UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS
DEPARTAMENTO DE GEOTECNIA
INDÚSTRIA DA PEDRA: DA EXTRAÇÃO À APLICAÇÃO FINAL
ORGANIZADORES:
A. B. PARAGUASSÚ
J. E. RODRIGUES
R. P. RIBEIRO
E. B. FRAZÃO “in memorian”
SÃO CARLOS
EESC/USP
ÍNDICE
1 INTRODUÇÃO
... 62 BREVE HISTÓRICO SOBRE O USO DAS PEDRAS NA CONSTRUÇÃO
... 83 CLASSIFICAÇÃO E CARACTERÍSTICAS DAS PEDRAS
... 103.1 MINERAIS E ROCHAS ... 10
3.1.1 Generalidades ... 10
3.1.2 Classificação das rochas ... 13
3.1.2.1 Rochas ígneas ... 13
3.1.2.2 Rochas sedimentares ... 15
3.1.2.3 Rochas metamórficas ... 16
3.2 EXTRAÇÃO E EMPREGO DOS MATERIAIS NATURAIS... 17
3.2.1 Produto de rocha natural ... 18
3.2.1.1 Emprego como material ornamental e como revestimento de pisos e paredes ... 18 3.2.1.2 Emprego como agregado para concretos, pavimentos e barragens... 25
3.2.2 Produto de rocha preparada ... 26
3.2.2.1 Cimento ... 26
3.2.2.2 Materiais que empregam argila ... 26
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FUNÇÕES
REQUERIDAS
E
EXERCIDAS
PELAS
PEDRAS
DE
REVESTIMENTO
... 274.1 PROTEÇÃO DE ESTRUTURAS
... 274.2 EMBELEZAMENTO DE FACHADAS DE EDIFICAÇÕES
... 274.3 ADEQUAÇÃO DE PAVIMENTOS
... 284.4 OUTROS USOS E FUNÇÕES
... 295 CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA E PROCEDIMENTOS PARA SELEÇÃO
DAS ROCHAS
... 31 5.1 PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS DOS MATERIAIS ROCHOSOS ... 325.2 TIPOS DE ENSAIOS TECNOLÓGICOS ... 33
5.3. NORMALIZAÇÃO DOS ENSAIOS TECNOLÓGICOS ... 33
5.4 DESCRIÇÃO DOS ENSAIOS TECNOLÓGICOS ... 35
5.4.1 Análises petrográficas ... 35
5.4.2 Índices físicos ... 36
5.4.3 Tenacidade ... 39 5.4.4 Propriedades térmicas ... 40 5.4.4.1 Condutividade térmica ... 41 5.4.4.2 Calor específico ... 42 5.4.4.3 Dilatação térmica ... 42 5.4.5 Desgaste e abrasão ... 43
5.4.6 Resistência à compressão uniaxial ... 44
5.4.7 Flexão ... 47
5.4.8 Alteração e alterabilidade ... 49
5.4.8.1 Índices de alteração e alterabilidade ... 49
5.4.8.2 Procedimentos para ensaios de alteração ... 51
5.4.9 Ensaios especiais e não rotineiros ... 54
5.4.9.1 Módulo de elasticidade estático ... 54
5.4.9.2 Velocidade de propagação de ultrasom ... 56
5.4.9.3 Dureza Knoop ... 57
5.4.9.4 Abrasão Profunda ... 58
5.4.9.5 Coeficiente de Atrito Dinâmico ... 59
5.5 CRITÉRIOS PARA AVALIAR A QUALIDADE DAS ROCHAS PARA USO EM REVESTIMENTO ... 60
6 PROCESSOS DE EXTRAÇÃO
... 626.1 MATACÕES ... 65
6.2 MACIÇO ROCHOSO ... 65
7 PROCESSOS DE BENEFICIAMENTO DAS PEDRAS ... 71
7.1 DESDOBRAMENTO DE BLOCOS ... 71
7.1.1 Tear convencional ... 72
7.1.2 Tear com multifios diamantados ... 78
7.2 POLIMENTO DE CHAPAS ... 80
7.2.1 Polimento de Rochas Comuns ... 81
7.2.2 Polimento de Rochas Frágeis ... 87
8 SISTEMAS ADERENTES DE COLOCAÇÃO DE PEDRAS...
928.1 ARGAMASSAS COLANTES ... 92
8.2 RESISTÊNCIA À ADERÊNCIA DE ARGAMASSAS COLANTES ... 94
8.3 INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA NA ADERÊNCIA DE ARGAMASSAS COLANTE... 101
9.1.1 Breve Histórico ... 105
9.1.2 Sistemas não aderentes de fixação em fachadas ... 109
9.1.3 Sistema pino/furo ... 111 9.2 PISOS ELEVADOS... 113 9.3 LAJES ESTRUTURAIS ... 115 9.4 CONSIDERAÇÕES GERAIS... 119
10 ALTERABILIDADE DE ROCHAS
...120
11 RESÍDUOS DO BENEFICIAMENTO
... 12312 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
...126 12.1 CITADAS NO TEXTO ... 126 12.2 COMPLEMENTARES ... 127
1 INTRODUÇÃO
Desde quando foram intensificados estudos sobre rochas ornamentais e para revestimentos, notou-se a escassez de pesquisas, tanto na produção de placas polidas de rochas graníticas, quanto às técnicas de fixação nas obras de engenharia. No primeiro caso, a produção que ainda se baseia no empirismo, tem sido agravada pela falta de prática na operação dos novos equipamentos cada vez mais informatizados e no uso dos abrasivos disponíveis. Quanto à fixação de placas, além da carência de mão de obra especializada, são poucas as diretrizes para uma boa aplicação das placas nas edificações.
Uma das maneiras de contribuir para o aprimoramento da produção científica sobre o assunto sempre foi a interação envolvendo engenheiros e técnicos da construção civil, empresas beneficiadoras de material pétreo, instituições de pesquisa e universidades. Neste sentido vêm sendo realizadas pesquisas na Área de Pós-Graduação em Geotecnia da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP).
Trata-se de Pós-Graduação tradicionalmente bem conceituada pelos órgãos de pesquisa; oferece, há vários anos, disciplinas sobre as propriedades geotécnicas das rochas, que são ministradas por geólogos e engenheiros civis. Conta com laboratórios para ensaios em rochas para revestimento que vêm sendo utilizados tanto em trabalhos acadêmicos quanto na prestação de serviços à comunidade.
Há mais de cinco décadas, pesquisas sobre o uso de rochas na construção civil vêm sendo realizadas no Departamento de Geotecnia da EESC/USP. As pesquisas inicialmente eram mais voltadas à caracterização de agregados pétreos, mas com o crescente aumento da utilização de rochas para fins ornamentais e como revestimentos de pisos e paredes, foram complementadas com estudos de alteração e de alterabilidade desses materiais.
Em 2001 foi criada uma linha de pesquisa específica para estudos de rochas para revestimentos, levando-se em conta a importância do tema, ocupando destacada posição na economia de diversos países, incluindo o Brasil.
Este livro é uma reunião das informações existentes no acervo técnico-acadêmico produzido pelo Grupamento de Tecnologia de Rochas – GTR da Área
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de Pós-Graduação em Geotecnia, organizado pelos Profs. Drs. Antenor Braga Paraguassú, José Eduardo Rodrigues, Rogério Pinto Ribeiro e o Dr. Ely Borges Frazão, contando também com as colaborações da tecnóloga Abiliane de Andrade Pazeto e do tecnólogo Phillipe Fernandes de Almeida, realizadas durante o desenvolvimento de seus programas de Pós-Graduação em Geotecnia.O texto contém os aspectos teóricos essenciais decorrentes das publicações de mais de setenta trabalhos em periódicos e anais de eventos científicos, várias palestras e seminários. Também constam os resultados de seis teses de doutorado, sendo duas em fase de conclusão e dez dissertações de mestrado, que englobam desde a extração do material rochoso até sua aplicação, em especial, na construção civil.
Esta coletânea tem como objetivo principal a divulgação dos conhecimentos para os meios didáticos, acadêmicos, empresariais da “Indústria da Pedra” e, principalmente, aos profissionais da engenharia civil e da arquitetura.
