métodos de Trabalho
3
2
1
0 10
km
Depósitos Quaternários
Granitóides Sin e Pós-Colisionais Grupo Barreiras
Complexo Pocrane Complexo Montanha Ortognaisses
Complexo Paraíba do Sul Complexo Juiz de Fora Depósitos Lateríticos Legenda
2 Preto Cajugram
3 Bege Ipanema 1 Verde Amazonas Brasil
¯
20 40
21
°0'
0"
S
20
°0'
0"
S
41°0 '0"W 42°0 '0"W
Figura 2.1: Mapa geológico simplificado do Estado do Espírito Santo (adaptado de CPRM, 2004).
1 Bege Ipanema
2 Preto Cajugram
3 Verde Amazonas
2.2.1 Revisão Bibliográfica
A revisão bibliográfica consistiu do levantamento de dados inerentes à problemática enfocada, ocorrências geológicas dos materiais investigados, significado dos resultados de caracterização tecnologica e de alterabilidade obtidos, possibilidades de utilização/aplicação dos materiais estudados e da importância do setor de rochas ornamentais e para revestimentos na economia brasileira.
2.2.2 Trabalhos de Campo
Os materiais utilizados foram fornecidos pela empresa CAJUGRAM, detentora das lavras das referidas rochas. Assim o trabalho de campo consistiu em realizadas visitas à empresa de beneficiamento para coletar as amostras e tomar conhecimento dos procedimentos adotados no desdobramento dos blocos e beneficiamento das chapas obtidas (como polimento; resinagem; telamento) visando uma melhor avaliação do possível comportamento físico-mecânico e de alterabilidade dos referidos materiais frente às solicitações inerentes aos diferentes ambientes de aplicação.
2.3. Análise Petrográfica
As análises petrográficas foram desenvolvidas em amostras representativas dos maciços minerados, visando qualificar e quantificar determinados aspectos das rochas através da determinação da mineralogia e caracterização das feições estruturais e texturais exibidas pelo materiais analisados, considerando-se granulação, relações entre os cristais, quantidade de fissuramento, alteração, etc. Os critérios gerais para a análise petrográfica se embasaram nas diretrizes constantes na norma NBR 12.768 (ABNT 1992a) complementadas com as orientações fornecidas por Rodrigues et al. (1996; 1997) e Navarro (1998).
Quantificação mineralógica
Ao se analisar a composição modal das rochas levou-se em consideração seus aspectos texturais visando uma melhor precisão na classificação petrográfica dos materiais estudados. A classificação modal das rochas foi embasada no diagrama QAP proposto pela IUGS (Streckeisen, 1976).
Deste modo, a porcentagem modal das rochas de granulação fina foi determinada através da contagem dos minerais em lâminas delgadas. Para as rochas de granulação grossa a porcentagem modal foi obtida através da composição e quantificação mineral microscópica, para os minerais máficos e acessórios, e da contagem macroscópica de minerais félsicos através da técnica de colorometria (conforme técnica descrita por Morais e Rodrigues, 1978), que consiste no ataque da superfície de placas polidas com ácido fluorídrico seguido por tratamento com cobaltonitrito de sódio, cujo resultado permite a pronta diferenciação sob observação macroscópica entre feldspato potássico, plagioclásio e consequetemente do quartzo. A determinação percentual entre os referidos minerais é obtida fazendo uso de uma malha de pontos com espaçamento que varia de acordo com a granulação da rocha (por ex.: de 0,5cm; 1cm; 2 cm; etc.; para rochas de granulação mais fina para rochas grã mais grossa). Por tanto para o Verde Amazonas utilizou espaçamento de 2 cm, no Preto Cajugram espaçamento de 0,5 cm e para o Bege Ipanema espaçamento de 1 cm.
Classificação das rochas em relação aos aspectos texturais/tamanho relativo dos cristais:
Quanto a estes quesitos foram adotados os seguintes critérios para as rochas estudadas:
- rocha equigranular: textura de rochas onde os grãos minerais têm o mesmo tamanho ou com uma pequena variação relativa;
- rocha inequigranular: textura de rochas onde os cristais apresentam diferenças de tamanhos de até 1:10, de forma que os minerais maiores não sobressaiam em relação aos menores;
- rocha porfiróide: textura da rocha que apresenta megacristais no mínimo cinco vezes maior que a média da matriz, destacando-se visívelmente da matriz;
Quanto à granulação dominante da rocha:
- média:diâmetro médio entre 3 e 7 mm;
- média-grossa:diâmetromédio entre 7 e 10 mm - granulação grossa:diâmetromédio acima de 10,0mm
Relação de contato entre os minerais
Os contatos entre os grãos minerais, verificados em microscópico, foram classificados em três tipos básicos, a saber: contato plano; côncavo-convexo e serrilhado. Cada tipo é quantificado de acordo com a média das contagens executadas em microscópio óptico, cujo aumento é determinado de acordo com a granulação da rocha: aumento de 4x para as rochas com granulações média/grossa e de 10x para as de granulações mais finas.
