COMPARATIVO ENTRE BENEFICIAMENTO DO SOLO PARA
CARACTERIZAÇÃO DE ARGILA.
M.J. Cancella, M.J. Bondioli, R.M. Balestra Departamento de Engenharia Mecânica – DEMEC
Universidade Federal de São João del-Rei – UFSJ
Campus Santo Antônio - Praça Frei Orlando, 170, sala 4.21 MP - Centro 36307-352 - São João Del Rei, MG - Brasil
mjbondioli@ufsj.edu.br
RESUMO
A preparação da argila para a produção de cerâmica vermelha é amplamente empregada na construção civil. Tendo em vista isso, esse trabalho objetiva analisar a argila retirada de um mesmo ponto de extração, em diferentes níveis, variando seu beneficiamento de limpeza. Para isso, foram retiradas três amostras e limpas: duas delas foram lavadas, uma da camada superficial do solo e a outra de uma camada mais profunda e a terceira amostra foi apenas peneirada e retirada da camada mais profunda. Dessas amostras, realizaram-se ensaios de Limites de Atterberg (limite de plasticidade e limite de liquidez) e foram gerados corpos de provas, preparados por prensagem uniaxial, secados em estufa e posteriormente sinterizados. A caracterização das amostras sinterizadas foi realizada através de ensaios de retração linear devida à queima e perda de massa, gerando curvas de sinterização e os resultados comparados entre as amostras. Desses resultados, permitiu-se concluir que as amostras apresentam diferenças significativas em função da camada do solo em que foi obtida e do processo de limpeza.
Palavras-chave: caracterização; argila; cerâmica vermelha; queima.
INTRODUÇÃO
O uso de argila para material cerâmico é datado desde a época dos egípcios, para uso de utensílios doméstico, porém com o avanço da indústria e da tecnologia, ela é empregada em vários outros ramos, como implantes de ossos nos seres humanos. Isso se tornou possível através de materiais sintéticos de elevada pureza produzidas com altíssimo controle industrial (CALLISTER, 2002).
A plasticidade é uma propriedade da argila adquirida na presença de água, variando conforme o teor de umidade, até um estado em que o composto argila e água, é considerado no estado líquido. Esta propriedade é muito importante para o uso da argila no trabalho artístico, onde os artesãos precisam conhecer bem a plasticidade da argila para trabalhar com o material em uma determinada resistência onde se pode transforma-la (SANTOS, 1975).
Os limites de Atterberg ou limites de consistência são métodos de avaliação da natureza de solos, através dos quais é possível definir, para um determinado solo, o Limite de liquidez, o Limite de plasticidade e o Limite de contração, em função do teor de umidade encontrado nesse solo (VIEIRA, 2003; HAJJAJI, 2002 E MACEDO, 2008). A faixa de valores do teor de umidade limitada pelo Limite de liquidez e pelo Limite de Plasticidade representa o Estado de Plasticidade de um solo, indicando se o mesmo possui as características de plasticidade desejadas para uma argila, permitindo determinar o Índice de Plasticidade do solo. Este procedimento é padronizado pelas normas NBR-6459/ABNT - Determinação do Limite de Liquidez de Solos e NBR-7180/ABNT - Determinação do Limite de Plasticidade de Solos.
Na construção civil utilizam-se dois principais tipos de cerâmica: a cerâmica vermelha e as placas cerâmicas de revestimento, sendo a primeira produzida a partir de apenas um tipo de argila, e a segunda basicamente de uma só argila, ou da interação de várias. Em todos os casos, a argila retirada do solo para fabricação das cerâmicas, precisa passar por alguns processos até se tornar um material cerâmico, tais como: moagem, conformação, secagem e sinterização (ARAÚJO, 2000; SANTOS, 1975).
Tendo em vista isso, esse trabalho objetiva analisar os limites de Atterberg de amostras de argila retiradas de um mesmo ponto de extração, em diferentes camadas, variando seu beneficiamento de limpeza, de modo a analisar a influência tanto das camadas em que a argila foi retirada quanto da forma em que foi limpa em seu estado de plasticidade.