É chamado de “Indústria da Pedra” o conjunto de operações que transformam o material (rocha) extraído do maciço rochoso nas pedreiras (pedras) em materiais acabados como placas polidas, ladrilhos, etc.
O livro é dividido em doze capítulos: 1- Introdução; 2- Breve Histórico sobre o Uso das Pedras na Construção; 3- Classificação e Características das Pedras; 4- Funções Requeridas e Exercidas pelas Pedras de Revestimento; 5- Caracterização Tecnológica e Procedimentos para Seleção das Pedras; 6- Processos de Extração das Pedras; 7- Processos de Beneficiamento das Pedras; 8- Sistemas Aderentes de Colocação das Pedras; 9- Sistemas Não Aderentes de Colocação das Pedras; 10- Alterabilidade de Rochas; 11- Resíduos do Beneficiamento e 12- Referências Bibliográficas.
2. BREVE HISTÓRICO SOBRE O USO DAS PEDRAS NA CONSTRUÇÃO
Desde o começo da história do homem vemos sua relação com as pedras por meio da confecção de utensílios domésticos, armas de caça e objetos sacros. Rochas como arenito calcífero e alguns granitos foram utilizados para perpetuar as figuras dos faraós e deuses sob a forma de grandes esculturas ou como templos, pirâmides e túmulos.
O uso do mármore, rocha de fácil trabalhabilidade, se destacou no período clássico da cultura grega, onde os artistas esculpiram figuras humanas e construíram memoráveis monumentos em pedra como, por exemplo, o Parthenon.
Foram os romanos os responsáveis pelas construções mais audaciosas da antiguidade utilizando a pedra como elemento estrutural, estético e com caráter social, tais como aquedutos, estradas, fóruns e teatros. As estradas eram construídas com traçado retilíneo e pavimentadas, como por exemplo, a Via Ápia, a primeira e principal estrada romana construída em 312 a.C. para ligar Roma ao sul da hoje Itália. Um legado também importante deixado pelos romanos foi o pioneirismo na técnica de usar a rocha na forma de placas para revestimento de grandes estruturas de alvenaria.
Depois do declínio do Império Romano, as técnicas construtivas ficaram perdidas até o último século da Idade Média, quando grandes obras como catedrais, edifícios públicos e palácios da nobreza medieval foram construídas em importantes cidades da atual Itália, França, Espanha e Portugal, impulsionando novamente a utilização da pedra como material nobre na arquitetura.
As civilizações Incas e Astecas, que floresceram nas Américas, também utilizaram intensamente a pedra em suas construções, como por exemplo, a cidade de Machu Picchu (Peru) e as pirâmides toltecas (México).
No Brasil, as principais construções usando a pedra tiveram início no período colonial quando foram utilizados blocos irregulares assentados com argamassa como, por exemplo, as obras históricas existentes nas cidades de Tiradentes, São João Del Rei (Minas Gerais), Olinda (Pernambuco) e Rio de Janeiro.
Até o final do século XIX e início do século XX, quando se introduziu a mecanização na extração e no beneficiamento das rochas, seu emprego na
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arquitetura era mais estrutural que ornamental. Com o advento da construção metálica e do concreto armado, o uso da pedra como material estrutural sofreu grande impacto, passando a ter outros campos de aplicação como, por exemplo, muros de arrimo, fundação pouco profundas, blocos para pavimentação descontínua, lastros de ferrovias e principalmente material agregado, componente do concreto de cimento Portland de uso estrutural ou na mistura asfáltica usada em pavimentação.Nos últimos anos, foram desenvolvidas técnicas aprimoradas de extração e de beneficiamento responsáveis pela intensificação do emprego das rochas, tornando este material mais acessível para revestimento de pisos e paredes. A comercialização de vários tipos de rochas, principalmente as “graníticas”, a abertura de empresas e a demanda do mercado internacional nas três ultimas décadas posicionaram a indústria das rochas ornamentais e de revestimento como um importante setor da construção civil.
Toda obra civil está assentada em um tripé, que abrange três áreas básicas: mecânica, gerenciamento e materiais. Na mecânica, estão envolvidas as noções de física e matemática; no gerenciamento, estão os processos construtivos e operacionais, a legislação e a economia; nos materiais, estão envolvidas a estética, as condições ambientais e as características dos materiais. Para que haja garantia de sucesso numa obra, deve-se, pois, buscar harmonia entre estas três áreas básicas.
Com este enfoque o presente livro pretende contribuir para a difusão do conhecimento das características tecnológicas das rochas, um dos principais materiais de construção. São tratadas sucintamente as características geológicas e petrográficas das principais rochas usadas como material de construção, estendendo-se para uma síntese das funções exercidas pelas rochas nos diversos tipos de revestimento. Estão incluídas a análise das propriedades das rochas de interesse para tais fins, as metodologias de ensaios e um resumo dos processos de produção da pedra, as condicionantes envolvidas e a geração de resíduos. Finalmente, são tratadas técnicas de colocação e os cuidados inerentes ao processo e ao produto para garantir durabilidade à obra.
3. CLASSIFICAÇÃO E CARACTERÍSTICAS DAS PEDRAS
Nos nossos dias, com o crescente avanço da tecnologia, os materiais naturais vêm sendo cada vez mais empregados nas obras de engenharia e na indústria de transformação. A aplicação das diversas matérias primas está condicionada às suas propriedades mecânicas e químicas, cujo conhecimento é necessário quando desejamos selecionar materiais para um determinado fim.
Destaca-se o fato de que, entre todas as matérias primas extraídas da crosta terrestre, as empregadas na construção civil ocupam o primeiro lugar em tonelagem.
3.1 MINERAIS E ROCHAS
3.1.1 Generalidades
Mineral pode ser definido como um elemento químico ou uma combinação química, formado mediante um processo inorgânico natural. É um corpo homogêneo em virtude de ser constituído internamente por uma estrutura tridimensional ordenada, característica do estado sólido, ou seja, estrutura cristalina. Um material somente adquire a forma geométrica regular de um cristal quando as condições em que é formado permitem o desenvolvimento de faces planas e polidas.
De uma maneira geral, os minerais podem se formar por: resfriamento do magma (material em estado de fusão encontrado no interior da crosta), resfriamento de soluções ou gases magmáticos, evaporação de soluções salinas, reações entre substâncias e intemperismo (ataque do ar e da água sobre minerais pré-existentes resultando na formação de novos minerais).
Para o reconhecimento exato de um mineral, dispomos de vários processos, por meio dos quais podemos determinar tanto sua estrutura cristalina quanto sua composição química. Dentre eles, citamos: cristalografia por difração de Raios X e microscopia óptica e eletrônica, conjugados com análise química.
Muito embora o número de minerais existentes seja consideravelmente grande (acima de 4.000 catalogados; sendo mais da metade raros ou reconhecidos somente por alguns pequenos cristais), os que comumente ocorrem
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como formadores de rochas são relativamente poucos, em torno de uma dezena. Assim, podemos citar como mais comuns: quartzo, feldspatos, micas, anfibólio, piroxênios, olivinas, calcita, dolomita, magnetita, hematita, limonita, pirita, granada, gipsita e os minerais de argila. Como exemplo, são apresentadas algumas espécies minerais (Figuras 3.1 e 3.2) que fazem parte do acervo do Departamento de Geotecnia da EESC/USP.
(A) (B)
(C) (D)
(E) (F)
(G) (H)
Figura 3.1 – Amostras de mão de algumas variedades de quartzo: (A- cristal de
rocha; B- incolor; C- róseo), de feldspato (D- ortoclásio; E- microclínio e F- plagioclásio/albita incrustado em cristal de quartzo) e de mica (G- biotita; H- muscovita).
(A) (B)
(C)
Figura 3.2 Amostras de mão: (A) calcita; (B) talco e (C) hematita.
Rocha pode ser definida como qualquer massa que constitui parte essencial da crosta terrestre. Trata-se de definição abrangente, no entanto, para fins de aplicação de uma rocha como material de construção pode ser definida, com um enfoque geotécnico, como um material natural formador da crosta terrestre, coeso e resistente mesmo ao contato prolongado com a água.