Grau de alteração mineral
O grau de alteração observado em microscópio óptico foi quantificado para cada mineral passível de alteração, tais como plagioclásio (saussuritização; sericitização; epidotização; transformação para carbonatos), feldspato potássico (sericitização; argilominerais) e minerais máficos (cloritização; epidotização; bastitização; transformações para óxidos e hidróxidos). De acordo com a intensidade das alterações das rochas foram classificados em:
- grau de alteração intenso >60% da rocha alterada - grau de alteração moderado 30 a 60% da rocha alterada - grau de alteração incipiente <30% da rocha alterada - ausente 0% rocha sem alteração
Microfissuras
O microfissuramento mineral foi expresso em número de microfissuras por mm2, equivalente a média das contagens efetuadas através de microscópio óptico.
Alto > 2,0 microfissuras por mm2 Moderado 1,0 a 2,0 microfissuras por mm2 Baixo < 1,0 microfissuras por mm2
2.4. Ensaios Físico-Mecânicos
Índices físicos
As propriedades físicas dos materiais rochosos são fundamentais no estudo de rochas ornamentais e de revestimento, pois influenciam diretamente em vários outros parâmetros importantes como resistência à compressão, resistência à flexão, absorção de água por capilaridade, alterabilidade, manchamentos, propagação de ondas ultra-sônicas.
É determinado como índices físicos a massa específica aparente seca (kg/m3), massa específica aparente saturada (kg/m3), porosidade aparente (%) e absorção d’água (%).
Para realização deste ensaio seguiu-se a ABNT, NBR 12.766 (ABNT, 1992b). Para tanto são preparados dez corpos de rocha preferencialmente cúbicos com arestas próximas a 5cm, com peso ideal entre 300 e 400 gramas. Os corpos-de-prova corpos-de-prova passam pelo processo de secagem em estufa ventilada a 110º C, por 24 horas e são novamente pesados adquirindo o peso (C). E posteriormente são saturados em água através do processo “por capilaridade” ou em dessecadores com auxílio de bomba a vácuo durante 3 horas, e em seguida pesados dentro de um recipiente com água, adquirindo o peso submerso (A). Logo após enxuga-se os corpos-de-prova com auxilio de um pano levemente úmido, retirando dessa forma o excesso de água, e novamente as amostras são pesadas obtendo-se o peso saturado (B).
Para apuração dos dados utilizamos as expressões: -Massa especifica aparente seca: A/B-C (kg/m3)
-Massa específica aparente saturada: B/(B-C)(kg/m3)
-Porosidade aparente: B-A/(B-C) x 100(%)
Massa Específica Aparente (kg/m3)
A massa especifica aparente consiste no volume do material sólido, desconsiderando todos os poros.
A definição de massa específica de um material rochoso depende tanto de sua rede de poros permeáveis como impermeáveis. Assim, a massa específica absoluta refere-se ao volume de material sólido, excluídos todos os poros, e pode, portanto, ser definida como a relação da massa do sólido no vácuo e o volume desse mesmo sólido a uma temperatura estabelecida. Já a massa específica aparente é o volume total do sólido, incluídos os poros impermeáveis, mas não os capilares.
Os grupos rochosos mais comuns possuem valores de massa específica aparente entre 2,6 e 2,8 g/cm³. O efeito da água contida nos poros ou cavidades reflete-se em todas as propriedades físico-mecânicas, uma vez que a densidade da água é muito maior que a do ar. Isso faz aumentar a densidade aparente da rocha, mesmo sem qualquer alteração estrutural.
Porosidade aparente (%) e absorção d’água (%)
A quantificação relativa dos poros de um material e seu volume total representa sua porosidade. Vários esquemas de classificação foram propostos para descrever o complexo sistema poroso de uma rocha e, com isso, definidos vários tipos de porosidade.
A porosidade total é definida como sendo a relação entre o volume de todos os vazios contidos em um corpo de prova e o volume total da amostra.
A porosidade aparente considera apenas os vazios que permitem a circulação de fluidos (ar e água) em seu interior.