MATERIAIS E MÉTODOS
Para o desenvolvimento do trabalho foi utilizada um solo argiloso da região de Rodeiro, Zona da Mata, Minas Gerais, no qual foram extraídas amostras em duas
camadas de profundidade distintas: uma superficial e outra subsuperficial, a cerca de 1 metro da superfície. A partir dessas extrações, foi realizada uma variação no processamento (limpeza e secagem) das amostras, da qual três amostras argilosas distintas foram obtidas.
A primeira amostra argilosa, denominada Argila 1 foi coletada da superfície, lavada para retirada de impurezas, raízes e pedras, e peneiradas em uma peneira de #100 (100 mesh, abertura de 149 µm). Feito esta etapa, a argila, na forma líquida, foi seca ao Sol. Após a secagem, houve a maceração da argila seca e posterior peneiramento, utilizando uma peneira de #80 (abertura de 177 µm), resultando na amostra na forma de pó.
A segunda amostra argilosa, denominada Argila 2, foi retirada da camada subsuperficial, 1 metro abaixo, e passou pelos mesmos processos que a Argila 1.
A terceira amostra argilosa, Argila 3, também foi retirada da camada subsuperficial, porém não foi lavada para a retirada de impurezas, raízes e pedras, sendo apenas seca, macerada e passada em peneira de #80, afim de se obter a amostra na forma de pó.
Em seguida foram realizados em porções de cerca de 100g das amostras argilosas, os ensaios de Limites de Atterberg, de acordo com as normas NBR-6459/ABNT - Determinação do Limite de Liquidez de Solos; NBR-7180/ABNT - Determinação do Limite de Plasticidade de Solos.
Posteriormente, foram compactadas prensa hidráulica, uniaxial, através de uma matriz cilíndrica com cavidade de diâmetro com 24 milímetros. Cada corpo de prova foi feito com 5 gramas e uma pressão de 65 MPa (BRESCIANI, 1997).
Os corpos de prova foram secos em estufa, permanecendo por 16 horas à uma temperatura de 100 ±10°C. Após o resfriamento da estufa, os corpos de provas foram retirados e foi medido dimensões, diâmetro e espessura, com um paquímetro digital, também foram pesadas todas as amostras em uma balança eletrônica de precisão 0,0001 g.
Os corpos de prova secos, dimensionados e pesados foram sinterizados em um forno de resistência de dissilicieto de molibdênio, variando-se a temperatura de queima entre 900oC e 1300°C, com uma taxa de aquecimento de 5oC/min e em uma
• A amostra 1 foi sinterizada nas temperaturas de 950°C; 1000 oC;
1100°C; 1200°C e 1300°C.
• As amostras 2 e 3 foram sinterizadas nas temperaturas de 900°C, 950°C; 1000°C; 1050°C; 1100°C; 1200°C e 1300°C;
Após a sinterização cada amostra foi novamente dimensionada e pesada, para determinar sua retração linear e perda de massa.
A perda de massa foi calculada pela diferença entre a massa da amostra a verde (mi) e a massa após a queima (mf), e usando a equação (A).
𝑀𝑀(%) = �1 − 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑓𝑓
𝑖𝑖� 𝑥𝑥100 (A) A retração linear foi calculada a partir do volume inicial (Vi) e do volume final
(Vf) das amostras. Para o cálculo do volume, foi utilizada a equação (B), onde D é o
diâmetro da amostra e h a espessura.
𝑉𝑉 = 𝜋𝜋𝐷𝐷2ℎ
4 (B) A retração linear foi obtida então através da equação (C):
𝑅𝑅𝐿𝐿(%) = �1 − �𝑉𝑉𝑓𝑓 𝑉𝑉𝑖𝑖�
1 3
� (C) Assim foi montada uma curva de sensibilidade da retração linear e da perda de massa pela temperatura.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A Figura 1 mostra o aspecto visual dos corpos de prova sinterizados da Argila 1.
As Figuras 2 e 3 mostram o aspecto visual dos corpos de prova obtidos das Argilas 2 e 3, respectivamente.
Figura 1 – Macrografia dos corpos de prova da Argila 1 sinterizados entre 950 °C e 1300 °C.
Figura 2- Macrografia dos corpos de prova da Argila 2 sinterizados entre 900 °C e 1300 °C 1300 ° 1200 ° 1100 ° 1050 °C 900 ° 950 ° 1000 °C 950 ° 1000 °C 1100 °C 1200 °C 1300 °C
Figura 3 - Macrografia dos corpos de prova da Argila 3 sinterizados entre 900 °C e 1300 °C
Os gráficos apresentados nas Figuras 4, 5 e 6, mostram a perda de massa e retração linear (curva de sinterização) dos corpos de prova sinterizados em função da temperatura.