De acordo com o número de espécies de minerais que entram em sua composição, as rochas podem ser uniminerálicas, quando formadas somente por uma espécie mineral como, por exemplo, o mármore e o anfibolito, ou pluriminerálicas, que são as mais comuns, quando contêm duas ou mais espécies minerais como acontece com o granito, o basalto, etc. Algumas podem ser formadas por material não cristalino (amorfo), como alguns vidros vulcânicos e pedra pomice.
Em trabalhos rotineiros de determinação petrográfica examina-se as rochas ao microscópio polarizador em secções delgadas de aproximadamente 0,03mm de espessura, montadas em lâminas de vidro segundo as técnicas preconizadas para confecção de lâminas petrográficas.
Devemos levar em consideração que certos fenômenos geológicos influem nas propriedades principais das rochas. Dessa forma, dobramentos,
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escorregamentos, fraturas, diáclases, foliações, etc., modificam uma rocha influindo no seu uso, como acontece quando empregada como material de construção. Na aplicação de rochas em pisos e paredes além da boa qualidade que a rocha deve apresentar o valor estético entra como um fator importante na escolha de um determinado tipo rochoso. Por exemplo, rochas com cristais proeminentes e com estruturas movimentadas têm alto valor comercial, algumas delas devido à fragilidade mecânica quando na forma de placas necessitam ser reforçadas com resinas e fibra de vidro, processo conhecido na Indústria da Pedra como “telagem” (Item 7.2.2.).
3.1.2 Classificação das rochas
De acordo com sua origem, classificamos as rochas em três grandes grupos: ígneas, sedimentares e metamórficas.
Rochas ígneas são aquelas formadas por material em estado de fusão (magma), que se consolidou por resfriamento. Exemplos: granitos, sienitos, basaltos, etc.
Rochas sedimentares são as resultantes da acumulação de materiais derivados de outras rochas preexistentes. Exemplos: arenitos, argilitos, etc. Rochas metamórficas são as rochas que primariamente se originaram das magmáticas ou sedimentares, e que foram submetidas a pressões e/ou temperaturas elevadas. Exemplos: gnaisses, mármores, quartzitos, etc. Dentre esses grupos de rochas, as rochas sedimentares são as menos processadas na Indústria da Pedra. As ilustrações de rochas que integram a seqüência do texto fazem parte do acervo de amostras didáticas do Laboratório de Geologia de Engenharia do Departamento de Geotecnia da EESC/USP.
3.1.2.1 Rochas ígneas
De acordo com a velocidade de resfriamento do magma, podemos considerar o seguinte: quando o resfriamento é lento, os íons se combinam formando minerais grandes que se destacam na massa rochosa (Figura 3.3A); quando é rápido, não se formam minerais grandes em casos intermediários como o diabásio (Figura 3.3B) havendo até casos extremos em que o magma se consolida no estado vítreo (amorfo), como ilustrado na Figura 3.3C.
(A) (B) (C)
Figura 3.3– (A) Granito inequigranular, (B) diabásio e (C) vidro vulcânico.
Dependendo da profundidade de consolidação do magma, na crosta terrestre, as rochas ígneas resultantes podem ser:
Intrusivas ou plutônicas – formadas a grandes profundidades. Geralmente apresentam uma granulação grossa e só aparecem à superfície por erosão das partes sobrejacentes. Um exemplo é o granito já mostrado na Figura 3.3A, em cuja constituição mineralógica entra quartzo, feldspato, mica e/ou hornblenda.
Extrusivas ou vulcânicas – formadas pela consolidação do magma que atinge a superfície; apresentam granulação muito fina ou são vítreas. Basalto é o exemplo mais comum. Devido à consolidação se dar na superfície, seus minerais são pequenos. O basalto (Figura 3.4) é composto normalmente por feldspato, piroxênio e magnetita. Algumas vezes pode apresentar um grande número de vazios (vesículas), geralmente de formas arredondadas.
(A) (B)
Figura 3.4 – Basalto: (A) maciço e (B) vesicular (exibindo alteração por intemperismo).
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3.1.2.2 Rochas sedimentares
Por serem rochas formadas pela acumulação de materiais resultantes da desagregação de outras preexistentes, geralmente revelam as seguintes características:
Apresentam-se formadas por fragmentos de tamanhos variáveis (rochas clásticas; Figuras 3.5 e 3.6A), dependendo do transporte do material ter sido feito por água, gelo ou vento;
Exibem ou não estratificação (planos com coloração e/ou granulação diferentes);
Mostram-se formadas por partículas arredondadas ou angulares, unidas ou não por cimento. Tal cimento pode ser constituído comumente por argila, sílica, carbonato ou óxidos de ferro.
As rochas sedimentares às vezes contêm restos de plantas ou animais (rochas de origem orgânica), podendo ser algumas vezes observados em exame macroscópico;
Certas rochas formam-se por precipitação química em ambiente aquoso (rochas sedimentares de origem química), como a gipsita, o calcário (Figuras 3.6B,C); etc.
Figura 3.5 – Rochas clásticas: (A) conglomerados e (B) arenito cimentado por sílica amorfa. Observar no detalhe em nível microscópico (C) os grãos de quartzo (SiO2 em estado cristalino) e o cimento (SiO2 em estado amorfo).
(A) (B)
(C)
Figura 3.6 – Rochas clásticas (A- siltito) e químicas (B- calcário e C- gipsita). 2.3 Rochas metamórficas
Como são rochas formadas a partir de outras que foram submetidas a pressões e/ou a temperaturas elevadas, podem apresentar algumas das seguintes feições características (Figura 3.7):
Foliação resultante do desenvolvimento mais ou menos paralelo de minerais placóides, prismáticos e alongados, podendo ser contínua (como nos xistos) ou descontínua (como nos gnaisses e em alguns quartzitos);
Fragmentos maiores soldados por partículas finas do mesmo material, como nas "brechas metamórficas", que são rochas formadas durante os falhamentos da crosta; não confundir com as brechas sedimentares, pois estas apresentam partículas maiores soldadas por um cimento qualquer, desenvolvido em um processo sedimentar;
No caso de mármores há, entretanto, maior porcentagem de minerais granulares em relação aos lamelares.
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(A) (B)
(C) (D)
(E) (F)
(G) (H)
Figura 3.7 – Rochas metamórficas: (A) gnaisse; (B) biotita xisto; (C) clorita xisto; (D) filito; (E) ardósia; (F) quartzito; (G) mármore e (H) milonito.
3.2 EXTRAÇÃO E EMPREGO DOS MATERIAIS NATURAIS
Dentre todas as matérias primas extraídas da crosta terrestre, as empregadas na construção civil ocupam o primeiro lugar em tonelagem e podem ser classificadas em dois grupos: produtos de rocha natural e produtos de rocha preparada.
3.2.1 Produtos da rocha natural
Incluem os materiais empregados para fins ornamentais, revestimentos de pisos e paredes e os utilizados como agregado em concretos, pavimentos e barragens.
3.2.1.1 Emprego como material ornamental e como revestimento de pisos e paredes A extração dessas rochas tem que ser feita com cuidados especiais para obtenção de blocos e lajes com dimensões adequadas, sendo importantes algumas qualidades como beleza e durabilidade. Granitos, mármores, quartzitos, gnaisses e arenitos constituem os principais tipos de rochas de construção usadas para esta finalidade. Algumas rochas, no entanto, que apresentam traços de substâncias radioativas podem ter seu uso limitado (AMARAL et al., 2015; AZEVEDO et al. 2015).
No maciço rochoso a ser explorado é necessário fazer um estudo prévio do sistema de fraturamento e estratificação, porque justamente essas descontinuidades servirão como planos de desmontes. No caso de rochas foliadas, estratificadas ou bandadas (quartzitos, arenitos, etc.), essas descontinuidades servirão como planos de desmonte. A extração se faz por meio de cunhas e alavancas aplicadas nestes planos, e algumas vezes com explosivos de baixa potência.
No caso dos granitos, os blocos geralmente são extraídos por meio de uma série de furos verticais e horizontais alinhados e estreitamente espaçados, e também com o uso de explosivos de baixa potência. São usados também fios diamantados e serras especiais para extração de blocos de rocha do maciço para serem beneficiados na forma de placas (vide capítulos 6 e 7).