Quando se abordam as características do espaço poroso, deve ser levado em consideração não apenas o volume ocupado pelos vazios, mas também a dimensão, forma superfície e distribuição destes. Essas características permitem, entre outros aspectos, conhecer o transporte das fases líquidas e gasosas na rocha, a formação de minerais secundários no espaço poroso (especialmente sais) e até quantificar o grau de alteração da rocha.
Resistência à Compressão Uniaxial
O ensaio de resistência à compressão uniaxial permite a obtenção do valor máximo de carga suportada pelo corpo de prova durante o ensaio. É através deste ensaio, que se pode qualificar e dimensionar a rocha em aplicação estrutural, como por exemplo, edificações, colunas etc.
Os ensaios realizados seguiram a norma ABNT, NBR 12767 (ABNT, 1992c). Para tanto dez corpos-de-prova cúbicos paralelo e perpendicular a foliação, com arestas de aproximadamente 7,5 cm, no estado seco, foram submetidos a um esforço compressivo axial com uma taxa de carregamento de 600 KPa/s em uma prensa hidráulica com capacidade de 200 toneladas de carga, até à ruptura.
Expressão numérica para apuração dos valore da tensão a ruptura:
σ
σ
σ
σ
=
F/A onde:σ
σ
σ
σ
= = = = Tensão de ruptura (MPa)F = força de ruptura (KN)
A = área de carga do corpo de prova (m2)
Vários fatores influenciam na resistência mecânica de uma rocha, com destaque para as características texturais e estruturais, dimensões e distribuição dos grãos minerais, microfraturamentos, anisotropias e grau de alterabilidade. Os fatores relacionados com a presença da água, como porosidade e absorção d’água, assumem importância fundamental, pois a água é um elemento que acelera a alteração da maioria dos minerais, principalmente os ferromagnesianos, carreando e precipitando determinados elementos químicos ou, ainda, agir como lubrificante diminuindo sua resistência mecânica, (Figueiredo, 1997). A porosidade é, portanto, um fator determinante a ser considerado no estudo e utilização de rochas ornamentais.
Neste contexto, materiais rochosos com elevados valores da resistência à compressão representam, no geral, materiais detentores de baixas porosidade e grau de fraturamento.
ASTM-C-615 (ASTM, 2010) como maior ou igual a 130 MPa. Frazão & Farjallat (1995) propuseram uma especificação de resistência à compressão igual ou superior a 100 MPa para rochas silicáticas, baseados em valores estatísticos de resultados de rochas brasileiras.
Quadro 2.1 - Classificação das rochas quanto à resistência à compressão simples, segundo ISRM (1979)
ı
c (Mpa) Classificação<1 Extremamente branda (solo)
1 – 5 Muito branda
5 – 25 Branda
25 – 50 Resistência média
50 – 100 Resistente
100 – 250 Muito resistente > 250 Extremamente resistente
Módulo de Ruptura (Método dos Três Pontos)
Neste ensaio determina-se qual a tensão máxima de ruptura da rocha, quando submetida a esforços fletores (flexão e tração simultaneamente). Os resultados da resistência à flexão são importantes para qualificação e avaliação de materiais pétreos sujeitos a esforços flexivos e de tração destinados a ambientes como, por exemplo, fachadas, bancadas, pisos elevados, mesas para equipamentos de precisão, dentre outros.
O cálculo da tensão de ruptura pelo método do 3 pontos é feito através da seguinte expressão:
R = 3PL/2bd² onde:
R = tensão de ruptura na flexão (MPa) P = força de ruptura (KN)
L = distância entre os cutelos de ação (m) b = largura do corpo de prova (m)
d = espessura do corpo-de-prova (m)
Para este parâmetro o valores médios sugerido por Frazão & Farjallat (1995) é de 10 MPa e de 10,34 MPa pela norma ASTM C-615 da ASTM (2010).
Resistência à flexão (Método dos quatro Pontos)
Este ensaio visa determinar a resistência de um corpo rochoso quando submetido a ações conjuntas de compressão e tração. A importância prática do mesmo reside no fato de permitir o cálculo da espessura em função da área das placas que sofrerão esforços fletores após sua colocação em revestimento de fachadas.
Figura 2.2: Ilustração do ângulo de comercialização e ensaio dos materiais Verde Amazonas e Bege Ipanema.
Esse ensaio utilizou taxa de carregamento de 535 N/min. Os corpos-de-prova são apoiados em dois cutelos inferiores (de ação), sendo o espaçamento entres eles igual ao comprimento da amostra menos 2cm, e dois superiores (de reação) posicionados no sentido transversal ao corpo-de-prova, com espaçamento entre eles de L/2.