Todos os corpos de prova sinterizados apresentam cor variando de um tom alaranjado, passando por um tom mais avermelhado, até um tom marrom escuro. Esta coloração é características das cerâmicas vermelhas e se deve a uma forte presença de algum oxido ferroso que propicia a formação dessa tonalidade (ARAÚJO, 2000).
O aspecto visual da argila 3 é de uma superfície muito porosa, de baixa resistência. Muito material fragmentou até mesmo com a manipulação e aferições das dimensões, resultando partículas com características arenosas, o que provavelmente pode significar uma grande quantidade de outros minerais, notadamente óxidos como a sílica.
900 °C 950 °C 1000 °C
Figura 4 - Curva de sinterização da Argila 1
Figura 5- Curva de sinterização da Argila 2
8,8 9,6 10,4 11,2 12 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 P er da de m as s a ( % ) R et raç ão Li near ( % ) Temperatura (°C)
Retração Linear Perda de massa
4,5 6 7,5 9 10,5 0 1 2 3 4 5 6 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 P er da de m as s a ( % ) R et raç ão Li near ( % ) Temperatura (°C)
Figura 6- Curva de sinterização da Argila 3
O comportamento da retração linear por parte das amostras da argila 1 e argila 2 é dentro do esperado, ou seja, com o aumento da temperatura de sinterização temos o aumento da retração linear e o aumento da perda de massa, devido a uma formação maior de fase liquida e fechamento dos poros (KINGERY, 1976).
Já o comportamento da argila 3 foi atípico, apresentando uma retração linear negativa, ou seja, um aumento de volume das amostras sinterizadas em relação as amostras secas. Uma explicação para esse efeito provavelmente se deve à suscetibilidade de peças muito porosas à hidratação de suas fases vítreas e amorfas, causando um aumento no volume da peça sinterizada (SANCHEZ, 1996). Assim como as outras amostras também apresentou uma perda de massa praticamente constante para as diferentes temperaturas.
Na tabela 1, apresenta-se os resultados encontrados dos limites de Atterberg para as três amostras argilosas.
Os valores de plasticidade apresentados na Tabela 1 indicam se tratar de um material com baixa plasticidade quando comparados com aqueles encontrados na literatura (VIEIRA, 2003; HAJJAJI, 2002 E MACEDO, 2008).
O maior valor do Índice de Plasticidade da amostra extraída da camada subsuperficial, Argila 2, quando comparada com o da amostra extraída da superfície,
-1 0 1 2 3 4 5 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 P er da de m as s a ( % ) R et raç ão Li near ( % ) Temperatura (°C)
Argila 1, indica que as amostras extraídas de camadas mais profundas são mais plásticas do que aquelas obtidas na superfície, provavelmente devido a uma maior proporção de partículas de outros minerais em relação a matéria orgânica encontradas na amostra argilosa extraída na superfície, Argila 1. As moléculas do material orgânico que estando presentes entre as lâminas do argilomineral, facilitam o escorregamento e assim ajudam a aumentar a sua plasticidade, as partículas de outros minerais, principalmente sílica, servem como “freios” ao escorregamento das lâminas do argilomineral, diminuindo a sua plasticidade.
Tabela 1- Resultados dos ensaios de Limite de Atterberg Amostra Limite de Plasticidade
(LP), % Limite de Liquidez (LL), % Índice de Plasticidade (LL – LP), % Argila 1 1,41 3,24 1,83 Argila 2 1,41 8,40 6,99 Argila 3 1,64 4,49 2,85
Com relação ao processo de limpeza das amostras, observa-se que as amostras da camada subsuperficial que não foram lavadas, Argila 3, apresentam Índice de Plasticidade menor do que a daquelas que foram lavadas, Argila 2. Este resultado indica que nas amostras que foram apenas secas e peneiradas (Argila 3), uma quantidade menor de partículas de minerais é eliminada, em comparação às amostras que foram lavadas, secadas e peneiradas (Argila 2). Esta diferença no processamento fez com que a proporção de partículas de outros minerais presentes na Argila 2 fosse menor do que na Argila 3, tornando esta menos plástica em comparação com a Argila 2.