Detalhes de ladrilhos (dimensões aproximadas de 40x40cm) de diferentes tipos de rochas brasileiras utilizadas como revestimentos de edificações são apresentadas nas Figuras 3.8 a 3.25. Estes materiais pétreos fazem parte de pesquisas e publicações e do acervo de aproximadamente 150 tipos comerciais (com suas características tecnológicas para emprego em obras) que compõem a litoteca montada pelo Grupamento de Tecnologia de Rochas (GTR) da Área de Pós-graduação em Geotecnia da EESC/USP.
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Figura 3.8– Vista parcial da litoteca de rochas ornamentais e para revestimento do Depto de Geotecnia da EESC/USP. Como mostrado no detalhe, os ladrilhos são encaixados em canaletas de ferro sendo facilmente retirados para manuseio em salas de aula.
Figura 3.9– Aspecto macroscópico de ladrilho do monzogranito "Cinza Andorinha". Minerais essenciais: quartzo (30%), microclínio (31%), plagioclásio (25%) e biotita (12%); densidade: 2,703kg/m³; porosidade aparente: 1,01%; absorção de água: 0,38%.
Figura 3.10– Aspecto macroscópico de ladrilho do granada gnaisse "Amarelo Ornamental". Minerais essenciais: ortoclásio (40%), quartzo (30%), oligoclásio (21%), granada (3,5%) e biotita (2,5%); densidade: 2,660kg/m³; porosidade aparente: 0,96%; absorção de água: 0,40%.
Figura 3.11– Aspecto macroscópico de ladrilho do sienogranito "Vermelho Brasília". Minerais essenciais: quartzo (32%), microclínio (41%), oligoclásio (16%) e biotita (5%); densidade: 2,621kg/m³; porosidade aparente: 0,69%; absorção de água: 0,26%.
Figura 3.12– Aspecto macroscópico de ladrilho do tonalito "Preto São Gabriel". Minerais essenciais: plagioclásio (49,9%), quartzo (20,9%), biotita (12%), microclínio (2,9%), hornblenda (2,1%) e piroxênios (4,8%); densidade: 2,960kg/m³; porosidade aparente: 0,96%; absorção de água: 0,33%.
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Figura 3.13– Aspecto macroscópico de ladrilho do charnoquito "Verde Labrador". Minerais essenciais: quartzo (14%), microclínio (39%), oligoclásio (16%), biotita (5%), hiperstênio (5%), hornblenda (5%) e granada (5%); densidade: 2,677kg/m³; porosidade aparente: 0,24%; absorção de água:0,09%
Figura 3.14– Aspecto macroscópico de ladrilho do monzogranito gnaissificado "Azul Fantástico". Minerais essenciais: quartzo (29,1%), plagioclásio (28,2%), feldspato alcalino (21,3%) e biotita (19,9%); densidade: 2,699kg/m³; porosidade aparente: 0,98%; absorção de água: 0,25%
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Figura 3.15– Aspecto macroscópico de ladrilho do migmatito "Preto Indiano". Minerais essenciais: quartzo (4,5-25%), plagioclásio (41-40%), biotita (23-3%), silimanita (5-0%) e muscovita (3-0%); densidade: 2,770kg/m³; porosidade aparente: 0,98%; absorção de água: 0,35%.
Figura 3.16– Aspecto macroscópico de ladrilho do migmatito "Jacarandá Rosado". Minerais essenciais: feldspato alcalino (38,5%), quartzo (30,5%), plagioclásio (22%) e biotita (8,6%); densidade: 2,653kg/m³; porosidade aparente: 0,65%; absorção de água: 0,26%.
Figura 3.17– Aspecto macroscópico de ladrilho do hornblenda quartzo sienito "Ocre Itabira”. Minerais essenciais: ortoclásio (58%), oligoclásio (20%), hornblenda (7,5%), quartzo (7%) e biotita (2%); densidade: 2,719kg/m³; porosidade aparente: 0,99%; absorção de água: 0,36%.
Figura 3.18– Aspecto macroscópico de ladrilho do biotita gnaisse monzogranitico "Santa Cecília". Minerais essenciais: microclínio (30%), plagioclásio (15%), quartzo (25%), biotita (10%), granada (5%), silimanita (5%) e cordierita (5%); densidade: 2,653kg/m³; porosidade aparente: 0,78%; absorção de água: 0,29%.
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Figura 3.19– Aspecto macroscópico de ladrilho do leucognaisse monzogranitico "Branco Desirée”. Minerais essenciais: microclínio (42%), quartzo (30%), oligoclásio (25%) e granada (3%); densidade: 2,630kg/m³; porosidade aparente: 0,67%; absorção de água: 0,26%.
Figura 3.20– Aspecto macroscópico de ladrilho do metaconglomerado polimítico "Verde Marinace". Minerais essenciais: 40% de fragmentos de rochas (granito, gnaisse, rocha básica) e 60% matriz (epidoto, quartzo, tremolita, carbonato e plagioclásio); densidade: 2,757kg/m³; porosidade aparente: 0,1%; absorção de água: 0,04%.
Figura 3.21– Aspecto macroscópico de ladrilho do conglomerado brechóide "Caravaggio”. Minerais essenciais: 45% de seixos (cristais de quartzo, microclínio e plagioclásio), 55% de matriz (feldspato e quartzo); densidade: 2,701kg/m³; porosidade aparente: 0,8%; absorção de água: 0,55%.
Figura 3.22– Aspecto macroscópico de ladrilho do sienogranito "Rosa Iracema”. Minerais essenciais: feldspato alcalino (43%), quartzo (30%), plagioclásio (17,5%) e biotita (6%); densidade: 2,619kg/m³; porosidade aparente: 0,87%; absorção de água: 0,33%.
Figura 3.23– Aspecto macroscópico de ladrilho do traquito "Woodstone". Minerais essenciais: feldspato alcalino (76,6%), plagioclásio (12,6%), opacos (7,4%) e quartzo (3,4%); densidade: 2,280kg/m³; porosidade aparente: 5,75%; absorção de água: 2,52%.
Figura 3.24- Aspecto macroscópico de ladrilho do granito tectonizado "Arezzo". Minerais essenciais e secundários: quarto, feldspatos, hornblenda, epidoto, apatita, musovita, opacos, zircão e sericita; densidade: 2.330 kg/m³; porosidade aparente: 2,89 %; absorção de água: 1,29 %.
25
Figura 3.25– Aspecto macroscópico de ladrilho do quartzito "Perla Santana". Minerais essenciais: quartzo (94%)) e mica branca (6%); densidade: 2.616 kg/m³; porosidade aparente: 1,14%; absorção de água: 0,43%.
3.2.1.2 Emprego como agregado para concretos, pavimentos e barragens
De acordo com a norma NBR 9935 (ABNT, 2011), os agregados são materiais granulares sem forma e volume definidos, com dimensões e propriedades adequadas para uso em obras de engenharia civil, nas quais podem ter seus componentes unidos por ligantes como nos concretos hidráulico e asfáltico, ou sem ligantes, como em lastro de ferrovias, enrocamentos, drenos e filtros. Quanto à forma de obtenção, os principais tipos são descritos resumidamente a seguir.
Extração do maciço rochoso
Neste grupo estão incluídos as rochas extraídas na forma de blocos que posteriormente são fragmentados em britadores (geralmente de mandíbula) e o produto selecionado por meio de peneiras em várias frações granulométricas (britas).
Extração de depósitos sedimentares
O material granular também pode ser extraído diretamente de materiais detríticos resultantes da decomposição de rochas que sofreram processo de intemperismo e que se acumularam em depósitos sedimentares pela ação de agentes transportadores naturais (água, vento e gelo). As partículas arenosas são as de dimensões compreendidas entre 0,062mm a 2,000mm e os cascalhos são as maiores que 2,000mm.