O valor da tensão de ruptura é dado através da seguinte expressão:
R = 3PL/4bd²
onde:
R = tensão de ruptura na flexão (MPa) P = força de ruptura (kN)
L = distância entre os cutelos de ação (m) b = largura do corpo de prova (m)
d = espessura do corpo-de-prova (m) Bloco
Desgaste Abrasivo Amsler
O desgaste por abrasão consiste em simular uma situação de atrito sofrido pela rocha como por exemplo: ambiente de tráfego, tendo como agente abrasivo a Areia Normal Brasileira NBR – 7214, areia Nº 50, de granulação 0,3 mm.
Segundo a Norma ABNT NBR 12.042 (ABNT, 1992e), o ensaio deve ser realizado com dois corpos-de-prova na forma de placas regulares com dimensões: 7 x 7 x 2,5 ou 5,0 cm, e após ser submetido ao percurso de 500 m no maquinário Amsler. O desgaste em (mm) é obtido através da diferença da altura inicial e final, dos corpos-de-prova individualmente. E em seguida faz o mesmo com percurso de 1000 m.
A resistência que a rocha oferece ao desgaste tem relação direta com a composição mineralógica, grau de dureza dos constituintes minerais e seus imbricamentos mineralógicos, granulação e arranjo mineral (textura).
Rochas formadas por minerais de baixa dureza são inadequadas para revestimentos de áreas com intenso trânsito de pedestres, como pisos de hall, degraus de escadarias, pois a mesma estará submetida a intenso atrito provocando, desgaste. Por outro lado, rochas quartzosas ou constituídas essencialmente de minerais silicatados são menos desgastadas quando submetidas às mesmas solicitações.
Velocidade de Propagação de Ondas Ultrassônicas Longitudinais
A norma ASTMd 2845 (2008) padroniza o ensaio das ondas ultrassônicas. A
aparelhagem contem de um transmissor de 200 kHz e um receptor, ambos de 20mm de diâmetro, conectados a um PUNDIT (Portable Ultrasonic Non Destrutive Digital Indicator Tester) que registra o tempo que a onda leva para ultrapassar o corpo de prova. O método se ampara na proposição de que, quando uma carga dinâmica é transmitida, ela tem capacidade de iniciar ondas de deformação na rocha. Quando uma explosão durante a lavra é aplicada, mesmo por um período de microsegundos, se inicia um complexo stress com a propagação de ondas plásticas e elásticas na rocha que, apesar da carga ser aplicada em um intervalo de poucos segundos, cria-se na rocha uma situação similar àquela induzida por uma carga estática.
indiretamente vários parâmetros físicos e mecânicos das rochas, tais como densidade, porosidade, absorção d’água, grau de alteração. Deste modo alta velocidade de propagação da onda indica baixas porosidade e absorção d’água, boa sanidade da rocha, etc.
Esta é uma técnica não destrutiva, que ao contrário dos outros ensaios, este pode ser utilizado em estudos de conservação de edifícios, monumentos históricos, na verificação da qualidade das placas de rochas durante o assentamento de fachadas, etc. A deterioração do material rochoso diminui o grau de coesão entre os grãos minerais, aumentando a porosidade e, conseqüentemente, diminuindo a velocidade de propagação de ondas.
Nesse ensaio obtemos o tempo que a onda ultra sônicas leva para passar pelo corpo-de-prova, o qual é dado em μs (mili-segundos) e, dispondo da distância percorrida pela onda,
calcula-se a velocidade do pulso ultra-sônico através da seguinte expressão:
Vp = d/t onde:
Vp = velocidade do pulso utra-sônico (m/s)
d = distância percorrida pela emissão de ultra-som (m) t = tempo do percurso da onda de ultra-som (µµµµs)
O Quadro 2.2. fornece um padrão comparativo entre densidade e velocidade de ondas das principais rochas.
Quadro 2.2 - Valores de densidade e velocidade de propagação de ondas nos principais tipos de rocha, segundo Farmer (1968)
Tipo de rocha Velocidade de ondas(m/s) Densidade (g/cm²)
Granito 3.000 – 5.000 2,65
Basalto 4.500 – 6.500 2,85
Dolerito 4.500 – 6.500 3,00
Gabro 4.500 – 6.500 3,05
Arenito 1.400 – 4.000 2,55
Argila 1.400 – 3.000 2,30
Calcário 2.500 – 6.000 2,50
Mármores 3.500 – 6.000 2,65
Quartzito 5.000 – 6.500 2,65
Resistência ao Impacto de Corpo Duro
A execução e equipamentos necessários para realização deste ensaio é ditada pela norma ABNT NBR 12764 (ABNT, 1992f). Para sua realização são necessários cinco corpos-de-prova na forma de placas retangulares de 20 x 20 x 3 cm, as quais são apoiadas em um colchão de areia de 10 cm de espessura e submetidas ao impacto pela queda livre de uma esfera de aço com 6 cm de diâmetro com peso de 1.000 gramas.