Comparando a plasticidade da Argila 3 com a da Argila 1, observa-se que mesmo apresentando o menor Índice de Plasticidade das amostras extraídas na camada subsuperficial, a Argila 3 ainda assim é mais plástica do que a Argila 1, mais uma vez indicando que quanto mais profunda for a região de extração das amostras, mais plástica ela será.
Os resultados encontrados nesse trabalho mostram que as amostras de solo extraídas da região de Rodeiro - MG, apresentam características de argilas vermelhas de baixa plasticidade, podendo ser utilizadas na fabricação de cerâmica vermelha, por outro lado, para a utilização deste material na construção civil, é necessário a realização de testes complementares, notadamente um teste de compressão acima de 100 MPa.
Com relação a variação no processo de beneficiamento do material extraído, conclui-se que a lavagem, secagem e posterior peneiramento produz uma argila mais plástica do que aquela que foi apenas seca e peneirada. Um processamento mais complexo permite a retirada de uma maior quantidade de partículas de outros minerais, diminuindo sua proporção com relação às moléculas orgânicas presentes no argilomineral, e assim aumentando a sua plasticidade.
Verificou-se também que além de tornar a argila menos plástica, a maior presença de outros minerais (provavelmente sílica) tornou-a menos resistente, observado na extrema fragilidade que as amostras Argila 3 apresentaram, independentemente da temperatura de sinterização.
REFERÊNCIAS
CALLISTER, W. D. Jr, Ciência e engenharia de materiais: Uma introdução. Rio de Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos, 2002.
SANTOS, P.S. Tecnologia de Argilas, vol.1 Fundamentos. São Paulo: Editora Edgar Blucher, EDUSP, 1975
ARAUJO, R.C.L.; RODRIGUES, E.H.V.; FREITAS, E.G.A. Coleção Construções Rurais 1 – Materiais de Construção. Seropédica, RJ: Editora Universidade Rural, 2000.
NBR 6459: Determinação do Limite de Liquidez de Solos. ABNT, 1984. NBR 7180: Determinação do Limite de Plasticidade de Solos. ABNT, 1984.
BRESCIANI Filho, E (coord.) Conformação Plástica dos Metais. Campinas: Editora da Unicamp, 1997.
KINGERY, W. D.; BOWEN, H. K.; UHLMANN, D.R. Introduction to Ceramics. New York: John Wiley & Sons, 1976.
SANCHEZ, E.; GARCÍA, J.; GINÉS, F.; NEGRE, F. Aspectos a Serem Melhorados nas Características e Homogeneidade de Argilas Vermelhas Empregadas na Fabricação de Placas Cerâmicas. Cerâmica Industrial, v.01. n.03, p.13-22, 1996 VIEIRA, C. M. F.; MONTEIRO, S. N. Influência da Temperatura de Queima na Microestrutura de Argilas de Campos dos Goytacazes/RJ. Cerâmica. v. 49, p.6-10, 2003.
HAJJAJI, M.; KACIM, S.; BOULMANE, M. Mineralogy and firing characteristics of a clay from the valley of Ourika (Morocco). Applied Clay Science, v. 21. n. 3-4, p. 203-212, 2002.
MACEDO, R. S.; MENEZES, R. R.; NEVES, G. A.; FERREIRA, H. C. Estudo de argilas usadas em cerâmica vermelha. Cerâmica, v. 54, p. 411-417, 2008.
COMPARISON BETWEEN SOIL TREATMENT FOR CLAY
CHARACTERIZATION
ABSTRACT
The clay's production of ceramics preparation is widely used in construction. Based on that, the work's content aims to analyze the clay originated from the same extraction but varying its cleaning process and its depth in the soil. The top layer of the soil and the deeper layer were two portions of clays washed and a third portion was only sieved out of the deeper layer. Plasticity and liquidity tests were carried out and test bodies were prepared by uniaxial pressing dried in an oven and later synthesized collecting their dimensions in order to generate linear retraction due to burning. The clay fraction that was not washed presented worse results in the tests of plasticity and liquidity, but also presents inferior properties compared to the others after the synthesis. Based on this research was verified the clay of this extraction point is able to use for the production of ceramics.