3.2.2 Produto da rocha preparada
Nesta classe estão incluídos cimento, cal, gesso, vidro e materiais que empregam argilas (tijolos, telhas, etc.). O cimento, por exemplo, é o componente fundamental das argamassas colantes usadas em grande escala com aditivos superplastificantes e látices poliméricos para a fixação de placas de rochas em pisos e paredes de edificações, assunto que é abordado mais detalhadamente nos Capítulos 8 e 9 (Sistemas aderentes e não aderentes de colocação de pedras). 3.2.2.1 Cimento
O cimento utilizado na construção civil é o tipo Portland, cujas composições variam de acordo com suas aplicações, tratando-se basicamente de uma mistura adequada de pó calcário e argila. Ele é preparado pelo aquecimento de uma pasta de calcário e argilas intimamente misturada, até o ínício da fusão (1400°C-1600°C), resultando nos seguintes compostos anidros: silicato bicálcico e tricálcico, aluminato tricálcico e ferro aluminato tetracálcico. A este material chamado "clinker", depois de resfriado e moído é adicionado uma pequena proporção de gipso a fim de retardar o seu tempo de pega. O endurecimento se dá em presença de água, devido à hidratação dos compostos anidros que são mais solúveis, resultando cristais hidratados.
3.2.2.2 Materiais que empregam argilas
Chamamos de argilas os materiais naturais de granulações inferiores a 0,004mm, no estado de dispersão, e formados na superfície da Terra por processo de Intemperismo. Os depósitos de argilas podem ser do tipo residual, quando ocorre acumulação no local da rocha alterada "in situ", ou transportado, quando a acumulação do material se dá noutro local, após um processo de transporte.
A composição química das partículas de argila é muito variada, sendo constituídas principalmente por silicatos de alumínio hidratados, contendo magnésio e ferro e, algumas vezes, metais alcalinos e alcalinos terrosos.
4. FUNÇÕES REQUERIDAS E EXERCIDAS PELAS PEDRAS
DE REVESTIMENTO
As funções de um revestimento podem ser agrupadas em: proteger as estruturas da degradação por ações climáticas, dar aspecto estético agradável, dar adequação ao uso em termos de conforto, funcionalidade, higiene etc. Sendo fundamental que seu emprego seja precedido por estudos tecnológicos para verificar a adequabilidade de usos. Alguns exemplos de aplicação são mostrados nas Figuras 4.1 a 4.4, conforme divulgado na Revista Rochas e Qualidade, Edições 246 e 250 (2016) e 252 (2017).
4.1 PROTEÇÃO DE ESTRUTURAS
As estruturas das edificações são normalmente de concreto, mas também podem ser de aço. Os vãos entre os elementos estruturais recebem vedações, que podem ser de alvenaria cerâmica ou de outros tipos de materiais. Tanto as estruturas como as vedações são consideradas suportes e aptas a receberem diferentes tipos de revestimentos.
O concreto e o aço têm a tendência a se deteriorar com o passar do tempo, devido às ações das intempéries. As águas pluviais ácidas podem atacar o cimento do concreto e provocar uma sua progressiva deterioração; assim como podem atacar também o aço. A utilização de pedras para revesti-los auxilia a sua proteção contra os agentes ambientais tanto os naturais como os artificiais gerados em cidades industrializadas, bem como os agentes de limpeza, principalmente em pisos. Trata-se de tema importante sobre alterabilidade e patologias apresentadas pelas pedras que será discutido no Capítulo 10.
4.2 EMBELEZAMENTO DE FACHADAS DE EDIFICAÇÕES
Os aspectos estéticos são importantes atributos a serem considerados nos projetos arquitetônicos. As estruturas e as vedações podem ser deixadas aparentes para atender ao propósito estético pretendido, ou serem recobertas por outro tipo de material que venha acrescentar embelezamento adicional ao projeto.
As rochas são consideradas materiais de grande eficácia como revestimento e de prestar embelezamento e nobreza ao revestimento daedificação.
A principal qualidade das rochas é a diversidade de cores e de estrutura e textura, além de uma maior resistência às intempéries ao longo do tempo, se comparadas com a maioria dos materiais disponíveis para esse fim. Além disto, as rochas são consideradas um bom isolante de calor devido à sua baixa condutividade térmica.
4.3 ADEQUAÇÃO DE PAVIMENTOS
Os pavimentos, tanto de exteriores quanto de interiores são constituídos, normalmente, de materiais de mesma natureza que aquela das estruturas e das vedações verticais (concretos ou argamassas) e pode receber diferentes tipos de materiais rochosos como revestimento.
Dentre os materiais de revestimento de exteriores, as rochas se destacam por sua adequada resistência mecânica à flexão, ao impacto e ao atrito. Quanto a este aspecto, as rochas permitem tratamentos que as tornam rugosas para aumentar o coeficiente de atrito ao tráfego, em exteriores, ou tornarem-se lisas para o conforto em ambientes de interiores.
(A)
(B)
Figura 4.1– (A) Fachada revestida com placas do sodalita sienito nefelina “Azul Bahia”; (B) Ampliação do Aeroporto Tom Jobim (Galeão, RJ): piso revestido com placas polidas dogranito ”Branco Fortaleza”. Fonte: Rochas de Qualidade (2016a, 2017a).
4.4 OUTROS USOS E FUNÇÕES
Os outros usos podem ser considerados como sendo para fins domésticos, tais como tampos de mesas e balcões, plataformas de pias de cozinha e de banheiros, além de estatuária artística, arte funerária etc.
(A) (B)
Figura 4.2– (A) Parede revestida com pedras brutas (naturais) e bancada da pia em granito "Preto São Gabriel"; (B) Tampo de pia em granito "Branco Aqualux". Fonte: Rochas de Qualidade (2017b,c).
(A)
(B)
(C)
Figura 4.4– (A) Bancada da pia em granito "Preto Absoluto" com acabamento escovado; (B) Tampo de mesa em gnaisse "Calaggio"; (C) Piso em granito "Amarelo Icaraí". Fonte: Rochas de Qualidade (2016b,c; 2017c).
5. CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA E PROCEDIMENTOS PARA SELEÇÃO DAS ROCHAS
Dr. Ely Borges Frazão
São diversos os critérios para seleção das rochas assim como as utilizações desejadas. De qualquer maneira eles se baseiam nas seguintes características: fator estético, funcionalidade, higidez, durabilidade e resistência mecânica apropriada ao tipo de uso pretendido, dentre outros critérios.
A escolha da pedra deve, porém, se basear na possibilidade da interação das características do meio com as da pedra. Em outras palavras, poderá haver solicitações externas ou em serviço que agirão sobre a pedra devendo ela apresentar propriedades capazes de superar tais solicitações.
Dependendo de fatores relacionados à gênese das rochas, elas podem apresentar uma gama de propriedades adequadas ou não para um determinado fim como material de construção.
Essas propriedades dependem, inicialmente, de como os átomos se combinam e se arranjam para formar os minerais constituintes das rochas e como estes estão distribuídos, definindo a estrutura da rocha. Já o termo textura da rocha se refere ao arranjo particular desses minerais e suas dimensões.
A composição mineralógica responde pelas propriedades químicas e, em conjunto com a estrutura e a textura, definem as características petrográficas, físicas e mecânicas das rochas. Da interação destas características resulta a alterabilidade (vide item 5.4.8).
As propriedades físicas mais importantes das pedras de revestimento são: densidade, porosidade (e a conseqüente a capacidade de absorção de água), a dureza e a dilatação térmica. As propriedades mecânicas mais importantes são as resistências à compressão, à flexão, ao desgaste, ao impacto, à flexão e à tração.
5.1 PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS DOS MATERIAIS ROCHOSOS
A correta utilização das rochas e demais materiais pétreos na construção civil requer o conhecimento prévio de suas propriedades. Qualificar uma rocha é reconhecer suas características petrográficas (composição, mineralógica, textura e estrutura) e propriedades físicas e físico-mecânicas daí decorrentes. A qualidade tecnológica da rocha, assim chamada, é definida pela interação das suas características com o meio. Desta forma, a qualidade da rocha poderá ser boa ou má, conforme suas características indiquem prever um bom ou um mau desempenho ante as solicitações próprias da função prevista; ou, ainda, por bom ou mau desempenho já apresentado.
As rochas apresentam grande diversidade de propriedades. Algumas são relevantes para um dado uso, enquanto outras o serão para outro; umas terão utilidade direta e outras, indireta.
As propriedades das rochas que interessam à construção civil podem ser classificadas em geológicas, físicas e físico-mecânicas.