O resultado para cada amostra é a média aritmética das alturas de queda que fraturam as placas, expresso em metros. Sendo que quanto menores os valores encontrados, menos resistente ao choque é o material.
Este ensaio permite avaliar a tenacidade do material rochoso, e visa a simulação de queda de objetos pesados nos materiais pétreos em diversas situações, sendo importante na caracterização de materiais para revestimentos de interiores como pisos, soleiras, degraus, mesas, balcões e pias.
Coeficiente de Dilatação Térmica Linear
O ensaio de dilatação térmica linear segue norma ABNT NBR 12756 (ABNT, 1992g). Para a realização do ensaio são necessários pelo menos dois corpos-de-prova cilíndricos com 3,0 cm de diâmetro e 9,0 cm de comprimento, extraídos ortogonalmente entre si da rocha. No caso de rochas com estrutura anisotrópica um dos corpos deve ser extraído com eixo orientado paralelamente o plano da anisotropia (p.ex., foliação mineral) e o outro normal ao plano de foliação. Os corpos-de-prova devem passar por saturação em água por 24 horas, em condições submersas, ser submetido a aquecimento de 0ºC a 50ºC seguido por posterior resfriamento de 50ºC a 0ºC, com taxa de aquecimento e resfriamento de 0,3°C/minuto.
Esse ensaio é fundamental para a determinação do espaçamento e juntas de dilatação a ser aplicado em rochas utilizadas como pisos e fachadas, quer de ambientes de interiores quer de exteriores.
ß = ΔΔΔL / LΔ 0 x ΔΔΔΔT
onde:
ß = coeficiente de dilatação térmica linear (mm/m ºC)
ΔL = incremento de comprimento de corpo-de-prova (mm)
L0 = comprimento inicial do corpo-de-prova (m)
ΔT = incremento de temperatura (ºC)
2.5. Resistência ao Ataque Químico
2.5.1. Resistência ao Ataque Químico de Compostos Agressivos
Em termos gerais, o ensaio de resistência ao ataque químico se apresenta como mais uma ferramenta que permite avaliar a alterabilidade das rochas. Consiste na aplicação de substâncias químicas na superfície polida da rocha simulando em velocidade acelerada os efeitos causados pelos produtos de limpeza ou encontrados em substâncias orgânicas naturais (Quadro 2.3).
Neste contexto, o ensaio tem por objetivo simular os efeitos de substâncias químicas presentes nos produtos de limpeza doméstica (detergentes, sabões, água sanitária e desinfetantes), de sucos de frutas cítricas, no tratamento de águas de piscinas, entre outros, que visam avaliar o tipo e o grau de alteração sofridos pelas rochas após o contato com estas substâncias em determinado espaço de tempo.
Destaca-se, entretanto, que não há normas especificas estabelecendo procedimentos e critérios de avaliação deste tipo de ensaio voltada para aplicação em rochas ornamentais. Desta forma, o ensaio consiste em parcial adaptação dos procedimentos da norma ABNT NBR 13818 – anexo H (ABNT, 1997), originalmente utilizada em placas cerâmicas e que consiste na aplicação de substâncias comumente encontradas em produtos de limpeza, como HCl, KOH, H8C6O7, NH4Cl e NaClO, em concentrações que simulam em velocidade
Quadro 2.3. - Classes de reagentes, fórmulas químicas, produtos que contém os reagentes, concentrações e tempo de ataque do ensaio de alterabilidade, segundo a norma NBR 13818 anexo H (ABNT, 1997).