As propriedades geológicas estão estreitamente ligadas à natureza da rocha, que está refletida na composição mineralógica, textura, estrutura, bem como no grau (estado) e tipo de alteração mineralógica, além de propriedades daí decorrentes, como solubilidade, coesão etc.
As propriedades físicas e físico-mecânicas são altamente influenciadas pelas propriedades geológicas. As físicas podem ser resumidas em: densidade, massa específica, porosidade, permeabilidade, capacidade de absorção d’água, dureza, calor específico, condutibilidade térmica, dilatação térmica, etc.
As propriedades físico-mecânicas podem ser resumidas em: resistência à compressão, à tração (direta ou indireta), ao impacto, à deformabilidade (ou elasticidade), etc.
Todas estas propriedades podem ser convenientemente determinadas em laboratório, por técnicas apropriadas e conduzidas por procedimentos padronizados. Por exemplo: a massa específica de uma rocha pode ser conhecida por meio de uma
determinação direta, enquanto que a dureza pode ser conhecida por meio indireto, pela imposição de uma solicitação de desgaste promovido pela ação de um abrasivo.
Desta forma, as propriedades das rochas podem ser conhecidas por meio de processos denominados análises ou determinações ou ensaios.
As análises, as determinações e os ensaios para qualificação dos materiais rochosos são de tipos diversos e abrangidos pelo termo caracterização tecnológica e os processos adotados são trivialmente chamados ensaios tecnológicos.
5.2 TIPOS DE ENSAIOS TECNOLÓGICOS
A caracterização tecnológica de rochas para uso como material de revestimento é feita por meio de técnicas apropriadas que permitem conhecer as propriedades das rochas isoladamente ou em conjunto e de forma direta ou indireta.
Relacionam-se, a seguir, os principais ensaios tecnológicos rotineiramente adotados no Brasil para a caracterização tecnológica: a) Análise petrográfica, macro e microscópica; b) Determinação de índices físicos (massa específica, porosidade e absorção d’água); c) Determinação de propriedades térmicas (dilatação, condutividade e outras); d) Ensaios de desgaste abrasivo, por exemplo, do tipo Amsler; e) Ensaio de impacto de placas, por exemplo, do tipo "de corpo duro"; f) Ensaio de compressão uniaxial e determinação de módulo de deformabilidade (elasticidade) estático; g) Ensaio de flexão (tração indireta); h) Ensaios de alterabilidade e i)Ensaios especiais.
5.3. NORMALIZAÇÃO DOS ENSAIOS TECNOLÓGICOS
A caracterização tecnológica deve ser executada por procedimentos padronizados.
A padronização de procedimentos é dita normalização e o produto é chamado de norma. A normalização é, em geral, estabelecida inicialmente pelos especialistas no assunto tratado, seja nos setores que delas necessitam, seja nos foros instituídos pelas entidades normalizadoras.
A normalização permite tornar mais homogêneo e preciso o tratamento dado a um determinado assunto, tais como execução de ensaios e de análises, denominação adequada de materiais e processos, representação iconográfica e matemática das propriedades, especificação de qualidade requerida para materiais e serviços, dentre outros quesitos. Permite também, no caso dos ensaios, se compararem com maior segurança os resultados obtidos em diferentes materiais rochosos e até em diferentes tipos petrográficos de um mesmo material rochoso. Pode-se, por exemplo, mais bem avaliar a qualidade de uma rocha, por meio dos valores das propriedades apresentadas, desde que obtidos pelo mesmo procedimento. Isto permite, portanto, comparar a qualidade de diferentes tipos de rocha a partir dos valores por elas apresentados, bem como comparar os valores das propriedades de um mesmo tipo de rocha obtidos em laboratórios de instituições diferentes.
Além das informações fornecidas pelos ensaios tecnológicos, a qualidade de uma rocha pode ser avaliada, também, a partir de informações sobre seu desempenho apresentado em obras e em condições de serviços semelhantes ao pretendido (FRAZÃO, 2012).
A instituição normalizadora oficial no Brasil é a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) ligada ao Conselho Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (CONMETRO). De acordo com a ABNT, as normas podem ser de diferentes tipos: terminologia (TB); simbologia (SB); classificação (CB); procedimento (NB); especificação (EB); padronização (PB); e método de ensaio (MB). As normas desta entidade, após serem homologadas no CONMETRO pelo Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (INMETRO), recebem a sigla NBR (Norma Brasileira Registrada).
Existem diversas instituições normalizadoras que servem de referência para os ensaios tecnológicos em rochas: American Society for Testing and Materials - ASTM (EUA), Association Française de Normalisation - AFNOR (França), British Standards Institution - BSI (Grã-Bretanha), Deutsches Institut für Normung - DIN (Alemanha), CEN – Comitê Europeu de Normalização, Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT, dentre outras.
5.4 DESCRIÇÃO DOS ENSAIOS TECNOLÓGICOS
Resumem-se, a seguir, as principais técnicas para se conhecer as propriedades petrográficas, físicas e físico-mecânicas.
5.4.1 Análises petrográficas
A avaliação das características petrográficas e mineralógicas pode ser feita por meio da NBR 15845 – Parte 1 (ABNT, 2015a). Estas análises visam conhecer as características petrográficas, por meio de técnicas que permitem identificar a composição mineralógica (minerais essenciais, acessórios, secundários e suas quantidades), sua textura (forma e arranjo dos minerais), estado de alteração dos minerais (sãos ou alterados e, se alterados, tipo de alteração), estrutura (arranjo macroscópico), bem como o grau e o tipo de microfissuração (intercristalina ou intracristalina e se abertas ou preenchidas). Atenção é dada à presença de minerais que possam interagir com os fatores climáticos ou com substâncias presentes no meio onde a rocha será aplicada (chamados de minerais nocivos, prejudiciais ou deletérios). A análise petrográfica pode ser executada por via direta, pelas observações macroscópicas a olho nu e ou pela microscopia óptica em seções delgadas da rocha, também chamadas de lâminas petrográficas (Figura 5.1). Esta análise pode ser completada por via indireta, pela análise por difratometria de raios X e pelas análises térmica diferencial e química, para aqueles minerais cujas características não permitem identificação por via óptica. Testes de coloração mineral seletiva complementam, quando necessários, a análise petrográfica quantitativa.
(A) (B)
Figura 5.1 – Exemplos de fotomicrografias de: (A) granito são e (B) granito com minerais alterados. Aumento aproximado de 200X.
As principais características petrográficas e mineralógicas dos materiais rochosos de interesse no uso em revestimento são: a) Estado de alteração, que influi na sua durabilidade e nas suas propriedades físicas e mecânicas e b) Presença de minerais deletérios ou nocivos, que podem apresentar alteração por reações com substâncias presentes na atmosfera e de uso doméstico.
5.4.2 Índices físicos
São denominados índices físicos da rocha as propriedades de massa específica ou densidade, porosidade e absorção d’água, os quais guardam uma grande interdependência.
A massa específica, a porosidade e a capacidade de absorção podem ser determinadas por meio da NBR 15845 – Parte 2 (ABNT, 2015b). A Figura 5.2 apresenta esquematicamente os principais procedimentos para obtenção destes índices.
(A) (B)
(C) (D)
Figura 5.2 – Procedimentos para determinar os índices físicos: (A) pesagem na condição seca da amostra suspensa por fio na parte inferior da balança; (B e C) preparação e pesagem na condição saturada e (D) peso na condição submersa. Laboratório de Geologia de Engenharia do Departamento de Geotecnia da EESC/USP.
5.4.2.1 Massa específica e porosidade
Uma rocha no seu estado natural apresenta-se como um conjunto de minerais interligados ocupando um determinado tamanho, constituído pelos minerais e pelos vazios entre estes. A maior ou menor quantidade de vazios gera menor ou maior compacidade da rocha, que refletirá numa maior ou menor massa específica e, por conseqüência, maior ou menor porosidade.
Assim sendo, a definição de massa específica aparente (ρa) é mais aplicável às rochas, pois representará a relação entre a massa das partículas sólidas (M) e o volume aparente da rocha (Va):
O volume da rocha, por sua vez, compreende o volume dos minerais e o volume dos vazios.