Produtos que Contém os
Reagentes Agentes Agressivos
Fórmula Química
Concen- tração
Tempo de Ataque
Produtos químicos domésticos
como detergentes e sabões Cloreto de Amônia NH4Cl 100g/l 24 horas
Produtos para tratamento de água de piscina, água sanitária e
produtos anti-mofo
Hipoclorito de Sódio NaClO 20g/l 24 horas
Sucos de frutas cítricas, vinagre e
refrigerantes Ácido Cítrico C6H8O7 100g/l 24 horas
Ácido Muriático Ácido Clorídrico HCl 3% (v/v) 96 horas
Sabões em geral Hidróxido de Potássio KOH 30g/l 96 horas
2.5.2. Resistência ao Ataque Químico com Soluções Aciduladas
Este ensaio visa simular a atuação de atmosferas poluídas, em especial aquelas relacionadas às chuvas ácidas, sobre as rochas ornamentais. Este ensaio, descrito por, Simão (2003), Simão e Silva (1997), consiste em mergulhar 1/3 da amostra em soluções ácidas de HCl, H2SO4 e HNO3 com concentrações de 0,25 % (v/v), durante 3 e 6 ciclos de 15 dias/cada.
Para a realização deste ensaio foram utilizados corpos-de-prova com dimensões 30 x 4,5 x 3cm, ou seja, de tal forma que o comprimento corresponde a 10 vezes a espessura e a largura 1,5 vezes à espessura, conforme ABNT NBR 15845 (ABNT, 2010)
todos os corpos foram saturados em água e submetidos a 25 ciclos de congelamento e degelo (segundo a ABNT NBR 15845 (ABNT, 2010) seguidos da flexão 4 pontos. Os resultados obtidos após cada ciclo químico foram comparados entre si, bem como com os corpos-de-prova ao natural e aos submetidos apenas ao congelamento e degelo.
2.6. Testes de Serrabilidade dos materiais
Este tópico compara os resultados de ensaios de caracterização físico-mecanicos de três rochas ornamentais obtidos no Laboratório de Rochas Ornamentais do Depatamento de Petrologia e Metalogenia do IGCE/UNESP com os valores de serrabilidade obtidos durante o processo de desdobramento de blocos realizado em teares multilâminas pela Empresa CAJUGRAM Granitos e Mármores da cidade de Mimoso-ES.
Este teste não é regido por normas. O procedimento adotado foi a simples comparação entre desempenhos obtidos durante o desdobramento, via teares multilâminas, dos três materiais estudados. Os testes realizados tiveram por objetivo a avaliação da influência dos aspectos petrográficos (composição; textura; estrutura) e de determinados parâmetros físico e mecânicos no melhor entendimento do comportamento das rochas durante o referido processo de desdobramento dos respectivos blocos rochosos. Estas comparações também podem ser efetuadas durante a pesquisa mineral, para compor custos totais de produção das chapas dos granitos e conseqüentemente o valor mínimo de sua comercialização.
CAPÍTULO 3
CONSIDERAÇÕES SOBRE O SETOR DE ROCHAS ORNAMENTAIS
3.1. Panorama Nacional e Mundial
No cenário internacional o Brasil se enquadra no grupo dos grandes produtores e exportadores mundiais de rochas ornamentais para revestimento. Segundo Chiodi Filho (2006, 2007) o Brasil saltou, no ranking do mercado mundial de rochas ornamentais especiais, da 12a posição em 1999 para a 4a posição em 2006, evoluindo de uma participação de apenas 1,4% em 1999 para mais de 5% em 2006. Segundo Chiodi Filho (2007), no ano de 2006, o Brasil colocou-se como o 4º maior produtor (Quadro 3.1), com 8,1% da produção e exportador mundial de rochas em volume físico, como 2º maior exportador de granitos brutos, como 4º maior exportador de rochas processadas especiais, e como 2º maior exportador de ardósias (Quadro 3.2), além de ser o principal fornecedor de chapas de granito para os EUA. Para chegar a esse patamar conforme Chiodi Filho (2007) o Brasil detém cerca de 600 variedades comercializadas, oriundas de 1.800 frentes de lavras, com 12.000 empresas brasileiras operando na cadeia produtiva do setor, com mais de 900 empresas exportadoras com vendas para cerca de 120 países, responsáveis pela geração de 141.000 empregos diretos. Dessa forma, o Brasil teve em 2007 uma participação de 11,8% nas exportações mundiais de rochas silicáticas brutas, de 5,1% nas de rochas processadas especiais e de 16,5% nas de ardósias, compondo 6,3% do volume físico do intercâmbio mundial (ABIROCHAS, 2008).
Quadro 3.1: Principais produtores mundiais de rochas ornamentais, segundo Chiodi Filho (2008).