Rochas com diferentes graus de compacidade apresentarão diferentes graus de porosidade. Em decorrência disto, resulta que a porosidade seja definida como sendo a relação entre o volume dos vazios (Vv) e o volume das partículas (Vr), para porosidade absoluta ou real (ηr) ou o volume dos vazios e o volume da rocha (Va), para porosidade aparente (ηa), expressos da seguinte forma, respectivamente:
ηr Vv Vr
ηa Vv Va
O grau de compacidade (C) de uma rocha pode também ser expresso pela relação entre a massa específica aparente (ρa) e a massa específica absoluta (ρr) pela expressão:
A porosidade absoluta decorrente pode, por sua vez, ser expressa pela seguinte relação:
ηr 1 ρa
ρr 1 C
Os valores de massa específica são apresentados em g/cm3 ou kg/m3, e a porosidade em porcentagem, ou por unidade.
A massa específica aparente é influenciada pela umidade. Por este motivo, adota-se determinar a massa específica aparente de rocha no estado seco e no estado saturado.
5.4.2.2 Absorção
A quantidade de água, ou líquido qualquer, capaz de preencher os poros define também uma propriedade importante das rochas. Esta propriedade representa a capacidade da rocha em absorver e reter a água nos seus poros.
A absorção (αap) pode ser obtida pela diferença entre o peso da rocha saturada (M2) e o peso da rocha seca (M1) relacionado ao peso da rocha seca (M1), para se obter a capacidade de absorção em peso (αap) ou em volume (αav) se os parâmetros citados representarem volumes.
A capacidade de absorção é expressa, em porcentagem, da seguinte maneira:
α M2 M1
M1 x100
2 1
100
A relação entre absorção em volume e a absorção em peso é representada numericamente pela massa específica aparente:
A absorção será sempre menor que a porosidade aparente, porque a água, ou outro líquido, não penetrará em todos os poros, pois muitos deles não são acessíveis.
A absorção é sempre determinada para um estado de saturação completa dos poros pela água e corresponde, portanto, ao máximo teor de umidade que a rocha pode alcançar. Em outras palavras, corresponde ao grau de saturação dos poros de 100%.
As propriedades das rochas são muito influenciadas pela absorção d’água. Rochas com alta absorção d’água apresentam aumento na massa específica aparente saturada e na condutividade térmica, dentre outras, enquanto que a resistência mecânica diminui. É recomendável, portanto, que situações de uso em condições de alta umidade, que os ensaios sejam feitos também em amostras no estado saturado em água.
5.4.3 Tenacidade
Tenacidade é a propriedade que a rocha apresenta de resistir ao impacto, ou choque mecânico, exercido sobre ela por um corpo sólido.
A tenacidade é uma propriedade importante para qualificação de rochas para uso em revestimento de edificações, principalmente para placas aplicadas nas partes baixas dos revestimentos verticais e, também, em pisos elevados e naqueles de grande severidade de tráfego.
A determinação da resistência ao impacto é executada em corpos-de-prova com uma forma aproximada daquela em que rocha será utilizada no revestimento. Assim, um corpo-de-prova de 20cm x 20cm x 3cm é assentado sobre um colchão de areia com espessura de 10cm e recebe golpes de uma esfera de aço de 1kg em queda livre, mas de alturas crescentes, até que a placa se frature.
Este ensaio pode ser executado conforme a norma NBR 15845 – Parte 8 (ABNT, 2015c). A Figura 5.3 ilustra esquematicamente o ensaio de impacto de placas.
Os resultados são expressos pela altura que provoca a ruptura da placa. Pode-se também expressar os resultados na forma de energia (em Joule) despendida para romper o material.
Figura 5.3 – (A) Dispositivo para determinação da resistência ao impacto de corpo duro, mostrando o tubo (t) por onde a esfera de aço (e) se desloca em queda livre para atingir o corpo de prova assentado sobre colchão de areia; (B) Detalhe mostrando a ruptura do corpo de prova. Laboratório de Geologia de Engenharia do Departamento de Geotecnia da EESC/USP.
5.4.4 Propriedades térmicas
As rochas apresentam propriedades térmicas cujo conhecimento é importante para diversos tipos de utilização: condutividade, calor específico, dilatação, difusividade, resistividade etc.
A dilatação térmica é a mais importante para rochas que se destinam a revestir edificações, porque as chapas utilizadas em fachadas e em pavimentos de exteriores poderão estar sujeitas a variação de temperatura de até 50°C, no clima vigente no Brasil. O coeficiente de dilatação apresentado pela rocha serve para cálculo do espaçamento entre placas de revestimento e para dimensionamento dos seus elementos de fixação.
As outras propriedades térmicas são importantes por envolver troca de energia calorífica entre o ambiente e a rocha e, com isto, influir no conforto térmico do meio. 5.4.4.1 Condutividade térmica
A condutividade térmica é uma propriedade que o material possui de transmitir, através da sua espessura, um fluxo térmico resultante da diferença de temperatura entre as faces opostas do material. Trata-se de propriedade importante, também, para materiais que se destinam a revestir paredes de edificações que tenham funções calorífugas.
A condutividade pode ser expressa pelo coeficiente de condutividade (λ), assim representado:
λ
QxaS T1 T2!Z
onde: λ= coeficiente de condutividade (kcal/m.h.°C); Q = quantidade de calor que atravessa uma parede (kcal); a = espessura da parede (m); S = área da superfície (m2); T1-T2 = diferença de temperatura entre as faces da parede (°C); Z = tempo de migração do calor entre as faces (h);
A condutividade térmica (λ) depende da porosidade do material, das características dos poros, da natureza do material, da umidade, da massa específica aparente e da temperatura média de transmissão de calor.
Nos materiais porosos, o fluxo térmico se propaga através da matéria sólida e dos vazios cheios de ar. O ar se opõe ao caminhamento do calor. O λ será tanto menor quanto maior for a porosidade, ou quanto mais baixa for a massa específica aparente. A dimensão dos poros tem influência no λ. Os materiais de poros menores são menos condutores que os de poros maiores. Os materiais de poros não comunicantes são menos condutores do que os de poros comunicantes.
A umidade tem grande influência na condutividade, pois os poros cheios de água conduzem mais facilmente o fluxo térmico do que poros cheios de ar.
O aumento da temperatura na qual se efetua a transmissão de calor influi no aumento do coeficiente de condutividade.
A estrutura do material tem influência também no coeficiente de condutividade térmica. Se a estrutura é estratificada ou fibrosa, com sentido bem determinado das fibras, o λ dependerá da direção do fluxo em relação à estrutura, sendo maior quando paralelo às fibras e menor quando perpendicular.
5.4.4.2 Calor específico
O calor específico ou capacidade calorífica é a propriedade da matéria de absorver certa quantidade de calor quando é aquecida, que pode ser expresso por um coeficiente, C, (em kcal/kg°C):
C Q
M T1 T2!
Onde: Q = quantidade de calor (kcal); M = massa do material (kg); T1-T2 = diferença de temperatura (°C);
O calor específico dos materiais é importante em edificações quando se trata de controlar a estabilidade ao calor de rochas usadas como revestimento de paredes. 5.4.4.3 Dilatação térmica
A dilatação térmica é uma propriedade que depende da composição mineralógica da rocha, da sua estrutura e da sua porosidade, podendo ser determinada por meio da norma NBR 15845 - Parte 3 (ABNT, 2015d).
Os minerais que compõem a rocha têm um coeficiente próprio de dilatação. Aliás, um mesmo mineral pode apresentar dois coeficientes de dilatação, um na direção paralela ao eixo cristalográfico outro na direção perpendicular a este eixo, como, por exemplo, o quartzo.
A dilatação térmica é influenciada pela estrutura da rocha, pois, numa rocha de estrutura bandeada, a dilatação será maior na direção paralela ao bandeamento e menor na perpendicular.
A dilatação térmica é também influenciada pela porosidade da rocha, pois, nas rochas porosas, os minerais tendem a se expandir na direção dos poros, diminuindo o valor da dilatação total.