Países 2002 2003 2004 2005 2006
MT % MT % MT % MT % MT %
China 14,00 20,8 17,50 23,3 18,0 22,2 20,0 23,5 22,50 24,2
Itália 8,00 11,9 7,85 11,0 7,65 9,4 7,5 8,8 7,65 8,2
Índia 6,50 9,6 8,50 11,3 9,5 11,7 10,0 11,7 11,50 12,4
Brasil 5,56 8,3 6,09 8,1 6,45 7,9 6,9 8,1 7,50 8,1
Espanha 5,35 7,9 5,75 7,7 6,25 7,7 6,3 7,4 6,00 6,5
Irã 4,25 6,3 4,85 6,5 5,25 6,5 5,5 6,5 6,45 6,9
Portugal 2,30 3,4 2,25 3,0 2,45 3,0 2,5 2,9 2,75 3,0
Turquia 2,50 3,7 3,25 4,3 4,2 5,2 4,75 5,6 6,20 6,7
EUA 2,00 3,0 2,25 3,0 2,3 2,8 2,4 2,8 2,25 2,4
Grécia 1,50 2,2 1,45 1,9 1,4 1,7 1,35 1,6 1,40 1,5
Egito - - - - 3,2 3,9 3,25 3,8 3,50 3,8
Outros 17,85 26,5 18,15 24,2 17,05 20,1 17,2 20,2 9,55 10,3
Mt = milhões de toneladas
“Pelo segundo ano consecutivo (2008 e 2009) todos os países exportadores de rochas registraram queda nas vendas. Tendo o Brasil como referência observamos uma variação negativa do volume físico das exportações brasileiras de rochas ornamentais, com inicio no final do ano de 2007, mas, com verdadeira retração no faturamento anual em 2008 . O ano de 2009 passa a ser um reflexo de 2008 e continua registrando essa queda, os números apontam queda de mais de 40% nas exportações em volume físico,” conforme registrado na Figura 3.1 da Chiodi Filho (2010a).
Quadro 3.2: Ranqueamento dos principais países exportadores de rochas ornamentais e volume físico exportado por tipos de produtos comercial-Base 2006. Segundo ABIROCHAS (2008).
Rochas carbonáticas
brutas
Rochas silicáticas
brutas
Rochas processadas
simples
Rochas processadas
especiais
Produtos de ardósia
Ordem País (1000 t) País (1000 t) País (1000 t) País (1000 t) País (1000 t)
1º Turquia 2.130 Índia 2.934 Índia 480 China 8.727 Espanha 726
2º Itália 885 Brasil 1.248 Portugal 441 Itália 1.965 Brasil 215
3º Egito 855 China 960 China 419 Turquia 1.646 China 146
4º Espanha 810 África Sul 573 Bélgica 306 Brasil 927 Índia 50
5º Iran 389 Portugal 333 Itália 201 Índia 885 Itália 21
6º Grécia 282 Espanha 327 Holanda 195 Espanha 529 Canadá 21
7º Portugal 250 Finlândia 312 Alemanha 155 Canadá 319 Taiwan 18
8º Índia 173 Noruega 294 Polônia 153 Portugal 306 Bélgica 13
9º Bélgica 156 Alemanha 283 Brasil 135 Egito 228 Alemanha 11
10º Croácia 110 Turquia 205 Rep. Tcheca 113 Bélgica 223 Noruega 9
- Outros 1.455 Outros 3.093 Outros 1.206 Outros 2.383 Outros 139
- Total 7.49 Total 10.56 Total 3.80 Total 18.13 Total 1.36
Figura 3.1: Evolução anual do volume físico das Exportações brasileiras de Rochas Ornamentais. RB: Rochas Brutas; RP: Rochas processadas. Segundo Chiodi Filho (2010a).
Figura 3.2: Evolução anual do Faturamento das Exportações Brasileira de Rochas Ornamentais. RSB: Blocos de granito; RCB: Blocos de Mármore; RP: rochas processadas. Segundo Chiodi Filho (2010a.)
internacional para a China, Índia e África do Sul. Sendo, assim, é um setor que carece de estudos em praticamente todos os seus aspectos, incluindo pesquisas geológicas, lavra e controle dos jazimentos, beneficiamento, previsão no comportamento tecnológico, marketing e comercialização (CHIODI FILHO E RODRIGUES, 1999; FRASCÁ, 2003; MENDES, 2005; MENDES ET AL., 2007; SALES & MORAIS, 2003).
Segundo (Chiodi Filho, 2008), a força do setor de rochas ornamentais e de revestimento pode ser mensurada ao verificar que a produção mundial de suas matérias-primas evoluiu de 1,8 milhões de toneladas/ano, na década de 1920, para um patamar de 92,8 milhões de toneladas em 2006. O vigoroso incremento do mercado internacional caracterizou as décadas de 1980 e 1990 como a “nova idade da pedra”, destacando o setor de rochas como uma das mais importantes áreas emergentes de negócios mínero-industriais.