Esta propriedade é importante por ter grande influência da estabilidade das chapas assentadas com argamassa. Sendo o coeficiente de dilatação das rochas muito diferente do das argamassas de assentamento, poderá haver descolamento das placas devido a uma movimentação relativa decorrente da dilatação e contração ocasionada pela oscilação da temperatura. Em placas fixadas pelo sistema de dispositivos metálicos em revestimentos de exteriores, este problema é minimizado ao se estabelecer um determinado espaçamento entre as placas e pelo fato dos dispositivos permitirem a acomodação da fachada.
Corpos-de-prova de rocha na forma de prismas de comprimento L1, submetidos a uma variação de temperatura (de -5ºC a 55ºC) , T1 - T2, apresentarão dilatação igual a L1 - L2 e seu coeficiente de dilatação β [em °C-1 ou mm/(m x °C)], será:
ΔT x L ΔL T T 1 x L L L β 1 1 2 1 1 2 = − − =
Para efeito de cálculo do espaçamento a ser deixado entre duas placas contíguas da fachada, adota-se:
∆L βxL1x∆T 5.4.5 Desgaste e abrasão
As rochas usadas em revestimentos estão sujeitas às solicitações de desgaste e de abrasão na sua superfície quando são utilizadas em pavimentos de edificações, seja na forma de placa ou de ladrilho.
Uma rocha será tanto mais desgastável, ou abrasível, quanto menor for a sua dureza. A dureza de uma rocha, por sua vez, é resultado da dureza dos seus minerais constituintes e do grau de compacidade, ou de coerência, da rocha. É definida como a propriedade que uma rocha possui de se opor à penetração de um corpo estranho mais duro ou de ser riscado por ele.
A determinação da dureza de uma rocha de forma direta é uma prática complexa e os resultados podem não refletir a real propensão da rocha a se desgastar. Isto ocorre porque os próprios minerais que a constituem apresentam diferentes graus de dureza entre si. Além disso, a dureza de cada mineral é influenciada pela sua clivagem, pela direção do eixo cristalográfico. Outro fato é a influência da textura e da estrutura da rocha e da direção da solicitação de desgaste em relação a estas feições.
A maneira mais usual de se determinar a dureza da rocha é por via indireta, por meio da simulação das solicitações de desgaste ou abrasão, às quais a rocha poderá estar sujeita. Neste caso o desgaste reflete resistência de um corpo-de-prova da rocha à remoção progressiva de constituintes de sua superfície, mensurável por diminuição de volume ou de altura ou por perda de massa deste.
Um corpo-de-prova de rocha com área S, altura inicial H1 e final H2, pode ter seu desgaste DH calculado pela seguinte relação:
D( H* H+ mm!
O equipamento mais utilizado no Brasil, para determinação do desgaste ou abrasão em rochas para revestimento, é a máquina “Amsler”. Nesse processo, dois corpos-de-prova na forma de placa, de 7,0 x 7,0 x 2,0 cm, são pressionados sobre um disco metálico de alta dureza sobre o qual é lançada areia quartzosa. O desgaste do corpo-de-prova ocorre à medida que o disco gira e promove o contato da areia com os corpos-de-prova. De acordo com as diretrizes da NBR 12042 (ABNT, 2012) os resultados são calculados, após 500 e 1.000 voltas, por meio da medição da redução de altura do corpo-de-prova, em mm.
5.4.6 Resistência à compressão uniaxial
As rochas utilizadas como materiais de revestimento e ornamental não são frequentemente solicitadas à compressão, salvo quando assume concomitantemente a função estrutural. Neste caso, quando o esforço aplicado é maior do que aquele que a rocha pode suportar, ela poderá se romper. Embora seja rara a situação em que isso ocorre com a rocha individualmente como material de revestimento, é comum se
determinar qual o esforço seria capaz de provocar a quebra da rocha. Tal esforço é traduzido por um valor de tensão de ruptura. A ruptura, por sua vez, é sempre precedida por um aumento de volume e da velocidade de propagação de fissuras, simultaneamente. A Figura 4.4 apresenta uma curva tensão-deformação de um granito obtida em um ensaio de compressão uniaxial instrumentado (Figura 5.4).
Figura 5.4 – Curva tensão-deformação obtida em ensaio de compressão uniaxial de um granito (Moreiras, 2014).
A tensão de ruptura, bem como vários outros parâmetros de resistência mecânica, assume, para a rocha como material de revestimento, a função de propriedade índice, ou seja, é uma propriedade que permite avaliar a sua qualidade tecnológica, a partir dos valores apresentados.
O ensaio é feito com corpos-de-prova de rocha com formatos regulares, com área de topo S (m2), que serão submetidos a uma força F (N), se romperá com uma tensão máxima σmax (N/m2):
-. / 0 1
Os corpos-de-prova, na relação base/altura de 1:2 a 1:2,5, são colocados entre os pratos perfeitamente planos e lisos de uma prensa tão rígida quanto possível e carregados a uma taxa lenta e progressiva até a sua ruptura. A Figura 5.5 apresenta o equipamento (prensa servo-controlada) utilizado para a determinação da resistência à compressão uniaxial.
(A) (B)
Figura 5.5 – (A) Equipamento (prensa servo-controlada) utilizado na determinação da resistência à compressão uniaxial de rochas. Observar corpo de prova posicionado (seta) para o ensaio; (B) Corpo de prova instrumentado para ensaio de compressão simples: “A” e “B” são, respectivamente, os sensores para determinação dos deslocamentos circunferencial e longitudinal (Moreiras, 2014). Laboratório de Mecânica das Rochas do Departamento de Geotecnia da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP).
O teor de umidade influi na resistência à compressão. Uma rocha no estado saturado apresentará resistências menores que no estado seco. Assim, é aconselhável, em caso de numa maior exigência na seleção das rochas, se obter valores de tensão tanto no estado seco (σsec) quanto no estado saturado (σsat) e relacionar os dois valores de tensão para obter um “coeficiente de enfraquecimento” (R):
2 -3 4 -356
Vorobiev (1967) sugere dar atenção para rochas com R < 0,75 principalmente se o valor σsec já estiver próximo do limite mínimo especificado pelo projeto.
A resistência à compressão de rochas é influenciada também pela dimensão dos seus grãos. Para duas amostras de rochas com a mesma composição mineralógica, mesmo teor de umidade e mesmo tipo de estrutura, mas com dimensões de grãos diferentes, aquela que apresentar grãos de dimensões menores apresentará maior resistência à compressão. Exerce também influência a estrutura da rocha, sendo ela estratificada ou bandeada apresentará diferentes valores de tensão conforme a direção de aplicação dos esforços se dê paralela, perpendicular ou inclinada em relação àquelas.
A resistência à compressão uniaxial pode ser determinada conforme as normas D 7012 (ASTM, 2014) e NBR 15845 - Parte 5 (ABNT, 2015e).
5.4.7 Flexão
As rochas usadas como materiais de revestimento podem, em certas aplicações, sofrer solicitações de tração do tipo indireto. Essas solicitações são, em geral, em torno de 1/10 da resistência à compressão uniaxial.
A maneira mais fácil de determinar a resistência à tração indireta é pelo ensaio de flexão. Assim, um corpo-de-prova de rocha na forma de uma viga, com comprimento L, largura b e espessura d, que seja submetido a esforços de flexão (P), pode ser tratado de duas maneiras.
Uma delas é pela aplicação de carga por dois pontos contra um ponto de apoio centrado a meia distância do comprimento, conforme C 99 (ASTM, 2015a) ou NBR 15845 - Parte 6 (ABNT, 2015f). A Figura 5.6 apresenta corte esquemático da condição deste ensaio.
Outra forma de executar o ensaio de flexão é, segundo as diretrizes da C880 (ASTM, 2015b) ou NBR 15845 - Parte 7 (ABNT, 2015g), contra dois pontos de apoio centrados, cada um a 1/4 do comprimento, representado na Figura 5.7.
No primeiro caso, a resistência à tração na flexão é dada por:
-7 8
3 : ; 2 < =+
onde: M= momento flexor; W= momento resistente da seção transversal da viga. No segundo caso, a resistência à tração na flexão será dada por:
-7 8
3 : ; 4 < =+
Na determinação da tensão de flexão, tal como visto para a compressão, é exigida uma perfeita regularidade na geometria dos corpos-de-prova, tais como ortogonalidade entre as faces, planeza destas etc.