Pode-se dizer que cerca de 41,4 milhões de toneladas (Chiodi Filho, 2009), de rochas brutas e beneficiadas foram comercializadas mundialmente em 2006. Somando as transações diretas dos países consumidores com as indiretas de máquinas, equipamentos, insumos e serviços, estima-se que atualmente o setor de rochas esteja movimentando US$ 80 bilhões a US$ 100 bilhões/ano, segundo Chiodi Filho (2009).
Chiodi Filho (2008), afirma a que partir da década de 1990, o Brasil experimentou um notável adensamento das atividades em todos os segmentos de sua cadeia produtiva. Os principais avanços recentes das atividades de lavra e beneficiamento foram decorrentes do aumento das exportações, que evidenciaram uma evolução tanto quantitativa quanto qualitativa. Foram superadas as expectativas de venda de chapas polidas de granito, tendo-se consagrado o produto brasileiro.
As projeções para mercados futuro são boas e indica tendência de crescimento, é o que afirma Chiodi Filho (2008). A previsão é de que no ano de 2025 a produção mundial de rochas ornamentais poderá atingir 437 milhões de toneladas, correspondentes a quase 4,8
bilhões de m2 equivalentes/ano, devendo-se ainda multiplicar por cinco o volume físico das atuais transações internacionais. As atividades de beneficiamento industrial deverão cada vez mais aproximar-se das fontes de suprimento/ países produtores, incrementando-se as transações internacionais com rochas processadas acabadas e semi-acabadas, de maior valor agregado.
volume físico em relação ao mesmo período de 2009 (Figura 3.3), totalizando respectivamente US$ 278,75 milhões e 648.707,80 t. As exportações efetuadas especificamente no mês de abril de 2010 somaram US$ 84,5 milhões e 173,9 mil t, o que representou variação positiva de respectivamente 50,36% e 50,43% frente ao mês de abril de 2009, conforme expresso na Figura 3.4.
Figura 3.3: Variações nas Exportações Mensais em Toneladas do Setor de Rochas Ornamentais 2007 - 2010, segundo Chiodi Filho (2010b).
Quadro 3.3: Principais Produtos das Exportações Brasileiras do Setor de Rochas Ornamentais no 1º Quadrimestre de 2010, Janeiro-Abril 2010, segundo Chiodi Filho (2010b).
Produtos Código Fiscal Faturamento (US$)
milhões
PP (%)
Brasil Toneladas Volume PP (%) Brasil
Variação Volume
Físico Chapas, Lajotas
e Telhas de Ardósia
6802.23.00 9,69 3,48 11.725,23 1,81 + 11,99
6802.93.90 169,75 60,90 214.332,44 33,04 +66,48
Blocos de Granitos e Rochas similares
2516.11.00 7,13 2,56 50.706,17 7,82 +28,20
2516.12.00 48,09 17,25 268.157,51 41,34 +94,01
Chapas de Granitos e Rochas Similares
2514.00.00 0,49 0,18 1.251,67 0,19 +67,39
6803.00.00 23,66 8,49 55.010,13 8,48 +25,62
Lajotas, Cacos, Cubetes e Filetes de quartzito Foliado
6801.00.00 9,85 3,53 34.937,91 5,39 +12,03
Outros - 10,09 3,62 12.586,74 1,94 -
Total Brasil - 278,75 100 648.707,80 100 +58,82
Quadro 3.4: Exportação brasileira de rochas em blocos de granitos e rochas similares. Período Janeiro-Abril 2010. Dados Chiodi Filho (2010b).
Países Peso (t) PP% Valor (US$ 1.000) PP%
China 172.406,93 64,29 26.189,15 54,46
Itália 31.636,59 11,80 8.170,77 16,99
Taiwan (Formosa) 19.898,29 7,42 4,732,20 9,84
Hong Kong 16.842,93 6,28 3.460,94 7,20
Espanha 8.254,07 3,08 2.012,70 4,19
França 3.133,7 1,17 675,41 1,40
Líbano 5.515,17 2,06 642,76 1,34
Índia 1.898,12 0,71 518,25 1,08
Bélgica 2,266,96 0,85 512,96 1,07
Síria 2.337,98 0,87 287,30 0,60
Argentina 1.286,71 0,48 225,83 0,47
Alemanha 224,21 0,08 140,61 0,29
Canadá 586,92 0,22 132,49 0,28
Subtotal 266.288,58 99,30 47.7001,37 99,19
Outros países 1.868,93 0,70 390,27 0,81
